pcp11 _高聚物的热、电和光学性能.ppt

1、第11章 高聚物的热、电和光学性能,高聚物的热学性能 耐热性、导热性、热膨胀和比热 高聚物的电学性能 介电性能、电导性能和电强度 高聚物的光学性能 折反射、双折射、透明性和光导性,1 高聚物的热学性能,高聚物的耐热性能（热稳定性能） 高聚物的导热性能 高聚物的热膨胀性能 高聚物的比热（热容）,1 高聚物的热学性能,11 耐热性能（热稳定性能） 1概述 热稳定性能高聚物的弱点 “热”在实际应用中的重要性 使用寿命 小型化 轻量化 可靠性 使用条件,耐热性：高聚物处于高温条件下 保持其性能的能力 耐热性能的表征 短时耐热性 长时耐热性 Tg、Tf、Tm、Td 耐热等级 马丁耐热温度 A E B F

2、 H C 热变形温度 105 120 135 155 180 180 维卡软化点 温度指数,高聚物(塑料)结构与耐热性联系 最常用的原理 增加高分子链的刚性提高耐热性 提高结晶能力提高耐热性 分子链之间交联提高耐热性,3提高聚合物耐热性的途径,提高高分子主链的键能 主链中引入环状结构 合成具有“梯型”结构的聚合物 引入无机元素元素有机高分子 添加无机填充料复合材料 热稳定剂的应用,12 导热性,使用中的要求：隔热材料导热性小 电绝缘材料导热性大 聚合物热绝缘体 （一般聚合物不导电，热不能通过自由电子传递） 聚合物热量的传递分子间的碰撞 （分子间排列疏松导热性较差） 聚合物导热系数范围10501

3、0-2 J/s.m.oc,13 热膨胀性能,使用中的要求：影响聚合物制品尺寸稳定性 聚合物与其它材料的粘结性 热膨胀性依赖于原子间的相互作用 随温度的变化 共价键中原子间作用越大热膨胀系数越低 （石英、金属为三维有序晶格） 液体中仅是分子间的相互作用，热膨胀大 聚合物分子链方向是共价键 其它方向仅是分子之间的作用力 聚合物热膨胀系数范围：42010-5 m / m.oC,2 高聚物的电学性能,高聚物的介电性能 高聚物的电导性能（电绝缘性能） 高聚物的电强度（电击穿性能）,2 高聚物的电学性能,高聚物的电学性能： 高聚物在外电场作用下的行为 及其表现出来的各种物理现象 介电常数 高聚物的 介电损

4、耗tg 电学性能 绝缘电阻（系数） 介电强度E,21 高聚物的介电性能, 高聚物在外电场作用下出现的 电能储存和损耗的性质 介电 由高聚物的分子在外电场中 性能 的极化引起的 介电常数和介质损耗tg 可描述其介电性能,1分子的极化,分子的极化 分子原子借助化学键相互结合构成 正负电荷中心重合非极性分子 正负电荷中心不重合极性分子 分子极性的强弱 极距（偶极距） （德拜 ）,极化在外电场作用下电介质分子中 的电荷分布发生相应的变化 极性分子在电场中的转动,极化过程： 需要克服分子间的相互作用 需要时间对小分子可忽略（10 -810秒） 高聚物分子运动单元有大有小（多重性） 极化过程是一个松弛过程

5、,不能忽略（10 -1-10秒）,21 高聚物的介电性能 2介电常数,C：含有电介质电容器的电容 Co：该真空电容器的电容 o 为真空电容率 = 88510-12 法拉 / 米,2 介电常数,介电常数 描述电介质材料储存电能大小的物理量 是宏观上反映电介质极化程度参数 大极化强 小极化弱,3介质损耗tg,介质损耗：在交变电场中电介质产生的损耗而发热 介质损耗的原因： 分子极化过程中由于分子运动克服内摩擦力 作功消耗电能为“极化损耗” 微量的导电载流子在交变电场下运动时 克服内摩擦力作功消耗电能为“电导损耗” 极性高聚物的介质损耗主要是极化损耗 介质损耗的利用：高频加热（薄膜袋封口等）,4影响介

6、电性能的因素,高聚物的分子结构 非极性高聚物 介电常数 和介质损耗 tg 较低 ：222.7 tg ： 10-4 极性高聚物 介电常数 和介质损耗 tg 较大 ：307.0 tg ： 10-1 -3,温度 T 温度很低： 分子运动松弛时间 电场变化的作用时间 t 极化转向不能进行 tg 0 温度很高： 分子运动松弛时间 电场变化的作用时间 t 极化转向滯后电场变化极小 0 特定温度：分子运动松弛时间 电场变化的作用时间 t 介质损耗 t g 有最大值, 电场频率,对tg 的影响： 频率很高：tg 较小 作用时间分子运动时间 频率很低：tg 较小 作用时间分子运动时间 适当频率： tg 最大 作

7、用时间分子运动时间,增塑剂 增塑剂加入分子间作用减小极化转向容易 相当于温度 加入极性增塑剂增加新的极化作用 使 tg 和 杂质对介电性能影响很大 导电杂质和极性杂质（如水）,22 高聚物的导电性能 1导电性的表征电阻率,体积电阻系数 表面电阻系数 S：电极面积 d：厚度 l：电极长度 RV：体积电阻 RS：表面电阻,2 高聚物的漏电流 （体积电阻率）,高聚物的体积电阻率：10101020 之间 高聚物的漏电流包括三个部分： 瞬时电流 Id 由电子或原子极化引起 10-13 10-15 秒 极化电流 Ia 由极性基团、偶极取向极化 等引起，随时间逐渐减小0。 10 04 秒 漏电电流 I 由可

8、移动的离子、自由电子等带电粒子沿电场方向运动形成的稳定电流,高聚物的漏电流,饱和的非极性高聚物： （PE等） 一般的极性高聚物： （PVC等） 共轭结构的高聚物： （聚乙炔等） 电荷转移络合物 自由基-离子化合物 较高的导电性能 有机金属聚合物等,分子结构高聚物导电性能的内在因素,23 高聚物的击穿,当所加电场强度达到某一临界值 使高聚物丧失电绝缘的性能击穿 击穿性能的表征击穿强度 E,23 高聚物的击穿 击穿的两种形式,热击穿 漏电流使聚合物发热 发热使温度升高 进而使电阻率 进一步使漏电流 继续使温度 电阻率直至击穿 特征：击穿电压与温度、厚度有关,电击穿 带电粒子在电场作用下运动 当电场强度很高时带电粒子运动速度极快 高动能的带电粒子碰撞产生新的带电粒子 连锁反应使带电粒子数量激增直至击穿 特征：击穿电压与温度、厚度物关,23 高聚物的击穿,聚合物击穿强度的范围： 1030 千伏/毫米 （kV/mm） 影响聚合物击穿强度的因素： 聚合物结构及制品的形状 外界的介质环境、温度 电场的频率、加压的方式和电极的形状 聚合物的纯度与杂质含量,3 高聚物的光学性能,反射 光 介质 吸收 动、热能 进入介质 散射 透过,1折射 光线 ：空气 (n1) 聚合物 聚合物的折射率： n(1.31.7) 影响聚合物折射率的因素： 芳环具有较高的折射率 甲基、F原子具有较低的折射率 波长