1、第7章 聚合物的電學(xué)性能,絕大多數(shù)高分子材料具有優(yōu)良的電絕緣性能。 從日常的電線、電纜絕緣材料到電子附件的 絕緣包封材料均得到廣泛的應(yīng)用，其體積電 阻率范圍寬達(dá)26個(gè)數(shù)量級(jí)。,高分子半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體、光導(dǎo)體和駐極體,聚合物的電學(xué)性能是指聚合物在外加電場(chǎng)作用下的行為，包括在交變電場(chǎng)中的介電性能，在弱電場(chǎng)中的導(dǎo)電性能，在強(qiáng)電場(chǎng)中的電擊穿及聚合物表面的靜電現(xiàn)象。,7.1 聚合物的介電性能,1 高分子的極化,在外加電場(chǎng)作用下聚合物分子中的電荷分布發(fā)生變化，表現(xiàn)出使分子的偶極矩增大的現(xiàn)象，稱為極化。,極化方式： 電子極化：價(jià)電子發(fā)生位移 原子極化：原子核發(fā)生位移 偶極極化：產(chǎn)生分子取向 界面極化：電

2、子或離子在兩相界面上聚集,取向極化 被”凍結(jié)”,就 得到駐極體,非極性分子僅產(chǎn)生電子極化和原子極化，稱為 變形極化或誘導(dǎo)極化,e電子極化率， a原子極化率,極性分子在電場(chǎng)中取向而產(chǎn)生取向偶極矩,極性分子除在外電場(chǎng)中產(chǎn)生的總偶極矩：,介電常數(shù)衡量極化的程度。 介電常數(shù)是指電介質(zhì)在電極極板間的電容c與在真空中的電容co的比值，是一個(gè)無因次量：,2 聚合物介電常數(shù),極化程度越大 介電常數(shù)越大， 絕緣性能越差,2.1 高分子結(jié)構(gòu)與 介電常數(shù),2.1.1 高分子極性越大, 介電常數(shù)越大,2.1.2 高分子結(jié)構(gòu)越對(duì)稱, 介電常數(shù)越小,2.1.3 交聯(lián)降低介電常數(shù),支化升高介電常數(shù),2.2 溫度與極性聚合物

3、的介電常數(shù),2.3 外場(chǎng)頻率與介電常數(shù),極化過程 需要時(shí)間!,高頻下很小!,非極性聚合物以電導(dǎo)損耗為主， 極性聚合物以偶極損耗為主.,在交變電場(chǎng)中電介質(zhì)消耗一部分電能而發(fā)熱的 現(xiàn)象稱為介電損耗。,3 高聚物的介電損耗,3 .1 交變電場(chǎng)與介電損耗,在交流電場(chǎng)下的介電常數(shù)：,實(shí)數(shù)部分表示與電場(chǎng)同相位的極化，反映電能的儲(chǔ)存，為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的介電常數(shù)。虛數(shù)部 分是與電場(chǎng)相差900的極化，反映損耗的能量，稱為損耗因子,電工絕緣材料相電容器材料，要求tg越小越好。 高頻加熱、塑料的焊接或干燥，此時(shí)希望材料的介電損耗tg要大,3.2 影響聚合物的介電損耗的因素,外電場(chǎng)的電壓、頻率、溫度、增塑劑、結(jié)晶度、極性基

4、團(tuán)密度以及雜質(zhì),外加電場(chǎng)的電壓升高時(shí)，導(dǎo)致聚合物介電損耗增加。,聚合物分子的極性越大，極性基團(tuán)的密度越大，則介電損耗越大。,交聯(lián)、結(jié)晶和取向等常常會(huì)阻礙偶極取向，從而影響介電損耗,增塑劉的加入，相當(dāng)于提高溫度的效果，介電損耗峰向低溫方向移動(dòng)；極性增塑劑的加入，會(huì)引入了新的偶極損耗使介電損耗增加。,導(dǎo)電雜質(zhì)或極性雜質(zhì)的存在，會(huì)增加聚合物約電導(dǎo) 電流和極化率，特別是水分子的存在會(huì)大大增加介電損 耗.,7.2 聚合物的導(dǎo)電性,普通高分子材料的電導(dǎo)率是很低的，是優(yōu)良的電介質(zhì)(絕緣體).,聚合物導(dǎo)電特征主要是雜質(zhì)離子電導(dǎo)。 共扼高分子、高分子電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物以及有機(jī)金屬高分子等導(dǎo)電高分子具有強(qiáng)的電子電導(dǎo)。

5、,a 金屬粉、金屬纖維、石墨或碳黑等導(dǎo)電性物質(zhì)摻混到聚合物中可制成電導(dǎo)性大小不等的導(dǎo)電塑料、橡膠和涂料。,A 摻雜劑對(duì)電導(dǎo)性的影響:,b 反式聚乙炔具有半導(dǎo)性，在滲雜I2、Br2等鹵素和BF3、AsF5等路易氏酸摻雜劑后，電導(dǎo)率達(dá)12x103( cm)-1 AsF5摻雜后的聚苯硫醚(PPS)的電導(dǎo)率達(dá)到 1 ( cm)-1，摻雜的聚對(duì)苯撐(PPP)的電導(dǎo)率可達(dá)500( cm) -1。,B 電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物：,聚乙烯咔脞為高分子電子給體，碘為電子受體，形成的絡(luò)合物，其電導(dǎo)率達(dá)103( cm)-1 。該復(fù)合物已用于鋰碘電池的固體電解質(zhì)，當(dāng)含1075碘時(shí)電導(dǎo)率為103( cm)-1， 用做心臟起博器的

6、電池。,7.3 聚合物的電擊穿,聚合物電介質(zhì)在高電壓下，隨著電壓的升高，電流電壓關(guān)系不再服從歐姆定理，電流比電壓增大得電快；當(dāng)電壓升至某臨界值，聚合物中形成了局部電導(dǎo), 從而使它喪失了絕緣性能，這種現(xiàn)象稱為電擊穿.,擊穿時(shí)的電壓稱為擊穿電壓. 擊穿電壓與絕緣體厚度之比值稱為介電強(qiáng)度.,聚合物電介質(zhì)的電擊穿機(jī)理有本征電擊穿、熱電擊穿或放電擊穿等，實(shí)際場(chǎng)合的電擊穿通常包含兩種以上的擊穿機(jī)理。,7.4 聚合物的靜電現(xiàn)象,加工塑料制品時(shí)，從金屬模具中脫出時(shí)會(huì)帶電; 合成纖維在紡織過程中也會(huì)帶電; 在干燥的氣候下，脫下合成纖維的衣服時(shí)，可以聽到放電的響聲，在暗處還可以看到放電的輝光。,兩種物質(zhì)，相互接觸或摩擦?xí)r, 使絕緣體表面 帶電的現(xiàn)象叫靜電現(xiàn)象,應(yīng)用: 靜電印刷、油漆噴涂、靜電分離和混合過程中。 危害及防護(hù): 容易吸附塵埃，影響美觀、光澤和性能; 在聚合物的加工和使用中，還可能因?yàn)殪o電的積聚而發(fā)生火花放電，導(dǎo)致事故，影響人身和設(shè)備的