高聚物的介電常數(shù)第1頁，共24頁?！?高聚物的電性能

●總論高聚物具有體積電阻率高（1016～1020Ω·cm）、介電常數(shù)?。ā?）、介質(zhì)損耗低（＜10－4）等半導體特殊優(yōu)良的電性能，同時某些高聚物還具有優(yōu)良的導電性能。另外，由于高聚物成型加工容易，品型多，故在電器方法應用廣泛。

第2頁，共24頁?！?-1高聚物的介電性一、高聚物分子的極化

▲定義

高聚物的介電性是指高聚物在電場的作用下，表現(xiàn)出對靜電能的儲蓄的損耗的性質(zhì)?！呔畚锏臉O性與類別▲高聚物的極化（polarization）是電解質(zhì)在電場的作用下分子內(nèi)束縛電荷產(chǎn)生彈性位移或偶極子沿電場的從優(yōu)取向，在電場方向的電解質(zhì)兩端呈現(xiàn)異號電荷的現(xiàn)象。強極性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛樹脂、氨基樹脂等）高聚物的極性類別非極性高聚物（PE、PP、PTFE等）弱極性高聚物（PS、PIP等）極性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等）介電性的表示方法介電常數(shù)介電損耗影響高聚物介電性的因素高聚物的極性高聚物的極化第3頁，共24頁。§8-1高聚物的介電性

高聚物的極化形式

極化形式極化機理特點適用對象電子極化電子云的變形極快，10－12～10－15s；無能量損耗；不依賴溫度和頻率所有高聚物原子極化各原子之間的相對位移稍快，10－12s；損耗微量能量；不依賴溫度所有高聚物偶極極化極性分子（或偶極子）沿電場方向轉動，從優(yōu)取向慢，10－9s以上；損耗較大能量；依賴溫度和頻率極性高聚物界面極化載流子在界面處聚集產(chǎn)生的極化極慢，幾分之一秒至幾分鐘、幾小時共混、復合材料＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－高聚物在電場中極化示意圖第4頁，共24頁。§8-1高聚物的介電性二、高聚物的介電性▲高聚物的介電常數(shù)（dielectricconstant）

△定義顯然，高聚物極化程度越大，極板感應產(chǎn)生的電荷Q’越大，介電常數(shù)越大。

△常見高聚物的介電常數(shù)高聚物計算值實驗值高聚物計算值實驗值聚乙烯（外推到無定型）聚丙烯（無定型）聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（無定型）聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚α-氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.822.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚α-氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚甲醛聚苯醚聚對苯二甲酸乙二酯(無定型)聚碳酸酯聚已二酰已二胺3.202.803.262.952.653.403.004.143.12.7/3.43.13.12.62.9/3.22.6/3.04.0第5頁，共24頁?！?-1高聚物的介電性

▲高聚物的介電損耗（dielectricloss）

△定義是電介質(zhì)在交變電場的作用下，將一部分電能轉變?yōu)闊崮芏鴵p耗的現(xiàn)象。一般用損耗角的正切值表示。式中－實驗測得的介電常數(shù)；－高聚物將電能轉變?yōu)闊崮軗p耗的程度。

△介電損耗的原因

對非極性高聚物在交變電場中，所含的雜質(zhì)產(chǎn)生的漏導電流，載流子流動時，克服內(nèi)摩擦阻力而作功，使一部分電能轉變?yōu)闊崮?，屬于歐姆損耗。

對極性高聚物在交變電場中極化時，由于黏滯阻力，偶極子的轉動取向滯后于交變電場的變化，致使偶極子發(fā)生強迫振動，在每次交變過程中，吸收一部分電能成熱能而釋放出來，屬于偶極損耗。損耗的大小取決于偶極極化的松弛特性。

VVIIcδφab高聚物介電損耗示意圖第6頁，共24頁。§8-1高聚物的介電性

△部分高聚物的介電損耗高聚物介電損耗（tanδ）60Hz103Hz106Hz高密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚碳酸酯聚已內(nèi)酰胺聚已二酰已二胺聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚偏乙烯ABS聚甲醛0.00020.00050.00050.0001～0.0003＜0.00020.00090.014～0.040.010～0.060.04～0.060.08～0.150.007～0.020.004～0.0340.0040.0020.00050.0002～0.00080.0001～0.0003＜0.00020.00210.02～0.040.011～0.060.03～0.050.07～0.160.009～0.0170.002～0.0120.00030.00050.0001～0.00050.0001～0.0004＜0.00020.0100.03～0.040.03～0.040.02～0.030.04～0.1400.006～0.0190.007～0.0260.004第7頁，共24頁?！?-1高聚物的介電性三、影響高聚物介電性的因素

△高聚物分子結構對介電性的影響

規(guī)律：ω與T一定，極性↑、極性基團密度↑，介電常數(shù)與介電損耗↑。

▓實例前兩表

△頻率對高聚物介電性的影響

影響高聚物介電性的因素高聚物的分子結構交變電場的頻率溫度濕度增塑劑ε′(T1)ε′(T1)ε′(T1)ε″(T1)ε″(T1)ε″(T1)ε′ε″ω

隨頻率增加而降低，并且在較低和較高時為零。隨頻率增加存在極大值，并且，頻率較高和較低時為零。

T1＜T2＜T3第8頁，共24頁?！?-1高聚物的介電性

△溫度對高聚物介電性的影響對非極性高聚物，溫度升高，介電常數(shù)下降；對極性高聚物，隨溫度的升高而出現(xiàn)峰值。

△濕度對高聚物介電性的影響

2.002.052.102.302.352.40020406080100～～～～1234溫度（℃）介電常數(shù)ε′非極性高聚物的介電常數(shù)與溫度的關系1-PP；2-HDPE；3-LDPE；4-PTFE50607080901003579121000Hz1000Hz60Hz60Hzε′ε″PVAC的介電性能與溫度的關系溫度（℃）介電性介電常數(shù)（50Hz）介電損耗（50Hz）相對濕度酚醛樹脂聚氯乙烯（電纜料）31.7%

63%

97%9.71

10.4

15.87.40

7.50

8.0031.7%

63%

97%0.342

0.358

0.4480.111

0.113

0.136濕度↑，介電常數(shù)與介電損耗↑第9頁，共24頁?！?-1高聚物的介電性

△增塑劑對高聚物介電性的影響

規(guī)律：對非極性高聚物，隨加入增塑劑量的增加將曲線推向高頻率區(qū)；對極性高聚物，隨增塑劑量的增加，介電常數(shù)和介電損耗增大。

▓實例

PVC

△雜質(zhì)對高聚物介電性的影響規(guī)律：導電性或極性雜質(zhì)的存在，增加高聚物電導電流的極化率，使介電損耗增大。

▓實例HDPE雜質(zhì)1.9%降到0.03%時，tanδ從14×10-4降到tanδ14×10-4

20406080100T(℃)051015ε′20406080100T(℃)00.51.01.5ε″03915200391520增塑劑加入量對PVC介電性能的影響第10頁，共24頁?！?-2高聚物的導電性一、高聚物的導電類型

導電性在電場作用下，物體中載流子發(fā)生移動的現(xiàn)象。用電導率或電阻率表示。在直流電場下，物體的電導率表示為：

式中σ－電導率；

n－載流子的濃度；

e－電子電荷；

μ－載流子的移動度。

高聚物的導電類型

高聚物的導電類型電子導電離子導電氧化還原導電第11頁，共24頁?！?-2高聚物的導電性

導電高聚物的應用導電高聚物的應用電子導電高聚物導電材料電極材料電顯示材料化學反應催化劑有機分子開關離子導電高聚物代替電解質(zhì)材料全固態(tài)電池氧化還原導電高聚物各種電極材料特種電極修飾材料第12頁，共24頁?！?-2高聚物的導電性二、高聚物的絕緣電阻

高聚物絕緣電阻的表示形式表面電阻率體積電阻率平等電極環(huán)狀電極測量電極環(huán)電極對電極試樣絕緣電阻測定第13頁，共24頁?！?-3高聚物的擊穿電壓強度一、擊穿電壓與擊穿電壓強度

介電擊穿：隨著電壓的不斷增加至某極限值后，出現(xiàn)電阻率降低到極小，電流增加，產(chǎn)生局部導電而使高聚物材料喪失絕緣性能的現(xiàn)象。

擊穿電壓：導致高聚物材料擊穿的電壓。

電流-電壓曲線擊穿電壓強度：連續(xù)對高聚物材料升高電壓，當試樣被擊穿時的電壓和試樣厚度的比值稱為擊穿電壓強度。高電壓區(qū)低電壓區(qū)絕緣破壞區(qū)I電壓V第14頁，共24頁?！?-3高聚物的擊穿電壓強度

介電擊穿的形式、原因及決定因素介電擊穿形式本征擊穿熱擊穿放電引起的擊穿高聚物材料高壓電場離子少數(shù)自由電子加速運動獲能碰撞新的電子大量自由電子介電損耗產(chǎn)生熱量T導電率老化變質(zhì)氣泡電離放電電子離子放熱老化變質(zhì)第15頁，共24頁?！?-3高聚物的擊穿電壓強度常見高聚物的擊穿電壓強度

1000-100-20051015溫度（℃）123456擊穿電壓強度×10－6（V/cm）幾種高聚物的擊穿電壓強度與溫度的關系1-聚甲基丙烯酸甲酯2-聚乙烯醇3-氯代聚乙烯4-聚苯乙烯5-聚乙烯6-聚異丁烯高聚物Eb高聚物Eb高聚物Eb聚乙烯聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚苯乙烯18-2820-2618-2214-2016-20聚砜酚醛樹脂環(huán)氧樹脂聚乙烯醇聚丙烯薄膜17-2212-1616-2040-60100-140聚苯乙烯薄膜聚酯薄膜聚酢亞胺薄膜芳香聚酰胺薄膜50-60100-13080-11070-90第16頁，共24頁。§8-3高聚物的擊穿電壓強度二、耐電壓性與耐電弧性耐電壓性：指迅速將電壓升高到制品標準規(guī)定的電壓，停留1min（或按制品標準規(guī)定的時間），觀察制品是否被擊穿，若未被擊穿，則此電壓為該制品的耐電壓值。此數(shù)值表示高聚物制品的耐電壓能力。

耐電弧性：在一定的高壓電場下，兩極間的氣體被擊穿產(chǎn)生電弧、火花的作用，致使高聚物表面形成導電層所需要時間的長短表示高聚物對電弧、電火花的抵抗能力。第17頁，共24頁。§8-4高聚物的靜電現(xiàn)象一、靜電現(xiàn)象（electrostaticeffect）

▲高聚物靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生主要產(chǎn)生于高聚物與成型加工設備之間的摩擦、拉幅、拉絲等過程。AAABBB電中性兩相電荷帶電＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋|||||||||||||||||||||||接觸或摩擦分離物體的靜電現(xiàn)象第18頁，共24頁?！?-4高聚物的靜電現(xiàn)象

▲高聚物的帶電半衰期與帶電序列二、靜電的利與弊

靜電的有利之處靜電噴涂、靜電印刷、靜電照像、靜電吸塵等。

靜電的不利之處影響外觀、相互黏結、電器準確性、靜電火花、磁帶雜音等。高聚物半衰期，s正電荷負電荷聚乙烯基咪唑賽璐璐聚N，N-二甲丙烯酰胺聚丙烯酸羊毛棉花聚n-乙烯基吡咯酮聚丙烯腈聚已二酰已二胺聚乙烯醇0.10.30.661.52.53.64166793684700.240.30.480.961.554.815.86877203770聚四氟乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚乙烯聚苯醚聚偏二氯乙烯氯化聚醚聚碳酸酯聚氯乙烯聚丙烯腈聚對苯二甲酸乙二酯維尼綸聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纖維纖維素聚酰胺第19頁，共24頁。§8-4高聚物的靜電現(xiàn)象三、靜電的防止

靜電的防止辦法靜電消除器接地導出環(huán)境濕度調(diào)節(jié)加入抗靜電劑陽離子型陰離子型兩性離子型非離子型高分子型靜電荷10－710－610－510－410－310－210－1105101520吸水率（%）聚酰胺木棉麻羊毛絡素纖維膠粘纖維醋酸纖維10005001005010543200.10.20.30.40.50.6抗靜電劑（%）靜電荷靜電荷水率的關系抗靜電劑加入量對靜電荷的影響1-PVC2-PE3-PP第