6-高聚物的电性能.ppt

6.1 聚合物电性能概述 6.2 高聚物的介电性与介电损耗 介电性定义：高聚物在外电场作用下由于分子极化将引起电能的贮存和损耗，这种性能称为介电性。 一 介电常数(ε)与电介质的极化 把电介质引入真空电容器，引起极板上电荷量增加，电容增大，这是由于在电场作用下，电介质中的电荷，发生了再分布，靠近极板的介质表面上将产生表面束缚电荷，结果使介质出现宏观的偶极，这一现象称为电介质的极化。 各向同性的均匀电介质中，极化强度，电介质的介电常数和电场强度之间的普遍关系式： P＝（ε－1）∈0E 二 分子极化的种类 1 电子极化：是外电场作用下，分子中各个原子或离子的价电子云相对原子核的位移。 2 原子极化：是分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。 3 偶极极化（取向极化）： 是具有永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。极化所需要的时间长，一般为10-9s，发生于低频区域。 极化偶极矩 μ的大小，与外电场强度（E）有关，比例系数α称为分子极化率。 4 非均相介质界面的极化：在外电场作用下，电介质中的电子或离子在界面处堆集的结果，称为界面极化。 三 极性分子极性强弱的表示 电子极化率αe 原子极化率αa 取向极化率αμ 电场中介质极化强度和分子极化率间的关系式： 四 介电常数与分子极化率的关系 P＝（ε－1）∈0E P＝NαEl 对非极性介质： 对极性介质： 五 高聚物的介电常数和结构的关系 分子极性大小是介质介电常数大小的主要决定因素 分子的偶极矩等于分子中所有键矩的矢量和 高分子其它结构因素： ①极性基团在分子链上的位置 A主链 B 侧链 ②所处物理状态 A Tg以下 B Tg以上 ③对称性 A 对称性高 B 对称性低 ④交联、拉伸、支化 六 高聚物的介电损耗 介电损耗定义：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本身发热的现象称为介电损耗。 产生原因： ①电导损耗 ②松弛损耗 一 应用 热合PVC等极性材料是适宜的。而PE薄膜等非极性材料就很难用高频热合。 轮胎经高频热处理消除内应力，可大幅度延长使用寿命。 塑料注射成型时常因含水而产生气泡，经高频干燥能很好解决这个问题。 二 影响介电损耗的因素 1 分子结构的影响 决定高聚物介电损耗大小的内在原因有以下两个： 1）是高聚物分子极性大小和极性基团的密度 2）极性基团的可动性 分子的活动性 交联 支化 极性基团位于主链 极性基团位于侧链 2 频率和温度 温度对取向极化有两种相反的作用： 1）温度升高，分子间相互作用力减弱，粘度降低，使偶极转向取向容易进行，极化加强； 2）温度升高，分子热运动加剧，对偶极取向的干扰增大，反而不利于偶极取向，使极化减弱。 3 增塑剂和杂质 增塑剂： 杂质：杂质对高聚物的介电性能影响很大。极性杂质，特别是水分子的存在，会增加高聚物的极化率，增大介电损耗，使其受热老化。 特别对于非极性高聚物来说，杂质成了引起介电损耗的主要原因。 三 介电松弛谱 1）温度谱：固定频率在某一温度范围内测聚合物 的介电损耗，可以得到温度谱； 2）频率谱：固定温度在某一频率范围内测聚合物的介电损耗，可以得到频率谱。 对非晶态高聚物： 几种主要的机理有： (1)极性侧基绕C－C链的旋转； (2)环单元的构象振荡； (3)主链局部链段的运动 对部分结晶高聚物： 与晶区相联系的松弛过程包括： (1)晶区中高分子的链段运动。如伸直的锯齿形链沿链轴方向的扭转和位移运动 (2)结晶表面上的局部链段运动。如链折叠部位的折叠运动 (3)晶格缺陷处的基团的运动等。 6.3 导电高聚物 一 基本概念 载流子 电导—载流子在电场作用下通过介质的迁移 材料的导电性是用电阻率 ? 或电导率 ? 来表示的。当试样加上直流电压U时，如果流过试样的电流为I，则按照欧姆定律，试样的电阻R = U / I 试样的电导 G 为电阻的倒数 G = 1/R = I / U 电阻和电导的大小都与试样的几何尺寸有关，不是材料导电性的特征物理量。  试样的电阻与试样的厚度h成正比，与试样的面积 S成反比 R = ? · h / S 比例常数 ? 称为电阻率对试样的电导有 G = ? · S / h比例常数 ? 称为电导率 电阻率可分为： 1）表面电阻率ρs：在试样的一个面上放置两个电极，施加直流电压V，测得沿两电极间试样表面层上流过的电流Is，则可得到试样的表面电阻Rs，进而得到表面电阻率ρs。 2）体积电阻率ρv：把试