《高聚物的物理性能》PPT课件

《《高聚物的物理性能》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四讲高聚物的物理性能（2）本讲内容高聚物的电学性能高聚物的化学稳定性高聚物的光学性能高聚物的热学性能高聚物的老化高聚物的改性方法高聚物的电学性能-极化在外电场作用下，电介质分子中电荷分布发生变化，使材料出现宏观偶极矩，这种现象称电介质的极化。非极性分子本身无偶极矩，在外电场作用下，原子内部价电子云相对于原子核发生位移，使正负电荷中心分离，分子带上偶极矩；或者在外电场作用下，电负性不同的原子之间发生相对位移，使分子带上偶极矩。这种极化称感应极化，又称诱导极化或变形极化。有外电场时，极性分子除发生电子极化和原子极化外，其偶极子还会沿电场方向发生转动、排列，产生分

2、子取向，表现出宏观偶极矩。这种现象称取向极化或偶极极化极化方式感应极化取向极化高聚物的电学性能-介电行为两个电容器的电容之比，称该均质电介质的介电系数ε。介电系数反映了电介质储存电荷和电能的能力.介电系数越大，极板上产生的感应电荷Qˊ和储存的电能越多。高聚物的电学性能-介电损耗电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热，称介电损耗。通常采用介电损耗角的正切值表征。高聚物的电学性能-介电行为电介质的介电常数和介电损耗越小，绝缘性能越好。影响介电性能的因素：分子结构的影响在玻璃态下，链段运动被冻结，结构单元上极性基团的取向受链段牵制，取向能力

3、低；在高弹态时，链段活动能力大，极性基团取向时受链段牵制较小，因此同一聚合物高弹态下的介电系数和介电损耗要比玻璃态下大。交联也会妨碍极性基团取向，使介电系数降低B.温度和交变电场频率的影响C.杂质的影响高聚物的电学性能—导电性绝缘体半导体导体超导体从微观导电机理看，材料导电是载流子（电子、空穴、离子等）在电场作用下在材料内部定向迁移的结果。导电性受到材料内部载流子的浓度和迁移速率决定。高聚物的电学性能—导电性高分子材料内的载流子很少。已知大分子结构中，原子的最外层电子以共价键方式与相邻原子键接，不存在自由电子或其它形式载流子（具有特定结构的聚合物例外）。理论计

4、算表明，结构完整的纯聚合物，电导率仅为10－25S.cm-1。但实际聚合物的电导率往往比它大几个数量级，表明聚合物绝缘体中载流子主要来自材料外部，即由杂质引起的。高聚物绝缘电阻的表示形式表面电阻率体积电阻率平等电极环状电极高聚物的电学性能—导电性这些杂质来自于聚合物合成和加工过程中，包括：少量没有反应的单体、残留的引发剂和其他各种助剂以及聚合物吸附的微量水分等。水对聚合物的绝缘性影响最甚，尤其当聚合物材料是多孔状或有极性时，吸水量较多，影响更大。例如以橡胶填充的聚苯乙烯材料在水中浸渍前后电导率相差两个数量级，而用木屑填充的聚苯乙烯材料在同样情况下电导率猛增八个

5、数量级。高聚物的电学性能—导电性当聚合物发生玻璃化转变时，电导率或电阻率曲线将发生突然转折，利用这一原理可测定聚合物的玻璃化温度。结晶、取向，以及交联均使聚合物绝缘体电导率下降。通常聚合物中，主要是离子型导电，结晶、取向和交联会使分子紧密堆砌，降低链段活动性，减少自由体积，使离子迁移率下降。如，聚三氟氯乙烯结晶度从10%增加至50%时，电导率下降10～1000倍。高聚物的电学性能—导电性1974年日本白川英树等偶然发现一种制备聚乙炔自支撑膜的方法，得到聚乙炔薄膜不仅力学性能优良，且有明亮金属光泽。而后MacDiarmid、Heeger、白川英树等合作发现聚乙炔

6、膜经过等掺杂后电导率提高13个数量级，达到，成为导电材料。高聚物的电学性能—导电性本征型导电高分子:聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等属于本征型导电高分子。真正纯净的聚合物，包括无缺陷的共轭结构聚合物本身并不导电，要使它导电必须使其共轭结构产生某种“缺陷”。掺杂（Doping）是最常用的产生缺陷和激发的化学方法。复合型导电高分子材料:以绝缘的有机高分子材料为基体，与其它导电性物质以均匀分散复合、层叠复合或形成表面导电膜等方式制得的一种有一定导电性能的复合材料。高聚物的电学性能—电击穿当电压升至某临界值时，聚合物内部突然形成了局部电导，丧失绝缘性能，这种

7、现象称电击穿。击穿时材料化学结构遭到破坏，通常是焦化、烧毁。受聚合物结构共价键的电离能所决定。导致材料击穿的极限电压称击穿电压Vc，通常用击穿电压Vc与试样厚度d之比，即介电强度Ec来表示材料的耐电压指标：它表示一定厚度的试样所能承受的极限电压。高聚物的电学性能—电击穿电击穿高聚物电子在强电场作用下或杂质在电离作用下产生的载流子呈现“雪崩”效应，电流剧增使得高聚物被击穿。化学击穿高聚物内部或表面的缺陷（气泡、裂纹等）的空气在电场作用下发生电离放电，产生载流子、臭氧、热量等，进一步促进电导增加直到破坏高聚物结构。电机械击穿外电场使聚合物发生载流子雪崩式剧增前引起

8、材料的机械变形，材料发生电机械击穿。与