高聚物的电学性能

1、高聚物的电学性能高聚物的电学性能工程应用工程应用电容器电容器介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高仪表绝缘仪表绝缘电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材料电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材料无线电遥控无线电遥控优良的高频、超高频绝缘材料优良的高频、超高频绝缘材料纺织化工纺织化工具有一定的导电性具有一定的导电性1014 1012 1010 108 106 104 102 0 102 104 106 108 1010 1012 1014 1014 1014金属金属绝缘体绝缘体半导体半导体取取向向杂杂化化聚聚乙乙炔炔聚聚四四氟氟乙乙烯烯尼

2、尼龙龙顺顺式式聚聚乙乙炔炔反反式式聚聚乙乙炔炔掺掺杂杂聚聚苯苯胺胺掺掺杂杂聚聚吡吡咯咯高聚物的室温电导率高聚物的室温电导率 / (S/m)一、基本概念一、基本概念二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象一、基本概念一、基本概念介电性质：交变电场中介电性质：交变电场中导电性质：弱电场中导电性质：弱电场中击穿现象：强电场击穿现象：强电场聚合物表面：静电现象聚合物表面：静电现象指聚合物在外加电压或电场作指聚合物在外加电压或电场作用下的行为及其所表现出来的用下的行为及其所表现出来的各种物理现象。各种物理现象。高聚物的电学性质高聚物的电学性质介电常数介电常数介电损耗介电损

3、耗介电击穿介电击穿介电常数：介电常数：无因次的纯数，表征电介质无因次的纯数，表征电介质贮存电能能力的大小，是衡量介质在外贮存电能能力的大小，是衡量介质在外电场中极化程度的宏观物理量。电场中极化程度的宏观物理量。介质的电容率：介质的电容率：表示单位面积和电网表示单位面积和电网厚度电介质的电容值，单位为厚度电介质的电容值，单位为 法拉法拉/米米表面束缚电荷表面束缚电荷电介质的极化现象电介质的极化现象高分子电介质的极化现象高分子电介质的极化现象偶极极化偶极极化电子极化电子极化原子极化原子极化取向极化取向极化原子的价电子云原子的价电子云分子骨架分子骨架位移极化位移极化/变形极化变形极化诱导偶极矩诱导偶

4、极矩极性分子沿电场方向排布取向极性分子沿电场方向排布取向e电子电子 a原子原子 取向取向极化率极化率 El 作用在分子上的局部电场强度作用在分子上的局部电场强度 偶极矩偶极矩极性分子取向极化作用示意图极性分子取向极化作用示意图无电场时无电场时有电场时有电场时电场强度、温度很低电场强度、温度很低高分子电介质的极化现象高分子电介质的极化现象偶极极化偶极极化电子极化电子极化原子极化原子极化取向极化取向极化原子的价电子云原子的价电子云分子骨架分子骨架位移极化位移极化/变形极化变形极化诱导偶极矩诱导偶极矩极性分子沿电场方向排布取向极性分子沿电场方向排布取向e电子电子 a原子原子 取向取向极化率极化率 E

5、l 作用在分子上的局部电场强度作用在分子上的局部电场强度 偶极矩偶极矩高聚物介电常数与高分子结构的关系高聚物介电常数与高分子结构的关系分子极性大小分子极性大小主要决定因素主要决定因素高聚物介电常数与高分子结构的关系高聚物介电常数与高分子结构的关系分子极性大小分子极性大小主要决定因素主要决定因素极性基团在分子链上的位置极性基团在分子链上的位置主链主链侧基侧基分子结构的对称性分子结构的对称性交联、拉伸、支化交联、拉伸、支化介电常数介电常数介电损耗介电损耗介电击穿介电击穿介电损耗：介电损耗：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本生发热的现象。

6、生发热的现象。1 电介质中含有能导电的载流子，其在外加电场的作用下，产生电导电介质中含有能导电的载流子，其在外加电场的作用下，产生电导电流，消耗掉一部分能量，转化为热能电流，消耗掉一部分能量，转化为热能电导损耗。电导损耗。2 电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交换电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交换产生原因：产生原因：松弛损耗：取向过程为一松弛过程，电场使偶极子转向时，一松弛损耗：取向过程为一松弛过程，电场使偶极子转向时，一部分电能损耗与克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量。部分电能损耗与克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量。共振吸收：变形极化为一种弹性过程或谐振过程，党

7、电场的频共振吸收：变形极化为一种弹性过程或谐振过程，党电场的频率与原子或电子的固有振动频率相同时发生。率与原子或电子的固有振动频率相同时发生。介电损耗的表征：介电损耗的表征：表征材料介电损耗大小的物理量。表征材料介电损耗大小的物理量。物理意义：每周期内介质损耗的能量与介质贮存的能量的比值。物理意义：每周期内介质损耗的能量与介质贮存的能量的比值。Tg 介电损耗角正切介电损耗角正切影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物分子极性大小分子极性大小极性基团密度极性基团密度极性基团的可动性极性基团的可动性影响介电损耗的因素影响介

8、电损耗的因素介电常数大而介电损耗不大介电常数大而介电损耗不大影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物各种频率下介电常数和介电损耗与温度的关系各种频率下介电常数和介电损耗与温度的关系T变化变化变化变化极化过程需要时间变化极化过程需要时间变化影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物Tg影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结

9、构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物极性增塑剂极性增塑剂非极性增塑剂非极性增塑剂影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素非极性增塑剂非极性增塑剂影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素极性增塑剂极性增塑剂影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构分子结构外加频率外加频率温度温度电压电压增塑剂增塑剂杂质高聚物杂质高聚物Tg导电杂质、极性杂质导电杂质、极性杂质水水高聚物的介电松弛谱高聚物的介电松弛谱介电损耗温度谱示意图介电损耗温度谱示意图非晶态聚合物非晶态聚合物 链段链段1 极性侧基绕极性侧基绕CC的旋转的旋转2 环单元的构象振荡环单元的

10、构象振荡3 主链局部链段的运动主链局部链段的运动部分结晶聚合物部分结晶聚合物 链段链段1 极性侧基绕极性侧基绕CC的旋转的旋转2 环单元的构象振荡环单元的构象振荡3 主链局部链段的运动主链局部链段的运动 结晶区结晶区 非晶区非晶区晶区：晶区：1 晶区中高分子的链段的运动晶区中高分子的链段的运动2 结晶表面上的局部链段运动结晶表面上的局部链段运动3 晶格缺陷处的基团运动晶格缺陷处的基团运动固体高聚物的介电松弛过程固体高聚物的介电松弛过程介电常数介电常数介电损耗介电损耗介电击穿介电击穿介电击穿：介电击穿：在高压下，大量的电能迅速释放，使电极之间的在高压下，大量的电能迅速释放，使电极之间的材料局部被

11、烧毁的现象。材料局部被烧毁的现象。形成机理：形成机理：本征击穿本征击穿热击穿热击穿放电击穿放电击穿二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性与分子结构的关系高聚物的导电性与分子结构的关系4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素5 高聚物的静电现象高聚物的静电现象6 静电的危害与防止静电的危害与防止1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点绝缘体绝缘体 半导体半导体 导体导体导电机理导电机理电子导电电子导电离子导电离子导电电子电子空穴空穴正离子正离子负离子负离子强

12、极性原子或基团的聚合物强极性原子或基团的聚合物催化剂、添加剂、水份等催化剂、添加剂、水份等共轭聚合物共轭聚合物电荷转移络合物电荷转移络合物自由基离子化合物自由基离子化合物有机金属聚合物有机金属聚合物1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点电子导电电子导电P离子导电离子导电自由体积自由体积离子的迁移离子的迁移电子的电子的“跃迁跃迁”二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性与分子结构的关系高聚物的导电性与分子结构的关系4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素5

13、高聚物的静电现象高聚物的静电现象6 静电的危害与防止静电的危害与防止2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率表面电阻率是沿试样表面电流方向的直流表面电阻率是沿试样表面电流方向的直流场强与该处单位长度的表面电流之比。场强与该处单位长度的表面电流之比。单位：欧姆单位：欧姆体积电阻率是体积电流方向的直流场强与体积电阻率是体积电流方向的直流场强与该处体积电流密度之比。该处体积电流密度之比。单位：欧单位：欧米米二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性与分子结构的关

14、系高聚物的导电性与分子结构的关系4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素5 高聚物的静电现象高聚物的静电现象6 静电的危害与防止静电的危害与防止3 高聚物的导电性与分子结构的关系高聚物的导电性与分子结构的关系饱和非极性高聚物饱和非极性高聚物极性高聚物极性高聚物共轭高聚物共轭高聚物电荷转移络合物电荷转移络合物自由基离子化合物自由基离子化合物有机金属聚合物有机金属聚合物本身电绝缘性优异、外带杂质本身电绝缘性优异、外带杂质本征电离本征电离电子离域电子离域电子转移电子转移电子迁移电子迁移电子电导电子电导聚苯乙烯、聚乙烯聚苯乙烯、聚乙烯聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯

15、乙烯碳纤维碳纤维二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性与分子结构的关系高聚物的导电性与分子结构的关系4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素5 高聚物的静电现象高聚物的静电现象6 静电的危害与防止静电的危害与防止4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素1 分子结构分子结构2 分子量分子量3 结晶与取向结晶与取向4 交联交联5 杂质杂质6 环境湿度环境湿度7 材料表观结构材料表观结构二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的

16、静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性与分子结构的关系高聚物的导电性与分子结构的关系4 影响高聚物导电性的因素影响高聚物导电性的因素5 高聚物的静电现象高聚物的静电现象6 静电的危害与防止静电的危害与防止4）静电产生的原因：）静电产生的原因：+ -+ -接触前的接触前的电中性结电中性结构构+ -+ -接触介面接触介面的的“双电双电层结构层结构” -+ 摩擦分离摩擦分离后的带电后的带电结构结构5 高聚物的静电现象高聚物的静电现象摩擦产生热量，加速电子运动，静电现摩擦产生热量，加速电子运动，静电现象更为严重。象更为严重。介电系数高介电系数高的带正电的带正电介电系数低介电系数低的带负电的带负电玻璃纤维玻璃纤维羊毛羊毛锦纶锦纶粘胶粘胶棉棉蚕丝蚕丝PVA涤纶涤纶PANPEPTFE正正负负二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1 高聚物的导电特点高聚物的导电特点2 表面电阻率和体积电阻率表面电阻率和体积电阻率3 高聚物的导电性