第九章 高聚物的电性能.ppt

第九章 高聚物的电性能 学习目的要求 学习并掌握高聚物常见的电学性能。 §9　高聚物的电性能 　　●总论 　　高聚物具有体积电阻率高（1016～1020Ω·cm）、介电常数小（≤2）、介质损耗低 （＜10－4）等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。另外， 由于高聚物成型加工容易，品型多，故在电器方法应用广泛。 　　 　　 §9-1　高聚物的介电性 一、高聚物分子的极化　　 　　▲定义 　　高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。 　　▲高聚物的极性与类别 　　▲高聚物的极化（polarization） 　　是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向， 在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的现象。 强极性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛树脂、氨基树脂等） 高聚物的极性类别 非极性高聚物（PE、PP、PTFE等） 弱极性高聚物（PS、PIP等） 极性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等） 介电性的表示方法 介电常数 介电损耗 影响高聚物介电性的因素 高聚物的极性 高聚物的极化 §9-1　高聚物的介电性 　　高聚物的极化形式 　　 极化形式 极化机理 特点 适用对象 电子极化 电子云的变形 极快，10－12～10－15s；无能量损耗；不依赖温度和频率 所有高聚物 原子极化 各原子之间的相对位移 稍快， 10－12s；损耗微量能量；不依赖温度 所有高聚物 偶极极化 极性分子（或偶极子）沿电场方向转动，从优取向 慢， 10－9s以上；损耗较大能量；依赖温度和频率 极性高聚物 界面极化 载流子在界面处聚集产生的极化 极慢，几分之一秒至几分钟、几小时 共混、复合材料 ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － 高聚物在电场中极化示意图 §9-1　高聚物的介电性 二、高聚物的介电性 　　▲高聚物的介电常数（dielectric constant） 　　△定义 　　显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷Q’越大，介电常数越大。 　　△常见高聚物的介电常数 高聚物 计算值 实验值 高聚物 计算值 实验值 聚乙烯（外推到无定型） 聚丙烯（无定型） 聚氯化苯乙烯 聚四氟乙烯（无定型） 聚氯乙烯 聚醋酸乙烯酯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚α-氯代丙烯酸甲酯 2.20 2.15 2.55 2.82 2.0 3.20 2.94 3.45 2.3 2.2 2.55 2.6 2.1 2.25 2.6/3.7 3.4 聚α-氯代丙烯酸乙酯 聚甲基丙烯酸乙酯 聚丙烯腈 聚甲醛 聚苯醚 聚对苯二甲酸乙二酯(无定型) 聚碳酸酯 聚已二酰已二胺 3.20 2.80 3.26 2.95 2.65 3.40 3.00 4.14 3.1 2.7/3.4 3.1 3.1 2.6 2.9/3.2 2.6/3.0 4.0 §9-1　高聚物的介电性 　　▲高聚物的介电损耗（dielectric loss） 　　△定义 　　是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为 热能而损耗的现象。一般用损耗角的正切值表示。 　　式中　－实验测得的介电常数； 　　　　　－高聚物将电能转变为热能损耗的程度。 　　△介电损耗的原因 　　对非极性高聚物　在交变电场中，所含的杂质产生的漏导电流，载流子流动时，克服 内摩擦阻力而作功，使一部分电能转变为热能，属于欧姆损耗。 　　对极性高聚物　在交变电场中极化时，由于黏滞阻力，偶极子的转动取向滞后于交变 电场的变化，致使偶极子发生强迫振动，在每次交变过程中，吸收一部分电能成热能而释 放出来，属于偶极损耗。损耗的大小取决于偶极极化的松弛特性。 　　 V V I Ic δ φ a b 高聚物介电损耗示意图 §9-1　高聚物的介电性 　　△部分高聚物的介电损耗 高　聚　物 介电损耗（tanδ） 60Hz 103Hz 106Hz 高密度聚乙烯 低密度聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 聚碳酸酯 聚已内酰胺 聚已二酰已二胺 聚甲基丙烯酸甲酯 聚氯乙烯 聚偏乙烯 ABS 聚甲醛 0.0002 0.0005 0.0005 0.0001～0.0003 ＜0.0002 0.0009 0.014 ～0.04 0.010 ～0.06 0.04 ～0.06 0.08 ～0.15 0.007 ～0.02 0.004 ～0.034 0.004 0.002 0.0005 0.0002 ～0.0008 0.0001 ～0.0003 ＜0.0002 0.0021 0.02 ～0.04 0.011 ～