第七章聚合物的电性能选读.ppt

第七章：聚合物的电性能 高聚物的电学性能： 高聚物在外电场作用下的行为及其表现出来的各种物理现象 交变电场--介电性能 高聚物的 弱电场—导电性能 电学性能 强电场—击穿现象 发生在聚合物表面的—静电现象 PTFE的C—F键极性很大，但由于分子结构的对称性，使得整个分子不具极性。 聚三氟氯乙烯的C—F和C—Cl键的极性不同，电荷分布不对称，所以是极性分子。 3、高聚物的介电损耗 在交变电场E=E0cosωt（E0为交变电流的峰值）作用下，电位移矢量（D）也是时间的函数。由于聚合物的粘滞力作用，偶极取向跟不上外场的变化，电位移矢量滞后施加电场一个相位差δ，即： 式中，D1—电位移矢量与电场同相位部分； D2—电位移矢量滞后于施加电场的部分。 令： 式中， ε′—实测的介电系数，代表体系的储电能力 ε″—损耗因子，代表体系的耗能部分。 通常用损耗角的正切表征聚合物电介质耗能与储能之比： tgδ=ε″ / ε′ 在交变电量中介电系数写成复数形式 ε*=ε′-iε″ ①、高分子的结构 极性：极性↑， tgδ↑ ε和tgδ：非极性分子极性分子， ε间同ε全同 分子活动性：橡胶态和粘流态的ε玻璃态的ε 交联，结晶，拉伸，加压，使ε↓ 支化，ε↑ ②、增塑剂与杂质 增塑剂≈T↑ 加入非极性增塑剂，介电损耗峰随增塑剂含量增大而移向低温，即ε″↓ 加入极性增塑剂会使tgδ↑ ε↑ 二、聚合物的导电性 （一）概念 物质内部存在着传递电流的自由电荷，这些自由电荷称为载流子，载流子可以是电子，空穴，也可以是正、负离子。 电导：载流子在电场作用下在介质中的迁移。它是表征物体导电能力的物理量。 材料导电性的优劣，与其所含载流子的多少及载流子的运动速度有关。具体来说与载流子所带电荷量q，迁移速度V，载流子密度N有关，迁移速度V正比于电场强度，其比例系数为μ——即材料的迁移率，它是材料的特征参数，对于单位立方体有： Ｉu=N q V V= μ E =N q μ E 介电性是分子极化的反映，而导电性多半看作聚合物含少量杂质的反映。 （二）导电性的表征 材料的导电性，可用电阻率或电导率表征。 根据欧姆定律，电阻（R）定义为加在试样两端的电压与电流强度的比值，其单位是欧姆。试样的电导（G）定义为电阻的倒数。 R=V/Ｉ G=1/R=Ｉ/V 电阻的大小同试样的尺寸有关，与试样长度h成正比，与其横截面积S成反比。 上式中，ρ—电阻率，Ω.m； σ—电导率，Ω-1 .m-1 显然电阻率或电导率与材料的尺寸无关，而只决定于材料的性质，故用来表征材料的导电性，电阻率越小或导电率越大，则导电性越好。 有时需要分别表示材料表面和内部不同的导电性，其指标为表面电阻率和体积电阻率。 式中， ρV—体积电阻率（体积电阻系数，比体积电阻），表示1cm3单位体积的电介质对电流的阻抗。 ρs—表面电阻率（表面电阻系数，比表面电阻）， 表示