第五章 聚合物的电性能和热性能
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高分子物理-徐世爱
2．击穿电压
电介质发生电击穿时的电压，称为击穿电压。
3．介电强度
击穿电压与试样厚度之比。
高分子物理-徐世爱
三．聚合物的电击穿
1．静电现象
两种物质相互接触或摩擦时表面会产生电荷， 使绝缘体表面带电，这种现象称为静电现象。
高分子物理-徐世爱
2．静电的应用和危害
（1）应用
静电复印；静电记录；油漆喷涂；静电分离
高分子物理-徐世爱
（2）危害
（A）给合成纤维的加工生产带来困难，梳理、 纺纱、牵引、打包、织布难以进行 （B）给绝缘材料的生产带来困难，静电吸附尘 粒和其它有害物质，使产品电性能下降。 （C）静电易引起火灾和爆炸
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3．静电的防止
（1）选择两种以上的材料，使它们在摩擦过程 中产生符号相反的静电自相抵消。 （2）减小接触面积、压力和速度 （3）通过空气消除静电，使气体电离 （4）加入抗静电剂 （5）提高空气湿度 （6）添加导电材料。
高分子物理-徐世爱
（4）电荷转移络合合自由基－离子化合物是另 一类高电子导电性的有机化合物。
D+ A→D A
+
δ+
δ−
D+ A→D A
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−
第二节
聚合物的热性能
高分子物理-徐世爱
一．聚合物的耐热性
二．提高聚合物的耐热性的方法
三．耐热聚合物的结构
高分子物理-徐世爱
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2．介电损耗的原因
（1）导电损耗
含有微量的导电或载流子。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（2）偶极损耗
高分子物理-徐世爱
3．介电损耗因子
在交流电场下的介电常数也常用复数介电常 数 ε* 来表示 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90度的极化，反映损耗的能量， 成为损耗因子。两者的比值为损耗角正切，又 称介电损耗。
高分子物理-徐世爱
（3）在Tg以下，极性基团对介电常数的贡献 小，Tg以上，对介电常数的贡献大。 （4）对称性越高，介电常数越小，对同一高聚 物来说：全同 > 无规 > 间规 （5）交联和取向使介电常数降低，支化使介电 常数升高。
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二．聚合物的介电损耗
1．介电损耗现象
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．高聚物的介电常数与结构的关系
（1）分子的极性
是决定电介质介电常数的主要因素。 随着高聚物分子极性的增加，高聚物的介电常 数逐渐增大。
高分子物理-徐世爱
（2）极性基团的位置
一般来说，主链上的极性基团活动性小， 它的取向需要伴随着主链构象的改变，因而这 种极性基团对介电常数的影响较小。而侧基上 的极性基团，特别是柔性的极性侧基，因其活 动性较大，对介电常数的影响就大。
（4）外加电压的影响
外加电压增加，介电损耗增大。
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（5）增塑剂的影响
加入增塑剂使介电损耗峰向低温方向移动。极性 增塑剂的加入，使介电损耗增加。
（6）杂质的影响
导电杂质和极性杂质的存在，会增加介电损耗。
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三．聚合物的电击穿
1．电击穿
聚合物电介质在外加电场的作用下，随着电压的 升高，电流-电压关系不再符从欧姆定理，电流 比电压增大得更快。当电压升至某临界值，大量 的电能迅速释放，使电极之间的材料局部地被烧 毁，这种现象称为电击穿。 本征击穿；热击穿；放电击穿
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三．聚合物的电击穿
1．表面电阻率
单位正方形表面上两刀形电极之间的电 阻。
l ρ s = Rs b
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2．体积电阻率
S ρ v = Rv h
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3．高聚物的导电性与分子结构的关系
分子结构是决定高聚物导电性的内在因素，也是 最重要的因素。 （1）饱和的非极性高聚物具有最好的电绝缘 性。 （2）极性高聚物的电绝缘性次之。 （3）共轭高聚物是高分子半导体材料。
聚合物的电性能和热性能
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第一节
聚合物的电性能
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一．聚合物的介电常数
1．极化现象
在外加电场的作用下，电介质中的电荷分布发生 变化，原本是电中性的介质出现宏观的偶极，这 一现象称为极化。
高分子物理-徐世爱
2．极化现象的分类及机理
（1）电子极化
分子中各原子的价电子云在外电场作用下， 向正极方向偏移，发生了电子相对于分子骨架的 移动，使分子的正负电荷中心的位置发生变化引 起的。
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4．影响介电损耗的因素
（1）分子结构
高聚物分子极性越大，极性基团密度越大，则介电 损耗越大。
（2）频率的影响
在很低和很高的频率下，介电损耗都很小，只有在频 率适中时，介电损耗最大。
高分子物理-徐世爱
（3）温度的影响
对一般高聚物而言，在温度不太高时，介电 常数随温度升高而增加，但温度超过一定范围 后，介电常数随温度升高而减小。
对于非均相体系，如聚合物共混物，在外电 场作用下，电子或离子在两相界面上聚集而发生 的极化。这种极化所需时间较长，从几分之一秒 至几分钟，甚至更长。
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3．介电常数 （ε）
设平板电容器在真空中的电容为，当两极板之间 充满电介质时的电容为，则该电介质的介电常数 定义为：
C ε= C0
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（2）原子极化
分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。 原子极化一般是相当小的，只有电子极化的十 分之一。
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（3）取向极化（偶极极化）
在外电场的作用下，极性分子沿电场的方向 排列，产生分子的取向，这种现象称为取向极化 或偶极极化。
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（4）界面极化
2．击穿电压
电介质发生电击穿时的电压，称为击穿电压。
3．介电强度
击穿电压与试样厚度之比。
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三．聚合物的电击穿
1．静电现象
两种物质相互接触或摩擦时表面会产生电荷， 使绝缘体表面带电，这种现象称为静电现象。
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2．静电的应用和危害
（1）应用
静电复印；静电记录；油漆喷涂；静电分离
高分子物理-徐世爱
（2）危害
（A）给合成纤维的加工生产带来困难，梳理、 纺纱、牵引、打包、织布难以进行 （B）给绝缘材料的生产带来困难，静电吸附尘 粒和其它有害物质，使产品电性能下降。 （C）静电易引起火灾和爆炸
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3．静电的防止
（1）选择两种以上的材料，使它们在摩擦过程 中产生符号相反的静电自相抵消。 （2）减小接触面积、压力和速度 （3）通过空气消除静电，使气体电离 （4）加入抗静电剂 （5）提高空气湿度 （6）添加导电材料。
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（4）电荷转移络合合自由基－离子化合物是另 一类高电子导电性的有机化合物。
D+ A→D A
+
δ+
δ−
D+ A→D A
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−
第二节
聚合物的热性能
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一．聚合物的耐热性
二．提高聚合物的耐热性的方法
三．耐热聚合物的结构
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2．介电损耗的原因
（1）导电损耗
含有微量的导电或载流子。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（2）偶极损耗
高分子物理-徐世爱
3．介电损耗因子
在交流电场下的介电常数也常用复数介电常 数 ε* 来表示 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90度的极化，反映损耗的能量， 成为损耗因子。两者的比值为损耗角正切，又 称介电损耗。
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（3）在Tg以下，极性基团对介电常数的贡献 小，Tg以上，对介电常数的贡献大。 （4）对称性越高，介电常数越小，对同一高聚 物来说：全同 > 无规 > 间规 （5）交联和取向使介电常数降低，支化使介电 常数升高。
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二．聚合物的介电损耗
1．介电损耗现象
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．高聚物的介电常数与结构的关系
（1）分子的极性
是决定电介质介电常数的主要因素。 随着高聚物分子极性的增加，高聚物的介电常 数逐渐增大。
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（2）极性基团的位置
一般来说，主链上的极性基团活动性小， 它的取向需要伴随着主链构象的改变，因而这 种极性基团对介电常数的影响较小。而侧基上 的极性基团，特别是柔性的极性侧基，因其活 动性较大，对介电常数的影响就大。
（4）外加电压的影响
外加电压增加，介电损耗增大。
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（5）增塑剂的影响
加入增塑剂使介电损耗峰向低温方向移动。极性 增塑剂的加入，使介电损耗增加。
（6）杂质的影响
导电杂质和极性杂质的存在，会增加介电损耗。
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三．聚合物的电击穿
1．电击穿
聚合物电介质在外加电场的作用下，随着电压的 升高，电流-电压关系不再符从欧姆定理，电流 比电压增大得更快。当电压升至某临界值，大量 的电能迅速释放，使电极之间的材料局部地被烧 毁，这种现象称为电击穿。 本征击穿；热击穿；放电击穿
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三．聚合物的电击穿
1．表面电阻率
单位正方形表面上两刀形电极之间的电 阻。
l ρ s = Rs b
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2．体积电阻率
S ρ v = Rv h
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3．高聚物的导电性与分子结构的关系
分子结构是决定高聚物导电性的内在因素，也是 最重要的因素。 （1）饱和的非极性高聚物具有最好的电绝缘 性。 （2）极性高聚物的电绝缘性次之。 （3）共轭高聚物是高分子半导体材料。
聚合物的电性能和热性能
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第一节
聚合物的电性能
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一．聚合物的介电常数
1．极化现象
在外加电场的作用下，电介质中的电荷分布发生 变化，原本是电中性的介质出现宏观的偶极，这 一现象称为极化。
高分子物理-徐世爱
2．极化现象的分类及机理
（1）电子极化
分子中各原子的价电子云在外电场作用下， 向正极方向偏移，发生了电子相对于分子骨架的 移动，使分子的正负电荷中心的位置发生变化引 起的。
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4．影响介电损耗的因素
（1）分子结构
高聚物分子极性越大，极性基团密度越大，则介电 损耗越大。
（2）频率的影响
在很低和很高的频率下，介电损耗都很小，只有在频 率适中时，介电损耗最大。
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（3）温度的影响
对一般高聚物而言，在温度不太高时，介电 常数随温度升高而增加，但温度超过一定范围 后，介电常数随温度升高而减小。
对于非均相体系，如聚合物共混物，在外电 场作用下，电子或离子在两相界面上聚集而发生 的极化。这种极化所需时间较长，从几分之一秒 至几分钟，甚至更长。
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3．介电常数 （ε）
设平板电容器在真空中的电容为，当两极板之间 充满电介质时的电容为，则该电介质的介电常数 定义为：
C ε= C0
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（2）原子极化
分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。 原子极化一般是相当小的，只有电子极化的十 分之一。
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（3）取向极化（偶极极化）
在外电场的作用下，极性分子沿电场的方向 排列，产生分子的取向，这种现象称为取向极化 或偶极极化。
高分子物理-徐世爱
（4）界面极化