第7章__聚合物的电

1、第7章 聚合物的电学性能绝大多数高分子材料具有优良的电绝缘性能。从日常的电线、电缆绝缘材料到电子附件的绝缘包封材料均得到广泛的应用，其体积电阻率范围宽达26个数量级。高分子半导体、导体、超导体、光导体和驻极体 聚合物的电学性能是指聚合物在外加电场作用下的行为，包括在交变电场中的介电性能，在弱电场中的导电性能，在强电场中的电击穿及聚合物表面的静电现象。7.1 聚合物的介电性能1 高分子的极化在外加电场作用下聚合物分子中的电荷分布发生变化，表现出使分子的偶极矩增大的现象，称为极化。极化方式： 电子极化：价电子发生位移 原子极化：原子核发生位移 偶极极化：产生分子取向 界面极化：电子或离子在两相界面

2、上聚集取向极化被”冻结”,就得到驻极体 非极性分子仅产生电子极化和原子极化，称为变形极化或诱导极化e电子极化率， a原子极化率极性分子在电场中取向而产生取向偶极矩极性分子除在外电场中产生的总偶极矩：介电常数衡量极化的程度。介电常数是指电介质在电极极板间的电容c与在真空中的电容co的比值，是一个无因次量：2 聚合物介电常数极化程度越大介电常数越大，绝缘性能越差2.1 高分子结构与 介电常数2.1.1 高分子极性越大, 介电常数越大2.1.2 高分子结构越对称, 介电常数越小2.1.3 交联降低介电常数,支化升高介电常数 2.2 温度与极性聚合物的介电常数 2.3 外场频率与介电常数极化过程需要时

3、间!高频下很小!非极性聚合物以电导损耗为主，极性聚合物以偶极损耗为主.在交变电场中电介质消耗一部分电能而发热的现象称为介电损耗。3 高聚物的介电损耗3 .1 交变电场与介电损耗在交流电场下的介电常数： 实数部分表示与电场同相位的极化，反映电能的储存，为实验测得的介电常数。虚数部分是与电场相差900的极化，反映损耗的能量，称为损耗因子电工绝缘材料相电容器材料，要求tg越小越好。高频加热、塑料的焊接或干燥，此时希望材料的介电损耗tg要大3.2 影响聚合物的介电损耗的因素 外电场的电压、频率、温度、增塑剂、结晶度、极性基团密度以及杂质外加电场的电压升高时，导致聚合物介电损耗增加。聚合物分子的极性越大

4、，极性基团的密度越大，则介电损耗越大。交联、结晶和取向等常常会阻碍偶极取向，从而影响介电损耗 增塑刘的加入，相当于提高温度的效果，介电损耗峰向低温方向移动；极性增塑剂的加入，会引入了新的偶极损耗使介电损耗增加。导电杂质或极性杂质的存在，会增加聚合物约电导电流和极化率，特别是水分子的存在会大大增加介电损耗.7.2 聚合物的导电性普通高分子材料的电导率是很低的，是优良的电介质(绝缘体).聚合物导电特征主要是杂质离子电导。 共扼高分子、高分子电荷转移络合物以及有机金属高分子等导电高分子具有强的电子电导。 a 金属粉、金属纤维、石墨或碳黑等导电性物质掺混到聚合物中可制成电导性大小不等的导电塑料、橡胶和

5、涂料。A 掺杂剂对电导性的影响: b 反式聚乙炔具有半导性，在渗杂I2、Br2等卤素和BF3、AsF5等路易氏酸掺杂剂后，电导率达12x103( cm)-1AsF5掺杂后的聚苯硫醚(PPS)的电导率达到1 ( cm)-1，掺杂的聚对苯撑(PPP)的电导率可达500( cm) -1。B 电荷转移络合物：聚乙烯咔脞为高分子电子给体，碘为电子受体，形成的络合物，其电导率达103( cm)-1。该复合物已用于锂碘电池的固体电解质，当含1075碘时电导率为103( cm)-1， 用做心脏起博器的电池。7.3 聚合物的电击穿聚合物电介质在高电压下，随着电压的升高，电流电压关系不再服从欧姆定理，电流比电压增

6、大得电快；当电压升至某临界值，聚合物中形成了局部电导, 从而使它丧失了绝缘性能，这种现象称为电击穿.击穿时的电压称为击穿电压.击穿电压与绝缘体厚度之比值称为介电强度.聚合物电介质的电击穿机理有本征电击穿、热电击穿或放电击穿等，实际场合的电击穿通常包含两种以上的击穿机理。7.4 聚合物的静电现象加工塑料制品时，从金属模具中脱出时会带电;合成纤维在纺织过程中也会带电; 在干燥的气候下，脱下合成纤维的衣服时，可以听到放电的响声，在暗处还可以看到放电的辉光。两种物质，相互接触或摩擦时, 使绝缘体表面带电的现象叫静电现象应用:静电印刷、油漆喷涂、静电分离和混合过程中。危害及防护:容易吸附尘埃，影响美观、光泽和性能; 在聚合物的加工和使用中，还可能因为静电的积聚而发生火花放电，导致事故，影响人身和设备的安