8.7高聚物的電學性能聚合物的電學性能，是指聚合物在外加電場作用下的行為，及其所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象，具體的主要包括：聚合物在交變電場中的介電性能；聚合物在弱電場中的導電性能；聚合物在強電場中的擊穿現(xiàn)象；聚合物表面的靜電現(xiàn)象。具有新的特殊電性能的高分子材料——高分子半導體、導體、光導體、超導體和駐極體（永磁體）。高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!8.7.1高聚物的介電性能

高聚物在外電場作用下出現(xiàn)的對電能的儲存和損耗的性質介電是由高聚物的分子在外電場中性能的極化引起的

由介電常數ε和介電損耗tgδ描述高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!8.7.1.1高聚物的極性正負電荷中心重合——非極性分子，正負電荷中心不重合——極性分子分子極性的強弱——偶極矩μ（德拜）1)非極性分子，μ＝o，如聚乙烯、聚丁二烯等．2)弱極性分子，μ≤0.5，如聚苯乙烯、天然橡膠等．3)極性分子，μ>0.5，如聚氯乙烯、尼龍、有機玻璃等．4)強極性分子，μ>0.7，如酚醛樹脂、聚酯、聚乙烯醇等高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!極化分類電子極化。由原子或離子中價電子云相對于原子核位移而引起的。極化過程非?？?，僅l0-15－10-13s，除去外電場，立即恢復原狀，過程中不損耗能量，與溫度無關。原子極化。是分子骨架在電場作用下發(fā)生變形而產生的。原子極化所需時間在10-13s以上，伴有微量能量損耗。取向極化。是具有永久偶極矩的極性分子沿外電場方向取向而產生的。極性分子旋轉取向要克服阻力，需要一定時間和能量，極化時間為10-9s。取向極化大小與濕度和外電場強度有關．誘導極化高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!8.7.1.3介電性的宏觀表達——介電常數如果在一真空平行板電容器上加以直流電壓U，在兩個極扳上將產生一定量的電荷Qo，這個真空電容器的電容為:

高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!介電常數與分子結構的關系非極性分子只有電子和原子極化，較小；極性分子除有上述兩種極化外，還有偶極極化，較大；分子結構對稱、交聯(lián)、拉伸，較?。怆妶鲱l率低，三種極化均發(fā)生，高；頻率高至近光頻范圍，只有電子極化，最?。疁囟葘Ψ菢O性聚合物的影響不大；對極性聚合物則不然，溫度不太高時，溫度上升，增大，至一定溫度后，溫度上升，反而減小。高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!影響介電性能的因素高聚物的分子結構

非極性高聚物——介電常數ε和介質損耗tg較低

ε：22~2.7tg：~10-4極性高聚物——介電常數ε和介質損耗tg較大

ε：30~7.0tg：~10-1~-3高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!影響介電性能的因素

頻率很高：tg較小電場變化的作用時間分子運動時間頻率很低：tg較小作用時間分子運動時間適當頻率：tg最大作用時間~分子運動時間電場頻率高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!8.7.2高聚物的導電性能

導電性的表征——電阻率

表面電阻系數體積電阻系數S：電極面積d：厚度l：電極長度RV：體積電阻RS：表面電阻高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!影響高聚物導電性能的因素（3）結晶、取向和交聯(lián)：

鏈段運動困難、自由體積減小使離子遷移困難——離子電導分子堆砌緊密有利于分子間電子的傳遞——電子電導（4）分子量：分子量由于鏈端效應使自由體積離子電導（5）雜質、添加劑——使電導明顯增加高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!靜電的產生是由于電子在外力的作用下，從一個物體轉移到另一個物體或者是受外界電場或磁場的影響而產生的極化現(xiàn)象靜電感應靜電場帶電物體高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!聚合物電學性能的應用舉例制造電容器要選介電損耗小、介電常數大的材料。儀表絕緣則要求材料電阻率高而介電損耗低。無線電遙控需要高頻和超高頻絕緣材料。紡織工業(yè)要求使用導電橡膠以防靜電。半導體工業(yè)則要求有性能優(yōu)良的高分子半導體等等高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!8.8.1熱變形性能的表征短時耐熱性長時耐熱性Tg、Tf、Tm、Td耐熱等級馬丁耐熱溫度AEBFHC熱變形溫度105120135155180>180維卡軟化點溫度指數高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!熱變形溫度高：9.8~12.8mm寬：3~4.2mm應力：18.5kg/cm2升溫：2oC/min橈度：0.25~0.33mmT高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!Mark三角原理（塑料）增加高分子鏈的剛性主鏈引入芳環(huán)、雜環(huán)等環(huán)狀結構或主鏈具有共軛結構聚乙烯/137oC（Tm）下同聚乙炔/>800oC聚碳/>2800oC高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!Mark三角原理（塑料）提高結晶能力引入極性基團、氫鍵、對稱結構等

酰胺鍵酰亞胺鍵引入主鏈脲鍵—OH；—NH2；—CN等引入側基高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!Mark三角原理（塑料）分子鏈之間交聯(lián)

交聯(lián)高聚物形成三維網絡——不溶不熔“Tg”“Tm”明顯提高

PE交聯(lián)后200oC時仍具有形狀保持能力高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!**提高聚合物耐熱變形性的途徑

?添加無機填充料——復合材料聚合物添加20%玻璃纖維后熱變形溫度變化HDPE49127oCTm137尼龍649218oC220結晶高聚物取尼龍6671255oC265決于熔融溫度PET124227oC267PS93104oCTg105非晶聚合物取PC132143oC150決于玻化溫度高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!8.8.3提高聚合物熱穩(wěn)定性的途徑提高高分子主鏈的鍵能（提高鍵強度）主鏈中引入環(huán)狀結構合成具有“梯型”結構的聚合物引入無機元素——元素有機高分子熱穩(wěn)定劑的應用高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!提高聚合物熱穩(wěn)定性的途徑

?主鏈中引入環(huán)狀結構聚合物結構式長期使用溫度oC聚苯醚105聚碳酸酯120聚芳酯130聚砜150聚醚砜180聚苯硫醚220聚醚醚酮240高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!梯型聚合物的應用實例聚酰亞胺（Polyimide、PI）——半梯型異常突出的熱穩(wěn)定性能起始分解溫度達到500oC（聚四氟乙烯~400）零點強度溫度為815oC（鋁~600oC）使用壽命：400oC/12小時350oC/6天300oC/3月275oC/18月250oC/9年225oC/長期高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!提高聚合物熱穩(wěn)定性的途徑引入無機元素——元素有機高分子主鏈引入Si、Al、B、P等使主鏈的鍵能提高

C—C（35104J/mol）Si—Si（45104J/mol）Al—O（58104J/mol）F—C（52104J/mol）P—N（58104J/mol）B—N

（44104J/mol）高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!8.8.4導熱性使用中的要求：隔熱材料——導熱性小電絕緣材料——導熱性大聚合物——熱絕緣體聚合物熱量的傳遞——分子間的碰撞（分子間排列疏松——導熱性較差）聚合物導熱系數范圍——10~5010-2J/s.m.oc高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!8.7.1.2介電性的微觀表達——分子極化概念：介質置于電場中，其分子受外電場作用，分子內電荷分布發(fā)生相應改變，導致分子偶極矩增大，這現(xiàn)象稱為極化。分類：誘導極化（電子極化、原子極化）和取向極化高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!在沒有外電場時，由于熱運動，偶極矩方向雜亂無章。有外電場時，極性分子取向，偶極矩增大，產生極化。取向極化示意圖：高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!如果在真空電容器的兩極板間充滿電介質，這時由于電解質的極化，極板上形成感應電荷，總電荷將增加到Q，電容器的電容C比真空電容增加了倍:式中是一個無因次的純數稱為介電常數，是介電材料的一個十分重要的性能指標。介質極化程度越高，Q越多，也越大，故是衡量介質極化程度的宏觀物理量。

高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!8.7.1.3高聚物的介電損耗tg

概念：電介質在交變電場中，由于消耗一部分電能，電介質本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象就是介電損耗。產生介電損耗有兩個原因:(1)電介質中含有能導電的載流子，它在外加電場的作用下，產生電導電流，消耗掉一部分電能，轉化為熱能，稱為電導損耗。這是非極性聚合物介電損耗的主要因素。(2)電介質在交變電場下的極化過程中，與電場發(fā)生能量交換。取向極化過程是一個松弛過程，電場使偶極子轉向時，一部分電能損耗于克服介質的內粘滯阻力上，轉化為熱量，發(fā)生松弛損耗。這是極性聚合物介電損耗的主要因素。高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!影響介電性能的因素溫度T

溫度很低：分子運動松弛時間>電場變化的作用時間t極化轉向不能進行tg0

溫度很高：分子運動松弛時間<電場變化的作用時間t極化轉向滯后電場變化極小tg0

特定溫度：分子運動松弛時間~電場變化的作用時間t介質損耗tg

有最大值高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!影響介電性能的因素增塑劑

增塑劑加入分子間作用減小極化轉向容易相當于溫度加入極性增塑劑增加新的極化作用使tg和ε雜質——對介電性能影響很大導電雜質和極性雜質（如水）高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!影響高聚物導電性能的因素（1）分子結構——高聚物導電性能的內在因素飽和的非極性高聚物：（PE等）一般的極性高聚物：（PVC等）共軛結構的高聚物：（聚乙炔等）電荷轉移絡合物自由基-離子化合物較高的導電性能有機金屬聚合物等高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!影響高聚物導電性能的因素（2）溫度對導電性能的影響：

E—活化能

A、R—常數T—溫度如：PMMAT=20oC時T~100oC時高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!8.7.3高聚物的靜電現(xiàn)象聚合物表面的靜電現(xiàn)象：接觸起電、摩擦起電原因：聚合物絕緣性好，表面所帶電荷不易漏導，導致電荷的積累，靜電現(xiàn)象嚴重。1)聚合物加工時產生的高壓靜電2)生活靜電：衣服，磁帶，膠卷靜電舉例：高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!在塑料中加入或表面涂以抗靜電劑，在纖維表面涂以吸濕性油劑，用以吸收空氣中水分，增加導電性．如涂上含有三乙醇胺或少量乙二醇的乳液，即可達到去靜電的效果。聚合物中添加炭黑、金屬粉或導電纖維。通過共聚等方法引入極性基團，如在滌綸分子鏈上接上一SO3H基，可消除靜電作用。消除聚合物靜電的方法：高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!8.8高聚物的耐熱性熱變形性：聚合物在一定負荷下耐熱變形的溫度高低熱穩(wěn)定性能：材料抵抗熱分解的能力。高聚物在受熱過程中將產生二種變化。(1)物理變化：軟化、熔融。(2)化學變化：環(huán)化、交聯(lián)、降解、分解、氧化、水解等(后兩項是熱能與環(huán)境共同作用的結果)。這些物理和化學變化是高聚物受熱后性能變壞的主要原因。高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!馬丁耐熱溫度

10*15*120mm3

彎曲應力50kg/cm2240mm處標尺下降6mmT升溫：50oC/hr高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!維卡軟化點10*10*3mm31mm2圓拄體針1kg力升溫：50oC/hr深入1mmT高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!Mark三角原理（塑料）尼龍66/235oC芳香尼龍/450oC芳香尼龍/570oC聚酯/45oC滌淪/264oC芳香聚酯/500oC高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!常見氫鍵的鍵長與鍵能氫鍵鍵長（nm）鍵能（kJ/mole）F—H…F0．2428O—H…O0．2718．8～34．3N—H…F0．2820．9N—H…O0．2916．7N—H…N0．315．44O—H…Cl0．3116．3C—H…N13．7～18．2高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!對稱結構鄰位聚酯/63oC間位聚酯/143oC對位聚酯/264oC高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!**提高聚合物耐熱變形性的途徑添加無機填充料——復合材料高分子導論6電學性能共50頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!必須指出，前面討論的提高高聚物熱變形性的途徑只適用于塑料不適用于橡膠。橡膠要有高彈性，而且其玻璃化溫度應遠低于室溫，以使它在低溫下仍保持高彈性。顯然，提高分子鏈的剛性和結晶以及過度地交聯(lián)，均會使橡膠失去高彈性。為了提高橡膠的耐熱性，原則上是從提高高分子化學鍵的鍵能著手。因為實際使用的橡膠是經過硫化的，具有交聯(lián)結構，其耐熱性取決于高聚物的熱降解和熱交聯(lián)，而這二者又與化學鍵的斷裂和生成有關。因此，高分子化學鍵的鍵能