第九章 高聚物的其它性能.ppt

2. 介电常数 介电常数是指电容器极板分别为介质和真空时电容的比值。是衡量介质在外电场中极化程度的一个宏观物理量，也表征电介质储存电能的大小。 极化强度P是一个宏观的物理量。对于一个分子来说，极化的结果相当于外电场在分子上引起一个附加偶极矩u，其大小决定于作用在分子上的局部电场强度 9.1.5 高聚物的介电击穿 在强电场中，随着电场强度进一步升高，电流-电压间的关系已不再符合欧姆定律，dU/dI逐渐减小，电流比电压增大得更快(见图9—7)，当达到dU/dI =0时，即使维持电压不变，电流仍然继续增大，材料突然从介电状态变成导电状态。在高压下，大量的电能迅速地释放，使电极之间的材料局部地被烧毁，这种现象就称为介电击穿。 dU/dI =0处的电压U。称为击穿电压。击穿电压是介质可承受电压的极限。 热击穿 在高压电场作用下，由于介电损耗所产生的热量来不及散发出去，热量的积累使高聚物的温度上升。而随着温度的升高，高聚物的电导率按指数规律急剧增大，电导损耗产生更多的热量，又使温度进一步升高，这样恶性循环的结果，导致高聚物的氧化、熔化和焦化以至发生击穿。 9.2 聚合物的光学性质 透明材料：聚甲基丙烯酸酯类（有机玻璃），聚苯乙烯等。 不透明材料：大多数非均相的结晶性聚合物和共混物。 原因？ 1．线性光学性能 当光在各向同性的线性电介质中传播，光是一种电磁波，在介质中可激发交变的电磁场，会使电介质的价电子偏离平衡位置形成偶极子，使介质得到极化，在场强较低的情况下，高次项的极化率对极化强度的贡献可被忽略。由式(9-4)可知，介质的线性极化强度为当光在各向同性的线性电介质中传播，光是一种电磁波，在介质中可激发交变的电磁场，会使电介质的价电子偏离平衡位置形成偶极子，使介质得到极化，在场强较低的情况下，高次项的极化率对极化强度的贡献可被忽略。由式(9-4)可知，介质的线性极化强度为： 利用聚合物良好的线性光学性能，可以制备一些光学器件，如最具代表性的是广泛用于通讯的聚合物光纤。聚合物光纤的优点是柔韧性好、端面易加工易修复、价格低廉，但也有耐热性差，损耗大的缺点。高透明聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和苯甲基硅橡胶等均可作为光纤的芯，采用折射率更低的聚合物材料作为皮层，可有效地实现光线在光纤内的全反射。 影响聚合物光纤性能的主要因素有色散和损耗。色散会改变光脉冲的频宽从而影响通讯系统的传输容量和误码率，而损耗则影响传输距离。 2．非线性光学性能 有些材料高次项的极化率比较大，尤其在光波场足够强时，光在介质激发的电磁场场强较高，高次项的极化率对极化强度的贡献就不能被忽略，极化强度就含有光场的二次、三次项的贡献，可将极化强度P分为线性和非线性两部分： 为了让高分子材料实现高的非线性光学活性，主要通过以下几种方法： (1) 将高非线性光学活性的有机小分子溶解或分散在高分子基质中，高分子材料只是起到一个载体的作用，如将2一甲基4一硝基苯胺溶解或分散在氟代的乙烯类共聚物中。 (2) 合成链单元具有光学活性的聚合物，在Tg以上进行极化，然后在保持极化的同时冷却到Tg以下，可以在常温下长久地保持这种极化上的取向状态，就有效地消除体系的中心反演对称。显然这是最有效但也是合成上难度较大的途径。 (3) 通过大分子反应将介晶基团接枝到聚合物侧链上，这种方法的优点在于侧链上的基团很容易通过电场取向。有些介晶基团本身有两个反应点，在接枝到主链的同时还能起到交联的作用，减少链的运动松弛，保持长时间的非线性光学活性。 9.3 聚合物的透气性 影响聚合物透气性的因素除了气体与高聚物的溶解度和扩散系数外，聚合物中高分子的堆砌密度、高分子的侧基结构、高分子的极性、结晶度、取向、填充剂、湿度和增塑等。例如，具有高结晶度的聚合物透气性较小，因为具有有序的结构使得能穿过气体的小孔比较少。当然气体分子本身的尺寸是很重要的，它影响气体在聚合物中的扩散。 一般来说弹性体的P最大，其次是无定形的塑料，然后是半结晶的塑料。最近应用中一个例子是生产饮料瓶子的无定形聚对苯二甲酸乙二酯，主要的要求是保持二氧化碳和水在瓶中不流失而保持氧气不得进入。我们必须认识到，气体必然是通过塑料不停地转移掉，即使转移的速度很慢，也会使软饮料最终走气，而成为淡而无味的饮料。因此这些饮料就有一个保质期，过了这个保质期即使没有卖掉也必须处理掉