高聚物的电学性能课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表面電阻率是沿試樣表面電流方向的直流 場強與該處單位長度的表面電流之比。
單位：歐·米 體積電阻率是體積電流方向的直流場強與 該處體積電流密度之比。
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
晶區：
1 晶區中高分子的鏈段的運動 2 結晶表面上的局部鏈段運動 3 晶格缺陷處的基團運動
固體高聚物的介電鬆弛過程
介電常數 介電損耗 介電擊穿
介電擊穿：在高壓下，大量的電能迅速釋放，使電極之間的 材料局部被燒毀的現象。
形成機理：
本征擊穿 熱擊穿 放電擊穿
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
分子極性大小
極性基團在分子鏈上的位置 分子結構的對稱性 交聯、拉伸、支化
主鏈 側基
介電常數 介電損耗 介電擊穿
介電損耗：電介質在交變電場中，由於消耗一部分電能，使介質本
生髮熱的現象。
產生原因：
1 電介質中含有能導電的載流子，其在外加電場的作用下，產生電導 電流，消耗掉一部分能量，轉化為熱能——電導損耗。 2 電介質在交變電場下的極化過程中，與電場發生能量交換
化學改性 複合紡絲技術 表面塗覆 共混紡絲技術
3 高聚物的導電性與分子結構的關係
飽和非極性高聚物 本身電絕緣性優異、外帶雜質 聚苯乙烯、聚乙烯
極性高聚物
本征電離
聚碸、聚醯胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯
共軛高聚物
電子離域 碳纖維
電荷轉移絡合物 電子轉移
自由基－離子化合物 電子遷移
有機金屬聚合物 電子電導
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
鬆弛損耗：取向過程為一鬆弛過程，電場使偶極子轉向時，一 部分電能損耗與克服介質的內粘滯阻力上，轉化為熱量。 共振吸收：變形極化為一種彈性過程或諧振過程，黨電場的頻 率與原子或電子的固有振動頻率相同時發生。
介電損耗的表徵：
Tgδ 介電損耗角正切 表徵材料介電損耗大小的物理量。 物理意義：每週期內介質損耗的能量與介質貯存的能量的比值。
T變化
η變化
極化過程需要時間變化
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度 電壓
Tgδ
增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度 電壓 增塑劑
非極性增塑劑 極性增塑劑
雜質高聚物
影響介電損耗的因素
非極性增塑劑
影響介電損耗的因素
極性增塑劑
影響介電損耗的因素
影響介電損耗的因素
電子極化 原子極化
原子的價電子雲 分子骨架
位移極化 /變形極化
誘導偶極矩
取向極化 極性分子沿電場方向排布取向
偶極極化
e電子 a原子 μ取向 α極化率 El 作用在分子上的局部電場強度 μ 偶極矩
高聚物介電常數與高分子結構的關係
主要決定因素
分子極性大小
高聚物介電常數與高分子結構的關係
主要決定因素
4）靜電產生的原因：
++ --
+- +- + -
接觸前的 電中性結 構
接觸介面 的“雙電 層結構”
摩擦分離 後的帶電 結構
5 高聚物的靜電現象
摩擦產生熱量，加速電子運動，靜電現 象更為嚴重。
介電係數高 的帶正電
介電係數低 的帶負電
玻璃纖維 正 羊毛 錦綸 粘膠 棉 蠶絲 PVA 滌綸 PAN PE PTFE 負
高聚物的電學性能
工程應用
電容器 介電損耗盡可能小，介電常數盡可能大，介電強度很高
儀錶絕緣 電阻率和介電強度高而介電損耗很低絕緣材料 無線電遙控 優良的高頻、超高頻絕緣材料
紡織化工
具有一定的導電性
高聚物的室溫電導率
絕緣體
半導體
金屬
10－14 10－12 10－10 10－8 10－6 10－4 10－2 0
高分子電介質的極化現象
電子極化 原子極化
原子的價電子雲 分子骨架
位移極化 /變形極化
誘導偶極矩
取向極化 極性分子沿電場方向排布取向
偶極極化
e電子 a原子 μ取向 α極化率 El 作用在分子上的局部電場強度 μ 偶極矩
極性分子取向極化作用示意圖
無電場時
有電場時
電場強度、溫度很低
高分子電介質的極化現象
4 影響高聚物導電性的因素
1 分子結構 2 分子量 3 結晶與取向 4 交聯 5 雜質 6 環境濕度 7 材料表觀結構
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
分子結構
外加頻率
溫度
電壓
增塑劑
雜質高聚物
導電雜質、極性雜質
Tgδ
水
高聚物的介電鬆弛譜
介電損耗溫度譜示意圖
非晶態聚合物
α
鏈段
β γ 1 極性側基繞C－C的旋轉 2 環單元的構象振盪 3 主鏈局部鏈段的運動
部分結晶聚合物
結晶區 非晶區
α
鏈段
β γ 1 極性側基繞C－C的旋轉 2 環單元的構象振盪 3 主鏈局部鏈段的
式
氟
聚
乙
乙
烯
炔
反
摻
式
雜
聚
聚
乙
苯
炔
胺
104 106
108 1010 1012 1014 1014 1014
摻
取
雜
向
聚
雜
吡
化
咯
聚
乙
炔
σ / (S/m)
一、基本概念 二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
一、基本概念
高聚物的電學性質
指聚合物在外加電壓或電場作 用下的行為及其所表現出來的 各種物理現象。
介電性質：交變電場中 導電性質：弱電場中 擊穿現象：強電場 聚合物表面：靜電現象
介電常數 介電損耗 介電擊穿
表面束縛電荷
介電常數：無因次的純數，表徵電介質 貯存電能能力的大小，是衡量介質在外 電場中極化程度的宏觀物理量。
介質的電容率：表示單位面積和電網 厚度電介質的電容值，單位為 法拉/ 米
電介質的極化現象
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
抗靜電機理：
1）離子導電 2）電子導電
防止靜電的產生 加速積聚電荷的洩漏
1）纖維上油 2）提高纖維的親水性 3）提高纖維或織物的導電性 4）不同纖維的混紡
1 高聚物的導電特點
離子導電 P
電子導電
離子的遷移 電子的“躍遷”
自由體積
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
2 表面電阻率和體積電阻率
單位：歐姆
影響介電損耗的因素
分子結構
分子極性大小 極性基團密度 極性基團的可動性
外加頻率 溫度 電壓 增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
介電常數大而介電損耗不大
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率
溫度 電壓 增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度
電壓 增塑劑 雜質高聚物
各種頻率下介電常數和介電損耗與溫度的關係
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
1 高聚物的導電特點
絕緣體 半導體 導體
導電機理
電子導電
電子 空穴
共軛聚合物 電荷轉移絡合物 自由基－離子化合物 有機金屬聚合物
離子導電
正離子 強極性原子或基團的聚合物 負離子 催化劑、添加劑、水份等
單位：歐·米 體積電阻率是體積電流方向的直流場強與 該處體積電流密度之比。
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
晶區：
1 晶區中高分子的鏈段的運動 2 結晶表面上的局部鏈段運動 3 晶格缺陷處的基團運動
固體高聚物的介電鬆弛過程
介電常數 介電損耗 介電擊穿
介電擊穿：在高壓下，大量的電能迅速釋放，使電極之間的 材料局部被燒毀的現象。
形成機理：
本征擊穿 熱擊穿 放電擊穿
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
分子極性大小
極性基團在分子鏈上的位置 分子結構的對稱性 交聯、拉伸、支化
主鏈 側基
介電常數 介電損耗 介電擊穿
介電損耗：電介質在交變電場中，由於消耗一部分電能，使介質本
生髮熱的現象。
產生原因：
1 電介質中含有能導電的載流子，其在外加電場的作用下，產生電導 電流，消耗掉一部分能量，轉化為熱能——電導損耗。 2 電介質在交變電場下的極化過程中，與電場發生能量交換
化學改性 複合紡絲技術 表面塗覆 共混紡絲技術
3 高聚物的導電性與分子結構的關係
飽和非極性高聚物 本身電絕緣性優異、外帶雜質 聚苯乙烯、聚乙烯
極性高聚物
本征電離
聚碸、聚醯胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯
共軛高聚物
電子離域 碳纖維
電荷轉移絡合物 電子轉移
自由基－離子化合物 電子遷移
有機金屬聚合物 電子電導
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
鬆弛損耗：取向過程為一鬆弛過程，電場使偶極子轉向時，一 部分電能損耗與克服介質的內粘滯阻力上，轉化為熱量。 共振吸收：變形極化為一種彈性過程或諧振過程，黨電場的頻 率與原子或電子的固有振動頻率相同時發生。
介電損耗的表徵：
Tgδ 介電損耗角正切 表徵材料介電損耗大小的物理量。 物理意義：每週期內介質損耗的能量與介質貯存的能量的比值。
T變化
η變化
極化過程需要時間變化
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度 電壓
Tgδ
增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度 電壓 增塑劑
非極性增塑劑 極性增塑劑
雜質高聚物
影響介電損耗的因素
非極性增塑劑
影響介電損耗的因素
極性增塑劑
影響介電損耗的因素
影響介電損耗的因素
電子極化 原子極化
原子的價電子雲 分子骨架
位移極化 /變形極化
誘導偶極矩
取向極化 極性分子沿電場方向排布取向
偶極極化
e電子 a原子 μ取向 α極化率 El 作用在分子上的局部電場強度 μ 偶極矩
高聚物介電常數與高分子結構的關係
主要決定因素
分子極性大小
高聚物介電常數與高分子結構的關係
主要決定因素
4）靜電產生的原因：
++ --
+- +- + -
接觸前的 電中性結 構
接觸介面 的“雙電 層結構”
摩擦分離 後的帶電 結構
5 高聚物的靜電現象
摩擦產生熱量，加速電子運動，靜電現 象更為嚴重。
介電係數高 的帶正電
介電係數低 的帶負電
玻璃纖維 正 羊毛 錦綸 粘膠 棉 蠶絲 PVA 滌綸 PAN PE PTFE 負
高聚物的電學性能
工程應用
電容器 介電損耗盡可能小，介電常數盡可能大，介電強度很高
儀錶絕緣 電阻率和介電強度高而介電損耗很低絕緣材料 無線電遙控 優良的高頻、超高頻絕緣材料
紡織化工
具有一定的導電性
高聚物的室溫電導率
絕緣體
半導體
金屬
10－14 10－12 10－10 10－8 10－6 10－4 10－2 0
高分子電介質的極化現象
電子極化 原子極化
原子的價電子雲 分子骨架
位移極化 /變形極化
誘導偶極矩
取向極化 極性分子沿電場方向排布取向
偶極極化
e電子 a原子 μ取向 α極化率 El 作用在分子上的局部電場強度 μ 偶極矩
極性分子取向極化作用示意圖
無電場時
有電場時
電場強度、溫度很低
高分子電介質的極化現象
4 影響高聚物導電性的因素
1 分子結構 2 分子量 3 結晶與取向 4 交聯 5 雜質 6 環境濕度 7 材料表觀結構
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
分子結構
外加頻率
溫度
電壓
增塑劑
雜質高聚物
導電雜質、極性雜質
Tgδ
水
高聚物的介電鬆弛譜
介電損耗溫度譜示意圖
非晶態聚合物
α
鏈段
β γ 1 極性側基繞C－C的旋轉 2 環單元的構象振盪 3 主鏈局部鏈段的運動
部分結晶聚合物
結晶區 非晶區
α
鏈段
β γ 1 極性側基繞C－C的旋轉 2 環單元的構象振盪 3 主鏈局部鏈段的
式
氟
聚
乙
乙
烯
炔
反
摻
式
雜
聚
聚
乙
苯
炔
胺
104 106
108 1010 1012 1014 1014 1014
摻
取
雜
向
聚
雜
吡
化
咯
聚
乙
炔
σ / (S/m)
一、基本概念 二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
一、基本概念
高聚物的電學性質
指聚合物在外加電壓或電場作 用下的行為及其所表現出來的 各種物理現象。
介電性質：交變電場中 導電性質：弱電場中 擊穿現象：強電場 聚合物表面：靜電現象
介電常數 介電損耗 介電擊穿
表面束縛電荷
介電常數：無因次的純數，表徵電介質 貯存電能能力的大小，是衡量介質在外 電場中極化程度的宏觀物理量。
介質的電容率：表示單位面積和電網 厚度電介質的電容值，單位為 法拉/ 米
電介質的極化現象
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
抗靜電機理：
1）離子導電 2）電子導電
防止靜電的產生 加速積聚電荷的洩漏
1）纖維上油 2）提高纖維的親水性 3）提高纖維或織物的導電性 4）不同纖維的混紡
1 高聚物的導電特點
離子導電 P
電子導電
離子的遷移 電子的“躍遷”
自由體積
二、聚合物的導電性及高聚物的靜電現象
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
2 表面電阻率和體積電阻率
單位：歐姆
影響介電損耗的因素
分子結構
分子極性大小 極性基團密度 極性基團的可動性
外加頻率 溫度 電壓 增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
介電常數大而介電損耗不大
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率
溫度 電壓 增塑劑 雜質高聚物
影響介電損耗的因素
分子結構 外加頻率 溫度
電壓 增塑劑 雜質高聚物
各種頻率下介電常數和介電損耗與溫度的關係
1 高聚物的導電特點 2 表面電阻率和體積電阻率 3 高聚物的導電性與分子結構的關係 4 影響高聚物導電性的因素 5 高聚物的靜電現象 6 靜電的危害與防止
1 高聚物的導電特點
絕緣體 半導體 導體
導電機理
電子導電
電子 空穴
共軛聚合物 電荷轉移絡合物 自由基－離子化合物 有機金屬聚合物
離子導電
正離子 強極性原子或基團的聚合物 負離子 催化劑、添加劑、水份等