聚合物的电性能及导电高分子材料课件.ppt

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1、聚合物的电性能及导电高分子材料绝大多数聚合物是绝缘体，具有卓越的电绝缘性能，其介电损耗和电导率低，击穿强度高，为电器工业中不可缺少的介电材料和绝缘材料:电容器：介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高仪表绝缘：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技术：优良的高频、超高频绝缘材料大多数聚合物固有的电绝缘性，长期被利用来隔离与保护电流。是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各种物理现象介电性能：交变电场导电性能：弱电场击穿现象：强电场静电现象：发生在聚合物表面的聚合物电性能一、电介质的极化现象二、极化机理三、介电性能四、影响介电性能的因素聚

2、合物的介电性能指高聚物在外电场作用下，由于分子极化，表现出对电能的储存和损耗，这种性能称为介电性能。在直流电场（静电场）储蓄电能，在交变电场中损耗电能。介电性通常用介电常数和介电损耗来表示。材料的介电性来源于其中成分的极化。介电常数和介电损耗本质上是个极化问题，讨论聚合物的介电常数和介电损耗时，我们首先讨论聚合物的极化。聚合物的介电性能介电极化：在外电场作用下，或多或少会引起价电子或原子核的相对位移，造成了电荷的重新分布，称为极化。聚合物电介质在外电场中的极化现象分子极化形式电子极化：外电场作用下分子中各个原子或离子的价电子云相对原子核的位移，使分子带上偶极矩。极化过程所需

3、的时间极短，约为10-13-10-15s原子极化：分子骨架在外电场作用下发生变形造成的，使分子带上偶极矩。如CO2分子是直线形结构O=C=O，极化后变成个，分子中正负电荷中心发生了相对位移。极化所需要的时间约为10-13s并伴有微量能量损耗。以上两种极化统称为变形极化或诱导极化其极化率不随温度变化而变化，聚合物在高频区均能发生变形极化或诱导极化极化机理偶极极化（取向极化）：是具有永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。极化所需要的时间长，一般为10-9s，发生于低频区域。(a)无电场（b）有电场图1偶极子在电场中取向分子极化率是表征极化程度的微观物理量。是一个与分子结构有

4、关而与电场无关的量。分子的极化结果，相当于外电场在分子上引起一个附加偶极矩μ，其大小决定于作用在分子上的局部电场强度E高分子的极性键的极性用键矩表示。分子极性用偶极矩表示，偶极矩等于分子中所有键矩的矢量和。偶极矩(μ)的单位是德拜（Ｄ）。μ越大，极性越大。高分子的极性高分子的极性：一方面同化学键的极性有关，另一方面要受分子结构对称性的限制介电常数与结构的关系根据高聚物中各种基团的有效偶极矩，可以把高聚物按极性大小分为四类，他们分别对应于介电常数的某一数值范围：极性基团对介电常数的影响定义：聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能量消耗，使介质本身发热，这种现象称为聚合物的介电

5、损耗。产生原因：（1）电导损耗：指电介质所含的含有导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。这部分损耗在交变电场和恒定电场中都会发生。由于通常聚合物导电性很差，故电导损耗一般很小。（2）极化损耗：这是由于分子偶极子的取向极化造成的。取向极化是一个松弛过程，交变电场使偶极子转向时，转动速度滞后于电场变化速率，使一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗有时是很大的。聚合物的介电损耗对于电介质电容器，在交流电场中，因电介质取向极化跟不上外加电场的变化，发生介电损耗。由于介质的存在，通过电容器的电流与外加电压的相位差不再是90°，而等于φ=90°-δ常用复数介

6、电常数来表示介电常数和介电损耗两方面的性质：介电损耗表征为实部，即通常实验测得的介电系数为虚部，称介电损耗因素介电损耗一般高聚物的介电损耗：式中δ称介电损耗角，tgδ介电损耗正切。tgδ的物理意义是在每个交变电压周期中，介质损耗的能量与储存能量之比。tgδ越小，表示能量损耗越小。理想电容器（即真空电容器）tgδ=0，无能量损失。故也常用tgδ表示材料介电损耗的大小。（1）聚合物作电工绝缘材料、电缆包皮、护套或电容器介质材料：介电损耗越小越好。否则，不仅消耗较多电能，还会引起材料本身发热，加速材料老化破坏，引发事故。（2）需要利用介电损耗进行聚合物高频干燥、塑料薄膜高频焊接或

7、大型聚合物制件高频热处理时，则要求材料有较大的值。应用热合PVC等极性材料是适宜的。而PE薄膜等非极性材料就很难用高频热合。轮胎经高频热处理消除内应力，可大幅度延长使用寿命。塑料注射成型时常因含水而产生气泡，经高频干燥能很好解决这个问题。□高分子分子运动的时间与温度依赖性可在其介电性质上得到反映。借助于介电参数的变化可研究聚合物的松弛行为。在固定频率下测试固体聚合物试样的介电常数和介电损耗随温度的变化、或者在一定温度下测试试样的介电性质随频率的变化，可得同分子运动有关的特征谱图，称之为聚合物的介电松弛谱，前者为温度