第講熱力學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第講熱力學(xué)性質(zhì)第講熱力學(xué)性質(zhì)(xngzh)第一頁(yè)，共73頁(yè)。 通過結(jié)構(gòu)修飾（衍生物、接枝、共聚）、摻雜誘導(dǎo)、乳液聚合、化學(xué)復(fù)合等方法人們又克服了導(dǎo)電高分子不溶不熔的缺點(diǎn)(qudin)，獲得可溶性或水分散性導(dǎo)電高分子，大大改善了加工性，使導(dǎo)電高分子進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。 白川英樹等人因其開創(chuàng)性和富有成效的工作(gngzu)獲得2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 因此如同力學(xué)性質(zhì)的測(cè)量(cling)一樣，電學(xué)性質(zhì)的測(cè)量(cling)也成為研究聚合物結(jié)構(gòu)與分子運(yùn)動(dòng)的一種有效手段。 研究聚合物電學(xué)性能的另一緣由是因?yàn)榫酆衔锏碾妼W(xué)性質(zhì)非常靈敏地反映材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征和分子運(yùn)動(dòng)狀況。第1頁(yè)/共73頁(yè)第二頁(yè)，共73

2、頁(yè)。極化方式感應(yīng)極化取向極化 在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)分子(fnz)中電荷分布發(fā)生變化，使材料出現(xiàn)宏觀偶極矩，這種現(xiàn)象稱電介質(zhì)的極化。第2頁(yè)/共73頁(yè)第三頁(yè)，共73頁(yè)。 非極性分子本身無偶極矩，在外電場(chǎng)作用(zuyng)下，原子內(nèi)部?jī)r(jià)電子云相對(duì)于原子核發(fā)生位移，使正負(fù)電荷中心分離，分子帶上偶極矩；或者在外電場(chǎng)作用(zuyng)下，電負(fù)性不同的原子之間發(fā)生相對(duì)位移，使分子帶上偶極矩。這種極化稱感應(yīng)極化，又稱誘導(dǎo)極化或變形極化。 感應(yīng)(gnyng)極化其中由價(jià)電子云位移引起的極化稱電子極化；由原子間發(fā)生(fshng)相對(duì)位移引起的極化稱原子極化。原子極化比電子極化弱得多，極化過程所需的時(shí)間略長(zhǎng)。第3

3、頁(yè)/共73頁(yè)第四頁(yè)，共73頁(yè)。 感應(yīng)極化產(chǎn)生的偶極矩為感應(yīng)偶極矩，對(duì)各向同性介質(zhì)，與外電場(chǎng)(din chng)強(qiáng)度成正比： （9-1） 式中 : 稱感應(yīng)極化率； 為電子極化率； 原子極化率。 感應(yīng)(gnyng)偶極矩EEae111eaae 和 的值不隨溫度(wnd)而變化，僅取決于分子中電子云和原子的分布情況。電子極化和原子極化在所有電介質(zhì)中（包括極性介質(zhì)和非極性介質(zhì)）都存在。第4頁(yè)/共73頁(yè)第五頁(yè)，共73頁(yè)。 極性分子本身具有永久偶極矩，通常狀態(tài)下由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，各偶極矩的指向雜亂無章(z lun w zhng)，因此宏觀平均偶極矩幾乎為零。 當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化

4、外，其偶極子還會(huì)沿電場(chǎng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、排列，產(chǎn)生分子取向，表現(xiàn)出宏觀偶極矩。這種現(xiàn)象稱取向極化或偶極極化（圖9-1）。取向極化(j hu)或偶極極化(j hu)圖9-1 極性分子(fnz)的取向極化第5頁(yè)/共73頁(yè)第六頁(yè)，共73頁(yè)。取向極化產(chǎn)生偶極矩的大小取決于偶極子的取向程度，研究表明(biomng)，取向偶極矩與極性分子永久偶極矩的平方成正比，與外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，與絕對(duì)溫度成反比。即:式中 稱取向極化率，k為波爾茲曼常數(shù)(chngsh)。由于極性分子永久偶極矩遠(yuǎn)大于感應(yīng)偶極矩，故取向偶極矩大于感應(yīng)偶極矩。EEkT22023（9-2）取向(q xin)偶極矩2第6頁(yè)/共73頁(yè)第七頁(yè)，共73頁(yè)。

5、 極性分子沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)、排列時(shí)，需要克服本身的慣性和旋轉(zhuǎn)(xunzhun)阻力，所以完成取向極化過程所需時(shí)間比電子極化和原子極化長(zhǎng)。尤其對(duì)大分子，其取向極化可以是不同運(yùn)動(dòng)單元的取向，包括小側(cè)基、鏈段或分子整鏈，因此完成取向極化所需時(shí)間范圍也很寬。取向極化時(shí)因需克服分子間相互作用力，因此也消耗部分能量。以上討論單個(gè)分子產(chǎn)生的偶極矩，對(duì)各向同性介質(zhì)，若單位體積(tj)含 個(gè)分子，每個(gè)分子產(chǎn)生的平均偶極矩為，則單位體積(tj)內(nèi)的偶極矩P為EnnP00（9-3）P 稱介質(zhì)(jizh)極化率， 為分子極化率。對(duì)非極性介質(zhì)(jizh)， ；對(duì)極性介質(zhì)(jizh)， 。2110n第7頁(yè)/共73頁(yè)第八頁(yè)，

6、共73頁(yè)。 除上述三種極化外，還有一種產(chǎn)生于非均相介質(zhì)(jizh)界面處的界面極化。由于界面兩邊的組分可能具有不同的極性或電導(dǎo)率，在電場(chǎng)作用下將引起電荷在兩相界面處聚集，從而產(chǎn)生極化。 共混、填充聚合物體系以及泡沫聚合物體系有時(shí)會(huì)發(fā)生界面極化。 對(duì)均質(zhì)聚合物，在其內(nèi)部的雜質(zhì)、缺陷或晶區(qū)、非晶區(qū)界面上，都有可能產(chǎn)生界面極化。界面(jimin)極化第8頁(yè)/共73頁(yè)第九頁(yè)，共73頁(yè)。 聚合物在外電場(chǎng)作用下貯存和損耗電能的性質(zhì)稱介電性，這是由于聚合物分子(fnz)在電場(chǎng)作用下發(fā)生極化引起的，通常用介電系數(shù)和介電損耗表示。（二）聚合物的介電性能VQC/00（9-4）0Q0C1、介電系數(shù) 已知真空平板電容

7、器的電容 與施加在電容器上的直流電壓V及極板上產(chǎn)生的電荷 有如下(rxi)關(guān)系：第9頁(yè)/共73頁(yè)第十頁(yè)，共73頁(yè)。 當(dāng)電容器極板(j bn)間充滿均質(zhì)電介質(zhì)時(shí)，由于電介質(zhì)分子的極化，極板(j bn)上將產(chǎn)生感應(yīng)電荷，使極板(j bn)電荷量增加到 （圖9-2）。00/CVQQ（9-5）圖9-2 介質(zhì)電容器感應(yīng)(gnyng)電荷示意圖0QQ 電容(dinrng)器電容(dinrng)相應(yīng)增加到C 。VQC/第10頁(yè)/共73頁(yè)第十一頁(yè)，共73頁(yè)。 兩個(gè)電容(dinrng)器的電容(dinrng)之比，稱該均質(zhì)電介質(zhì)的介電系數(shù)，即00/1/QQCC（9-6）介電系數(shù)(xsh) 介電系數(shù)反映了電介質(zhì)儲(chǔ)

8、存(chcn)電荷和電能的能力. 從上式可以看出，介電系數(shù)越大，極板上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷Q和儲(chǔ)存(chcn)的電能越多。第11頁(yè)/共73頁(yè)第十二頁(yè)，共73頁(yè)。03421NMP（9-7）根據(jù)上式，我們可以通過測(cè)量電介質(zhì)介電系數(shù) 求得分子極化率 。另外實(shí)驗(yàn)得知，對(duì)非極性介質(zhì)，介電系數(shù) 與介質(zhì)的光折射率n的平方相等， ，此式聯(lián)系(linx)著介質(zhì)的電學(xué)性能和光學(xué)性能。2n式中: 、M、 分別為電介質(zhì)的摩爾(m r)極化率、分子量和密度， 為阿佛加德羅常數(shù)。對(duì)非極性介質(zhì)，此式稱Clausius-Mosotti方程；對(duì)極性介質(zhì)，此式稱Debye方程。P0N 介電系數(shù)在宏觀上反映了電介質(zhì)的極化(j hu)程度

9、，它與分子極化(j hu)率存在著如下的關(guān)系：第12頁(yè)/共73頁(yè)第十三頁(yè)，共73頁(yè)。 電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中極化時(shí)，會(huì)因極化方向的變化而損耗部分(b fen)能量和發(fā)熱，稱介電損耗。 2、介電損耗 是指電介質(zhì)所含的微量導(dǎo)電載流子在電場(chǎng)作用下流動(dòng)時(shí)，因克服電阻所消耗(xioho)的電能。 這部分損耗在交變電場(chǎng)和恒定電場(chǎng)中都會(huì)發(fā)生。由于通常聚合物導(dǎo)電性很差，故電導(dǎo)損耗一般很小。 產(chǎn)生(chnshng)的原因: （1） 電導(dǎo)損耗第13頁(yè)/共73頁(yè)第十四頁(yè)，共73頁(yè)。 取向極化是一個(gè)松弛過程，交變電場(chǎng)使偶極子轉(zhuǎn)向(zhunxing)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度滯后于電場(chǎng)變化速率，使一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，

10、這部分損耗有時(shí)是很大的。 對(duì)非極性聚合物而言，電導(dǎo)損耗可能是主要的。 對(duì)極性聚合物的介電損耗而言，其主要部分為極化損耗。（2） 極化(j hu)損耗 這是由于分子(fnz)偶極子的取向極化造成的。131510101310910 已知分子極化速率很快。電子極化所需時(shí)間約 秒，原子極化需略大于 秒。但取向極化所需時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)小分子約大于 秒，對(duì)大分子更長(zhǎng)一些。第14頁(yè)/共73頁(yè)第十五頁(yè)，共73頁(yè)。 極性電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中極化時(shí)，如果電場(chǎng)的交變頻率(pnl)很低，偶極子轉(zhuǎn)向能跟得上電場(chǎng)的變化，如圖9-3（a），介電損耗就很小。 當(dāng)交變電場(chǎng)頻率提高，偶極子轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)的變化(binhu)有時(shí)間差（圖9-

11、3（b），落后于電場(chǎng)的變化(binhu)。圖9-3 偶極子取向隨電場(chǎng)變化圖（a）電場(chǎng)交變頻率低，偶極子轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)同步變化（b）電場(chǎng)交變頻率提高(t go)，偶極子轉(zhuǎn)向滯后于電場(chǎng)變化第15頁(yè)/共73頁(yè)第十六頁(yè)，共73頁(yè)。 由此可見，只有當(dāng)電場(chǎng)變化(binhu)速度與微觀運(yùn)動(dòng)單元的本征極化速度相當(dāng)時(shí)，介電損耗才較大。 這是由于介質(zhì)的內(nèi)粘滯作用，偶極子轉(zhuǎn)向?qū)⒖朔?kf)摩擦阻力而損耗能量，使電介質(zhì)發(fā)熱。 若交變電場(chǎng)頻率進(jìn)一步提高，致使偶極子取向完全跟不上電場(chǎng)變化，取向極化將不發(fā)生(fshng)，這時(shí)介質(zhì)損耗也很小。 實(shí)驗(yàn)表明，原子極化損耗多出現(xiàn)于紅外光頻區(qū)，電子極化損耗多出現(xiàn)于紫外光頻區(qū)，在一般電頻

12、區(qū)，介質(zhì)損耗主要是由取向極化引起的。第16頁(yè)/共73頁(yè)第十七頁(yè)，共73頁(yè)。為了表征介電損耗，研究在交變電場(chǎng)(jio bin din chn)中介質(zhì)電容器的能量損耗情況。首先考慮(kol)真空電容器，電容量為 ，若在其極板上加一個(gè)頻率為、幅值為 的交變電壓，則通過真空電容器的電流為：200*0*0*tieVCVCidtdVCtiI(9-8)式中，為 虛數(shù)(xsh)單位。由上式看出，電流 的位相比電壓 超前 ，即電流復(fù)矢量與電壓復(fù)矢量垂直，其損耗的電功功率為 。1i*I0*0VIP*V0C0V90第17頁(yè)/共73頁(yè)第十八頁(yè)，共73頁(yè)。CRiIIVCCiVCiidtdVCtiI *00*0*0*（9

13、-9）對(duì)于電介質(zhì)電容器，在交流電場(chǎng)中，因電介質(zhì)取向極化跟不上外場(chǎng)的變化，將發(fā)生介電損耗。由于(yuy)介質(zhì)的存在，通過電容器的電流 與外加電壓 的相位差不再是90，而等于=90-（圖9-4）。仍設(shè) ，通過電容器的電流 為：*VtieVtV0*I*I式中 稱復(fù)介電系數(shù)，定義為 。 為復(fù)介電系數(shù)的實(shí)數(shù)部分，即試驗(yàn)測(cè)得的介電系數(shù) ； 為復(fù)介電系數(shù)的虛數(shù)部分，稱為損耗因子。 i 圖（9-4）交變電場(chǎng)中電容器的電流(dinli)、電壓矢量圖第18頁(yè)/共73頁(yè)第十九頁(yè)，共73頁(yè)。 實(shí)數(shù)部分 與交變電壓(diny)同相位，相當(dāng)于流過“純電阻”的電流，這部分電流損耗能量。*I*0VCIC*0VCIR 由上式可

14、見，通過介質(zhì)電容器的電流(dinli) 分為兩部分： 虛數(shù)部分 與交變電壓(diny)的相位差為90，相當(dāng)于流過“純電容”的電流，這部分電流不作功；*0 *0*)()(VCiidtdVCtiICRiIIVCCi*0 0)(第19頁(yè)/共73頁(yè)第二十頁(yè)，共73頁(yè)。 我們(w men)用“電阻”電流與“電容”電流之比表征介質(zhì)的介電損耗： *0*0VCVCIItgCRtg正比于 ，故也常用(chn yn) 表示材料介電損耗的大小。 的物理意義是在每個(gè)交變電壓周期中，介質(zhì)損耗(snho)的能量與儲(chǔ)存能量之比。tgtgtgtg越小，表示能量損耗越小。理想電容器（即真空電容器） =0，無能量損失。 式中稱介

15、電損耗角， 稱介電損耗正切。（9-10）介電損耗第20頁(yè)/共73頁(yè)第二十一頁(yè)，共73頁(yè)。 選用高分子材料作電氣工程材料時(shí)，介電損耗必須考慮。 若選用聚合物作電工絕緣材料、電纜包皮、護(hù)套或電容器介質(zhì)材料，希望介電損耗越小越好。 否則，不僅消耗較多電能，還會(huì)引起材料本身發(fā)熱，加速材料老化破壞，引發(fā)事故。 在另一些場(chǎng)合，需要利用介電損耗進(jìn)行聚合物高頻(o pn)干燥、塑料薄膜高頻(o pn)焊接或大型聚合物制件高頻(o pn)熱處理時(shí)，則要求材料有較大的 或 值。 tg如何(rh)應(yīng)用介電損耗?第21頁(yè)/共73頁(yè)第二十二頁(yè)，共73頁(yè)。3、影響(yngxing)聚合物介電性能的因素（1）分子結(jié)構(gòu)(fn

16、 z ji u)的影響 高分子材料的介電性能首先與材料的極性有關(guān)。這是因?yàn)樵趲追N介質(zhì)極化(j hu)形式中，偶極子的取向極化(j hu)偶極矩最大，影響最顯著。 分子偶極矩等于組成分子的各個(gè)化學(xué)鍵偶極矩（亦稱鍵矩）的矢量和。 對(duì)大分子而言，由于構(gòu)象復(fù)雜，難以按構(gòu)象求整個(gè)大分子平均偶極矩，所以用單體單元偶極矩來衡量高分子極性。按單體單元偶極矩的大小，聚合物分極性和非極性兩類。 第22頁(yè)/共73頁(yè)第二十三頁(yè)，共73頁(yè)。 一般(ybn)認(rèn)為偶極矩在00.5D（德拜）范圍內(nèi)屬非極性的，偶極矩在0.5D以上屬極性的。 聚氯乙烯(j l y x)中CCl（2.05D）和CH鍵矩不同，不能相互抵消，故分子是

17、極性的。 非極性聚合物具有(jyu)低介電系數(shù)（約為2）和低介電損耗（小于 ）；410 聚乙烯分子中CH鍵的偶極矩為0.4D，但由于分子對(duì)稱，鍵矩矢量和為零，故聚乙烯為非極性的。 聚四氟乙烯中雖然CF鍵偶極矩較大（1.83D），但CF對(duì)稱分布，鍵矩矢量和也為零，整個(gè)分子也是非極性的。極性聚合物具有較高的介電常數(shù)和介電損耗。 第23頁(yè)/共73頁(yè)第二十四頁(yè)，共73頁(yè)。410tg聚聚 合合 物物聚聚 合合 物物聚四氟乙烯聚四氟乙烯2.02聚碳酸酯聚碳酸酯2.973.719四氯乙烯六氟丙四氯乙烯六氟丙烯共聚物烯共聚物2.13聚砜聚砜3.1468聚丙烯聚丙烯2.223聚氯乙烯聚氯乙烯3.23.67020

18、0聚三氟聚乙烯聚三氟聚乙烯2.2412聚甲基丙烯聚甲基丙烯酸甲酯酸甲酯3.33.9400600低密度聚乙烯低密度聚乙烯2.252.352聚甲醛聚甲醛3.740高密度聚乙烯高密度聚乙烯2.302.352尼龍尼龍63.8100400ABS樹酯樹酯2.45.040300尼龍尼龍664.0140600聚苯乙烯聚苯乙烯2.453.1013酚醛樹酯酚醛樹酯5.06.56001000高抗沖聚苯乙烯高抗沖聚苯乙烯2.454.75硝化纖維素硝化纖維素7.07.59001200聚苯醚聚苯醚2.5820聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯8.4表 9-1 常見(chn jin)聚合物的介電系數(shù)（60HZ）和介電損耗角正切410tg

19、第24頁(yè)/共73頁(yè)第二十五頁(yè)，共73頁(yè)。 分子鏈活動(dòng)能力對(duì)偶極子取向有重要(zhngyo)影響。 例如在玻璃態(tài)下，鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，結(jié)構(gòu)單元上極性基團(tuán)的取向受鏈段牽制(qinzh)，取向能力低； 而在高彈態(tài)時(shí)，鏈段活動(dòng)能力大，極性基團(tuán)取向時(shí)受鏈段牽制較小，因此(ync)同一聚合物高彈態(tài)下的介電系數(shù)和介電損耗要比玻璃態(tài)下大。 如聚氯乙烯的介電系數(shù)在玻璃態(tài)時(shí)為3.5，到高彈態(tài)增加到約15，聚酰胺的介電系數(shù)玻璃態(tài)為4.0，到高彈態(tài)增加到近50。 大分子交聯(lián)也會(huì)妨礙極性基團(tuán)取向，使介電系數(shù)降低。 典型例子是酚醛樹脂，雖然這種聚合物極性很強(qiáng)，但交聯(lián)使其介電系數(shù)和介電損耗并不很高。 相反，支化結(jié)構(gòu)會(huì)使大分子

20、間相互作用力減弱，分子鏈活動(dòng)性增強(qiáng)，使介電系數(shù)增大。 第25頁(yè)/共73頁(yè)第二十六頁(yè)，共73頁(yè)。（2） 溫度和交變電場(chǎng)頻率(pnl)的影響 溫度(wnd)的影響 溫度升高一方面使材料粘度下降，有利于極性基團(tuán)取向，另一方面又使分子布朗運(yùn)動(dòng)(b ln yn dn)加劇，反而不利于取向。 由圖9-5可見，當(dāng)溫度低時(shí)，介質(zhì)粘度高，偶極子取向程度低且取向速度極慢，因此和都很小。 圖9-5 聚氯乙烯的和的溫度依賴性（曲線上的數(shù)字為增塑劑含量）第26頁(yè)/共73頁(yè)第二十七頁(yè)，共73頁(yè)。 隨著溫度升高，介質(zhì)粘度降低(jingd)，偶極子取向能力增大（因而增大），但由于取向速度跟不上電場(chǎng)的變化，取向時(shí)消耗能量較多，

21、所以也增大。 溫度進(jìn)一步升高，偶極子取向能完全跟得上電場(chǎng)變化，增至最大，但同時(shí)(tngsh)取向消耗的能量減少，又變小。 溫度很高時(shí)，偶極子布朗運(yùn)動(dòng)(b ln yn dn)加劇，又會(huì)使取向程度下降，能量損耗增大。 上述影響主要是對(duì)極性聚合物的取向極化而言；對(duì)非極性聚合物，由于溫度對(duì)電子極化及原子極化的影響不大，因此介電系數(shù)隨溫度的變化可以忽略不計(jì)。第27頁(yè)/共73頁(yè)第二十八頁(yè)，共73頁(yè)。 聚合物體系中加入(jir)增塑劑可以降低材料粘度，利于偶極子取向，與升高溫度有相同的效果。 圖9-5中，加入增塑劑使介電損耗的峰值向低溫(dwn)區(qū)域移動(dòng)，介電系數(shù)也在較低溫(dwn)度下開始上升。 聚合物體

22、系(tx)中若加入極性增塑劑，還會(huì)因?yàn)橐胄碌呐紭O損耗而使材料介電損耗增加。 第28頁(yè)/共73頁(yè)第二十九頁(yè)，共73頁(yè)。電場(chǎng)頻率(pnl)的影響 與材料(cilio)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能相似，高分子材料(cilio)的介電性能也隨交變電場(chǎng)頻率而變。 當(dāng)電場(chǎng)頻率較低時(shí)（0，相當(dāng)于高溫），電子極化、原子(yunz)極化和取向極化都跟得上電場(chǎng)的變化，因此取向程度高，介電系數(shù)大，介電損耗?。?），見圖9-6。 圖9-6 與隨交變電場(chǎng)頻率的變化第29頁(yè)/共73頁(yè)第三十頁(yè)，共73頁(yè)。 在高頻區(qū)（光頻區(qū)），只有電子極化能跟上電場(chǎng)的變化(binhu)，偶極取向極化來不及進(jìn)行（相當(dāng)于低溫），介電系數(shù)降低到只有原子極化、

23、電子極化所貢獻(xiàn)的值，介電損耗也很小。 在中等頻率范圍內(nèi)，偶極子一方面能跟著電場(chǎng)變化而運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)速度(sd)又不能完全適應(yīng)電場(chǎng)的變化，偶極取向的位相落后于電場(chǎng)變化的位相，一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，此時(shí)增大，出現(xiàn)極大值，而介電系數(shù)隨電場(chǎng)頻率增高而下降。 除去布朗運(yùn)動(dòng)的影響(yngxing)外，電場(chǎng)頻率與溫度對(duì)介電性能的影響(yngxing)符合時(shí)間-溫度等效原理。 第30頁(yè)/共73頁(yè)第三十一頁(yè)，共73頁(yè)。（3）雜質(zhì)(zzh)的影響 雜質(zhì)對(duì)聚合物介電性能影響很大 ，尤其導(dǎo)電雜質(zhì)和極性雜質(zhì)（如水份）會(huì)大大增加聚合物的導(dǎo)電電流和極化(j hu)度，使介電性能嚴(yán)重惡化。 對(duì)于(duy)非極性聚合物來說

24、，雜質(zhì)是引起介電損耗的主要原因。 如低壓聚乙烯，當(dāng)其灰分含量從1.9%降至0.03%時(shí)，從 降至 。因此對(duì)介電性能要求高的聚合物，應(yīng)盡量避免在成型加工中引入雜質(zhì)。 410144103第31頁(yè)/共73頁(yè)第三十二頁(yè)，共73頁(yè)。4、聚合物介電松弛(sn ch)譜 如果在寬闊的頻率或溫度范圍(fnwi)內(nèi)測(cè)量高分子材料的介電損耗，可以在不同的頻率或溫度區(qū)間觀察到多個(gè)損耗峰，構(gòu)成介電松弛譜圖。 這種譜圖反映了大分子多重運(yùn)動(dòng)單元在交變電場(chǎng)中的取向極化及松弛情形(qng xing)，如同力學(xué)損耗松弛譜圖一樣，利用介電松弛譜也可以研究分子鏈多重結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)，甚至比力學(xué)松弛譜更靈敏。 第32頁(yè)/共73頁(yè)第三十三

25、頁(yè)，共73頁(yè)。 根據(jù)時(shí)-溫等效原理，介電松弛譜通常是固定頻率下，通過改變(gibin)溫度測(cè)得的。對(duì)于結(jié)晶和非晶聚合物，其介電松弛譜圖形不同。 對(duì)于極性玻璃態(tài)聚合物，介電松弛(sn ch)譜一般有兩個(gè)損耗峰，一是高溫區(qū)的峰，一是低溫區(qū)的峰（圖9-7）。 圖9-7 聚氯乙烯(j l y x)和聚丙烯酸甲酯的介電松弛譜圖 （a）聚丙烯酸甲酯；（b）聚氯乙烯(j l y x)第33頁(yè)/共73頁(yè)第三十四頁(yè)，共73頁(yè)。 研究表明，峰與大分子主鏈鏈段運(yùn)動(dòng)有關(guān)(yugun)，而峰反映了極性側(cè)基的取向運(yùn)動(dòng)。 假如極性偶極子本身(bnshn)就在主鏈上，如聚氯乙烯的C-Cl，則偶極子取向狀態(tài)與主鏈構(gòu)象改變有關(guān)，

26、峰正是反映了主鏈鏈段運(yùn)動(dòng)對(duì)偶極子取向狀態(tài)的影響。 另一方面，若極性偶極子在側(cè)基上，如聚丙烯酸甲酯的酯基，則極性側(cè)基繞主鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)(zhun dng)將影響偶極子取向，峰正是反映了這種運(yùn)動(dòng)。 第34頁(yè)/共73頁(yè)第三十五頁(yè)，共73頁(yè)。 對(duì)于結(jié)晶態(tài)聚合物，介電松弛譜一般有、三個(gè)損耗峰，峰反映了晶區(qū)的分子運(yùn)動(dòng)，峰與非晶區(qū)的鏈段運(yùn)動(dòng)有關(guān)，峰可能(knng)與側(cè)基旋轉(zhuǎn)或主鏈的曲軸運(yùn)動(dòng)相關(guān)。 圖9-8給出聚偏氟乙烯的介電松弛譜圖，圖中三個(gè)損耗峰分別反映(fnyng)了這三種運(yùn)動(dòng)。 圖9-8 聚偏氟乙烯(y x)的 介電松弛譜圖 第35頁(yè)/共73頁(yè)第三十六頁(yè)，共73頁(yè)。 聚合物的介電松弛譜廣泛(gungfn)地

27、應(yīng)用于高分子材料結(jié)構(gòu)研究。 即使(jsh)對(duì)非極性聚合物，如聚乙烯、聚四氟乙烯，測(cè)量介電損耗譜仍發(fā)現(xiàn)有偶極松弛。 研究表明，這是由于材料中含有雜質(zhì)(zzh)（如催化劑、抗氧劑等）和氧化副產(chǎn)物引起的。采用介電損耗可以測(cè)出聚乙烯中濃度為0.01%的羰基含量，其靈敏度比光譜法還高。第36頁(yè)/共73頁(yè)第三十七頁(yè)，共73頁(yè)。二、聚合物的導(dǎo)電(dodin)性能和導(dǎo)電(dodin)高分子材料（一）體積(tj)電阻與表面電阻 材料導(dǎo)電性通常(tngchng)用電阻率或電導(dǎo)率表示，兩者互為倒數(shù)關(guān)系。按定義有： /1dSR（9-11） 式中R為試樣的電阻， S為試樣截面積， d為試樣長(zhǎng)度（或厚度，為電流流動(dòng)方向的

28、長(zhǎng)度）。第37頁(yè)/共73頁(yè)第三十八頁(yè)，共73頁(yè)。 從微觀導(dǎo)電機(jī)理看，材料導(dǎo)電是載流子（電子、空穴、離子等）在電場(chǎng)作用下在材料內(nèi)部定向(dn xin)遷移的結(jié)果。 設(shè)單位(dnwi)體積試樣中載流子數(shù)目為 ，載流子電荷量為 ，載流子遷移率（單位(dnwi)電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子的遷移速度）為，則材料電導(dǎo)率等于： 00qn（9-12） 注意(zh y)電阻率和電導(dǎo)率都是表征材料本征特性的物理量，與試樣的形狀尺寸無關(guān)。 0n0q第38頁(yè)/共73頁(yè)第三十九頁(yè)，共73頁(yè)。 由（9-12）式可見，材料的導(dǎo)電性能主要取決于兩個(gè)重要的參數(shù)(cnsh)：?jiǎn)挝惑w積試樣中載流子數(shù)目的多少和載流子遷移率的大小。 但在實(shí)際應(yīng)

29、用中，根據(jù)測(cè)量方法不同，人們又將試樣的電阻區(qū)分(qfn)為體積電阻和表面電阻。 將聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間，施加(shji)電壓V，測(cè)得流過電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻等于： vvIVR/（9-13） 第39頁(yè)/共73頁(yè)第四十頁(yè)，共73頁(yè)。 在試樣的同一表面上放置兩個(gè)電極，施加(shji)電壓V，測(cè)得流過電介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為： （9-14）ssIVR/ 根據(jù)(gnj)電極形狀不同，表面電流的流動(dòng)方式不同，表面電阻率的定義也有差別（圖9-9）。 圖9-9 測(cè)量(cling)表面電阻的 不同電極第40頁(yè)/共73頁(yè)第四十一頁(yè)，共73頁(yè)。bL

30、Rss12/ln2DDRss 對(duì)于平行電極， ，L、b分別是平行電極的長(zhǎng)度(chngd)和間距。 對(duì)于環(huán)型電極，設(shè)外環(huán)電極內(nèi)徑和內(nèi)環(huán)電極外徑(wi jn)分別為 注意表面(biomin)電阻率與表面(biomin)電阻同量綱。體積電阻率的定義見（9-11）式。 。、12DD第41頁(yè)/共73頁(yè)第四十二頁(yè)，共73頁(yè)。 體積電阻率是材料重要(zhngyo)的電學(xué)性質(zhì)之一 。 通常按照(nzho)的大小，將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三類： v = ，導(dǎo)體(dot)； = ，半導(dǎo)體(dot)； = ，絕緣體。 表面電阻率與聚合物材料抗靜電性能有關(guān)。 cm1003cm101083cm1010101818

31、8或第42頁(yè)/共73頁(yè)第四十三頁(yè)，共73頁(yè)。（二）聚合物絕緣體 大多數(shù)高分子材料(cilio)的體積電阻率很高 是良好絕緣材料(cilio)。 在外電場(chǎng)(din chng)作用下，體積電流很小。 這些電流(dinli)可分為三種： 一是瞬時(shí)充電電流，由加上電場(chǎng)瞬間的電子和原子極化引起； 二是吸收電流，可能由偶極取向極化、界面極化和空間電荷效應(yīng)引起； bI 三是漏電電流 ，是通過聚合物材料的恒穩(wěn)電流。充電電流和吸收電流存在的時(shí)間都很短，高分子材料的導(dǎo)電性能（絕緣性能）只取決于漏電電流。 cm10102010第43頁(yè)/共73頁(yè)第四十四頁(yè)，共73頁(yè)。 如前所述，材料的導(dǎo)電性能主要取決于兩個(gè)(lin

32、)參數(shù)：?jiǎn)挝惑w積試樣中載流子濃度和載流子遷移率。 高分子材料內(nèi)的載流子很少。已知大分子結(jié)構(gòu)中，原子(yunz)的最外層電子以共價(jià)鍵方式與相鄰原子(yunz)鍵接，不存在自由電子或其它形式載流子（具有特定結(jié)構(gòu)的聚合物例外）。 理論計(jì)算表明，結(jié)構(gòu)完整的純聚合物，電導(dǎo)率僅為1025 。但實(shí)際聚合物的電導(dǎo)率往往比它大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，表明聚合物絕緣體中載流子主要(zhyo)來自材料外部，即由雜質(zhì)引起的。 1cmS第44頁(yè)/共73頁(yè)第四十五頁(yè)，共73頁(yè)。 這些雜質(zhì)來自于聚合物合成和加工過程中，包括：少量沒有反應(yīng)的單體、殘留的引發(fā)劑和其他各種助劑以及聚合物吸附(xf)的微量水分等。 例如，在電場(chǎng)作用(zuyng

33、)下電離的水， 就為聚合物提供了離子型載流子。 水對(duì)聚合物的絕緣性影響最甚，尤其(yuq)當(dāng)聚合物材料是多孔狀或有極性時(shí)，吸水量較多，影響更大。 例如以橡膠填充的聚苯乙烯材料在水中浸漬前后電導(dǎo)率相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而用木屑填充的聚苯乙烯材料在同樣情況下電導(dǎo)率猛增八個(gè)數(shù)量級(jí)。 OHHOH2第45頁(yè)/共73頁(yè)第四十六頁(yè)，共73頁(yè)。 載流子遷移率大小決定(judng)于載流子從外加電場(chǎng)獲得的能量和熱運(yùn)動(dòng)碰撞時(shí)損失的能量。 研究表明，離子型載流子的遷移(qiny)與聚合物內(nèi)部自由體積的大小有關(guān)，自由體積越大，遷移(qiny)率越高。 電子和空穴型載流子的遷移則與大分子堆砌程度相關(guān)(xinggun)，堆砌程

34、度高，有利于電子躍遷，若堆砌能產(chǎn)生電子云的交疊，形成電子直接通道，導(dǎo)電性會(huì)突增。 第46頁(yè)/共73頁(yè)第四十七頁(yè)，共73頁(yè)。 對(duì)離子型導(dǎo)電材料(cilio)，溫度升高，載流子濃度和載流子遷移率均按指數(shù)率增加，因此材料(cilio)電導(dǎo)率隨溫度按以下規(guī)律變化： RTEe/0C （9-15） 式中 是材料(cilio)常數(shù)， 稱電導(dǎo)(din do)活化能。 當(dāng)聚合物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，電導(dǎo)率或電阻率曲線將發(fā)生突然轉(zhuǎn)折，利用這一原理可測(cè)定聚合物的玻璃化溫度。 0cE第47頁(yè)/共73頁(yè)第四十八頁(yè)，共73頁(yè)。 結(jié)晶(jijng)、取向，以及交聯(lián)均使聚合物絕緣體電導(dǎo)率下降。 例如(lr)，聚三氟氯乙烯結(jié)晶度從

35、10%增加至50%時(shí)，電導(dǎo)率下降101000倍。 因?yàn)橥ǔ?tngchng)聚合物中，主要是離子型導(dǎo)電，結(jié)晶、取向和交聯(lián)會(huì)使分子緊密堆砌，降低鏈段活動(dòng)性，減少自由體積，使離子遷移率下降。第48頁(yè)/共73頁(yè)第四十九頁(yè)，共73頁(yè)。（三）導(dǎo)電(dodin)高分子材料 導(dǎo)電(dodin)高分子的研究和應(yīng)用是近年來高分子科學(xué)最重要的成就之一。 1974年日本白川英樹等偶然發(fā)現(xiàn)一種制備聚乙炔自支撐膜的方法，得到(d do)聚乙炔薄膜不僅力學(xué)性能優(yōu)良，且有明亮金屬光澤。 而后MacDiarmid、Heeger、白川英樹等合作發(fā)現(xiàn)聚乙炔膜經(jīng)過 等摻雜后電導(dǎo)率提高13個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到 ，成為導(dǎo)電材料。 這一結(jié)果突

36、破了傳統(tǒng)的認(rèn)為高分子材料只是良好絕緣體的認(rèn)識(shí)，引起廣泛關(guān)注。 1cmS25IAsF、310第49頁(yè)/共73頁(yè)第五十頁(yè)，共73頁(yè)。 隨后(suhu)短短幾年，人們相繼合成得到一大批如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚對(duì)苯撐等本征態(tài)導(dǎo)電高分子材料，研究了摻雜及摻雜態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)電性能的影響，探討導(dǎo)電機(jī)理。 同時(shí)(tngsh)在降低導(dǎo)電高分子材料成本，克服導(dǎo)電高分子困難的加工成型性等方面也取得可喜進(jìn)展。目前導(dǎo)電高分子已開始應(yīng)用于國(guó)防、電子等工業(yè)領(lǐng)域，在制備特殊電子材料、電磁屏蔽材料、電磁波吸收材料、艦船防腐、抗靜電和新型電池等諸多方面顯現(xiàn)出潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值。導(dǎo)電機(jī)理的研究也在深入開展中。 第50頁(yè)/共73頁(yè)第

37、五十一頁(yè)，共73頁(yè)。1、本征型導(dǎo)電(dodin)高分子 聚乙炔、聚對(duì)苯撐、聚吡咯(blu)、聚噻吩、聚苯胺等屬于本征型導(dǎo)電高分子。 這些材料分子鏈結(jié)構(gòu)的一個(gè)共同特點(diǎn)是具有長(zhǎng)程共軛結(jié)構(gòu)，以單鍵隔開的相鄰雙鍵或（和）三鍵形成共軛結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)有 -電子云的部分交疊(jio di)，使 -電子非定域化。 曾有理論認(rèn)為這類高分子的導(dǎo)電性與 -電子的非定域化有關(guān)， -電子類似金屬導(dǎo)體中的自由電子。 第51頁(yè)/共73頁(yè)第五十二頁(yè)，共73頁(yè)。 實(shí)際上真正純凈的聚合物，包括無缺陷(quxin)的共軛結(jié)構(gòu)聚合物本身并不導(dǎo)電，要使它導(dǎo)電必須使其共軛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生某種“缺陷(quxin)”。 摻雜（Doping）是最常用的產(chǎn)

38、生缺陷和激發(fā)(jf)的化學(xué)方法。 通過摻雜使帶有離域 -電子的分子鏈氧化（失去電子）或還原（得到電子），使分子鏈具有導(dǎo)電(dodin)結(jié)構(gòu)（產(chǎn)生導(dǎo)電(dodin)載流子）。 摻雜后，摻雜劑殘基嵌在大分子鏈之間，起對(duì)離子作用，但它們本身不參與導(dǎo)電。依據(jù)摻雜的程度，材料可以呈半導(dǎo)體性，也可以呈導(dǎo)體性。 第52頁(yè)/共73頁(yè)第五十三頁(yè)，共73頁(yè)。 按反應(yīng)類型分類(fn li)，摻雜有氧化還原摻雜和質(zhì)子酸摻雜兩種。氧化還原摻雜又稱電化學(xué)摻雜。 由于共軛分子鏈中的 -電子由較高的離域程度，既表現(xiàn)出足夠的電子親合力，又具有較低的電子離解能，因而根據(jù)反應(yīng)(fnyng)條件的不同，分子鏈可能被氧化，也可能被還原

39、。 以聚乙炔為例，若用 、 摻雜屬于氧化摻雜， 為電子(dinz)受體摻雜劑；用Na、K摻雜則為還原摻雜，Na、K為電子(dinz)給體摻雜劑。 2I5AsF5AsF2I 反應(yīng)方程式如下： (CH)(CH)2(I3x 2x+3xyI2+y-)2y(CH)Na(CH)x +xy(Na+)y-y+xy第53頁(yè)/共73頁(yè)第五十四頁(yè)，共73頁(yè)。 質(zhì)子酸摻雜又稱氧化摻雜，采用此方法時(shí)，向共軛分子鏈引入一個(gè)(y )質(zhì)子，質(zhì)子攜帶的正電荷轉(zhuǎn)移到分子鏈上，改變了原來的電荷分布狀態(tài)，相當(dāng)于分子鏈?zhǔn)ヒ粋€(gè)(y )電子而發(fā)生氧化摻雜。 聚乙炔與HF的反應(yīng)屬于(shy)質(zhì)子酸摻雜。 由質(zhì)子(zhz)引入的正電荷，雖畫

40、在一個(gè)碳原子上，實(shí)際是離域在一定長(zhǎng)度的分子鏈上。FHHH-+F第54頁(yè)/共73頁(yè)第五十五頁(yè)，共73頁(yè)。 聚乙炔雖是最早研究的導(dǎo)電高分子，但由于其共軛雙鍵易與空氣中的氧反應(yīng)生成羰基化合物，破壞共軛結(jié)構(gòu)，因而近年來人們(rn men)將目光轉(zhuǎn)向環(huán)境穩(wěn)定性好的導(dǎo)電高分子。 尤其聚苯胺原料價(jià)廉、合成簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、具有較高電導(dǎo)率和潛在的溶液、熔融加工(ji gng)可能性，更受到廣泛重視。 主要(zhyo)有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩三大類。 第55頁(yè)/共73頁(yè)第五十六頁(yè)，共73頁(yè)。 聚苯胺可以用化學(xué)(huxu)和電化學(xué)(huxu)方法制備，其中化學(xué)(huxu)法能夠大批量生產(chǎn)，因而一直是合成聚苯胺的主要

41、途徑。 苯胺的化學(xué)氧化聚合通常在苯胺/氧化劑/質(zhì)子(zhz)酸/水體系中進(jìn)行。 質(zhì)子酸種類很多，一般多用HCl，質(zhì)子酸除提供質(zhì)子外，還起著保證聚合體系有足夠酸度，使反應(yīng)按1，4-偶聯(lián)方式進(jìn)行的作用(zuyng)，以得到低缺陷、高性能的聚苯胺。 常用的氧化劑為 ，其氧化能力強(qiáng)，在-550溫度范圍內(nèi)有很高的氧化活性，隨氧化劑用量增加，產(chǎn)率增加，但用量過大時(shí)，會(huì)使聚苯胺氧化降解。 8224OSNH第56頁(yè)/共73頁(yè)第五十七頁(yè)，共73頁(yè)。 采用溶液聚合、乳液聚合、分散聚合、正相或反相微乳液聚合等多種方法制備聚苯胺，發(fā)現(xiàn)(fxin)制備方法不同，得到的樣品形態(tài)不同（圖9-10）。 (a)（b）(c)(d

42、) 圖9-10 不同聚合方法得到的聚苯胺形貌(xn mo)照片(a)溶液聚合得到的本征聚苯胺（SEM）；(b)乳液聚合得到的DBSA*摻雜聚苯胺（SEM）；(c)正相微乳液聚合得到的納米聚苯胺（TEM）；(d) 反相微乳液聚合得到的納米聚苯胺（TEM）*DBSA為十二(sh r)烷基苯磺酸第57頁(yè)/共73頁(yè)第五十八頁(yè)，共73頁(yè)。 摻雜程度(chngd)不同，材料的導(dǎo)電性能不同(表9-2)。 為解決聚苯胺困難的成型加工性，我們采用PVP（聚吡咯烷酮）為分散劑，制得分散良好、球型或米粒型、納米級(jí)聚苯胺水基分散液（圖9-11），為聚苯胺涂料和聚苯胺/無機(jī)粒子(lz)復(fù)合材料的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 （a）

43、2.45 wt Pan （b）33.51 wt% PAn圖9-11 采用PVP為空間穩(wěn)定劑制備(zhbi)的PAn/PVP復(fù)合微粒的透射電鏡照片 （圖中標(biāo)尺為100nm）第58頁(yè)/共73頁(yè)第五十九頁(yè)，共73頁(yè)。表9-2 幾種(j zhn)聚苯胺樣品的電導(dǎo)率樣品狀態(tài)樣品狀態(tài)聚合方法聚合方法摻雜物摻雜物電導(dǎo)率電導(dǎo)率/Scm-1本征態(tài)聚苯胺本征態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺摻雜態(tài)聚苯胺-溶液聚合溶液聚合乳液聚合乳液聚合反相微乳液聚合反相微乳液聚合無無鹽酸鹽酸HCl十二烷基苯磺酸十二烷基苯磺酸DBSA鹽酸鹽酸HCl3.5x10-510.31.35x10-20.17

44、5第59頁(yè)/共73頁(yè)第六十頁(yè)，共73頁(yè)。2、復(fù)合型導(dǎo)電(dodin)高分子材料 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指以絕緣的有機(jī)高分子材料為基體，與其它導(dǎo)電性物質(zhì)以均勻分散復(fù)合、層疊復(fù)合或形成(xngchng)表面導(dǎo)電膜等方式制得的一種有一定導(dǎo)電性能的復(fù)合材料。 相對(duì)于本征型導(dǎo)電高分子而言，這種復(fù)合材料的制備無論在理論上還是應(yīng)用上都比較成熟，具有成型簡(jiǎn)便、重量輕、可在大范圍內(nèi)根據(jù)需要調(diào)節(jié)材料的電學(xué)和力學(xué)性能、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而(yn r)得以廣泛開發(fā)應(yīng)用。 第60頁(yè)/共73頁(yè)第六十一頁(yè)，共73頁(yè)。 復(fù)合型導(dǎo)電(dodin)高分子的基體有： 常用的導(dǎo)電(dodin)填料有：碳類（石墨(shm)、炭黑、碳纖

45、維、石墨(shm)纖維等） 金屬類（金屬粉末、箔片、絲、條或金屬鍍層的玻璃纖 維、玻璃珠等）金屬氧化物（氧化鋁、氧化錫等）。 熱塑性樹脂（如不飽和聚酯、聚烯烴等），熱固性樹脂（如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂）合成橡膠（如硅橡膠、乙丙橡膠）。第61頁(yè)/共73頁(yè)第六十二頁(yè)，共73頁(yè)。 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理也是一個(gè)復(fù)雜問題，它涉及導(dǎo)電通路(tngl)如何形成以及形成通路(tngl)后如何導(dǎo)電兩個(gè)問題。 研究表明，當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo)電填料(tinlio)的含量增加到一個(gè)臨界值時(shí)，體系的電阻率突然下降，變化幅度達(dá)10個(gè)數(shù)量級(jí)左右；填料(tinlio)含量繼續(xù)提高，復(fù)合材料的電阻率變化甚小，這說明在臨界值點(diǎn)附

46、近導(dǎo)電填料(tinlio)的分布開始形成通路網(wǎng)絡(luò)。 這一現(xiàn)象可以(ky)用逾滲理論予以說明。 第62頁(yè)/共73頁(yè)第六十三頁(yè)，共73頁(yè)。（四）聚合物的電擊穿(j chun) 在弱外電場(chǎng)中，聚合物絕緣體和聚合物導(dǎo)體(dot)的導(dǎo)電性能服從歐姆定律，但在強(qiáng)電場(chǎng)中，其電流-電壓關(guān)系發(fā)生變化，電流增大的速度比電壓更快。 當(dāng)電壓升至某臨界值時(shí)，聚合物內(nèi)部(nib)突然形成了局部電導(dǎo)，喪失絕緣性能，這種現(xiàn)象稱電擊穿。 擊穿時(shí)材料化學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞，通常是焦化、燒毀。 第63頁(yè)/共73頁(yè)第六十四頁(yè)，共73頁(yè)。 導(dǎo)致材料(cilio)擊穿的電壓稱擊穿電壓 ，它表示一定厚度的試樣所能承受的極限電壓。 在均勻電場(chǎng)中，

47、擊穿(j chun)電壓隨試樣厚度增加而增加，通常用擊穿(j chun)電壓 與試樣厚度d之比，即擊穿(j chun)電場(chǎng)強(qiáng)度 來表示材料的耐電壓指標(biāo)： dVEcc （9-16） 此外，工業(yè)上多采用耐壓實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)材料的耐高壓性能，耐壓實(shí)驗(yàn)是在試樣上加以額定電壓，經(jīng)規(guī)定時(shí)間(shjin)后觀察試樣是否被擊穿，若試樣未被擊穿即為合格產(chǎn)品。cVcVcE 擊穿場(chǎng)強(qiáng)和耐壓值是絕緣材料的重要指標(biāo)，但不是高分子材料的特征物理量。 因?yàn)檫@些指標(biāo)受材料的缺陷、雜質(zhì)、成型加工歷史、試樣幾何形狀、環(huán)境條件、測(cè)試條件等因素的影響。實(shí)際上它只是一定條件下的相對(duì)比較值 第64頁(yè)/共73頁(yè)第六十五頁(yè)，共73頁(yè)。三、聚合物的

48、靜電(jngdin)特性（一）靜電(jngdin)的產(chǎn)生 摩擦起電和接觸起電是人們熟知的靜電現(xiàn)象，對(duì)于高分子材料尤其(yuq)常見。在高分子材料加工和使用過程中，相同或不同材料的接觸和摩擦是十分普遍的。 根據(jù)目前認(rèn)識(shí)，任何兩個(gè)物理狀態(tài)不同的固體，只要其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中電荷載體能量分布不同，接觸（或摩擦）時(shí)就會(huì)在固固表面發(fā)生電荷再分配，使再分離后每一個(gè)固體都帶有過量的正（或負(fù)）電荷，這種現(xiàn)象稱靜電現(xiàn)象。 第65頁(yè)/共73頁(yè)第六十六頁(yè)，共73頁(yè)。 靜電問題是高分子材料加工和使用中一個(gè)相當(dāng)(xingdng)重要的問題。 一般來說，靜電(jngdin)是有害因素。 例如，在聚丙烯腈紡絲過程中，纖維與導(dǎo)輥摩擦產(chǎn)生的靜電壓(diny)可高達(dá)15kV以上，從而使纖維的梳理、紡紗、牽伸、加捻、