第8章 聚合物的电学性能.pptVIP

8.2.3 导电性的其他影响因素 分子量 对于电子电导，分子量增加延长了电子的分子内通道，电导率将增加。而分子量减少造成的链端效应有利于分子链段的运动，使离子迁移率增加，离子电导率增加。 结晶与取向 其使分子堆砌紧密，自由体积减小，离子迁移率下降，离子电导率下降。但对于以电子电导为主的高聚物，结晶中分子紧密堆砌，有利于分子间电子的传递，电导率随结晶度的增加而提高。 交联 交联使高分子链段活动性下降，离子电导下降。电子电导则可因分子间交联键提高的电子在分子间的通道而增加。 杂质 其使绝缘高聚物的电导率增加。对亲水性高聚物，潮湿空气中的水分，使其离子载流子的浓度增加，电导率大大提高。 增塑剂 其使高分子链段活动性增加，自由体积增加，提高离子载流子迁移率。极性增塑剂自身电离使体系离子浓度增加，导电性显著增加。 温度 电导率与温度的关系有 式中，E0为电导活化能；σ0为常数；R为气体常数。表明，高聚物的电导率随温度的升高而迅速上升。 8.2.4 导电性复合材料 导电性复合材料是在聚合物原料中加入各种导电性物质，通过分散复合、层积复合、形成表面导电膜等方式构成的材料。 导电物质通常为高效导电粒子或导电纤维。例如，各种金属粉末、金属化玻璃、碳纤维、铝纤维及不锈钢纤维等。几乎所有的聚合物均可制成导电性复合材料，其制备工艺也日趋完善。 该种材料品种繁多，包括各种导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶黏剂、透明导电薄膜等，在电子工业中活得了广泛的应用。例如F. L. Vogel制得了一种石墨夹层聚合物与铜组成的导电性复合材料，电导率高达108Ω-1m-1，而相对密度约为铜的一半，可用于飞机的内装配电线。 8.2.5 聚合物的电击穿 在强电场（105~106V/cm）中，随着电压升高，聚合物的电绝缘性能会逐渐下降。当电压升到一定数值时，形成局部电导，发生击穿。击穿时，聚合物完全失去电绝缘材料，材料的化学结构遭到破坏。 击穿强度定义为发生击穿时电极间的平均电位梯度，即击穿电压V和样品厚度d的比值 (8-21) 聚合物绝缘材料的击穿强度一般在107V/cm左右。击穿试验是一种破坏性试验，工业上常采用耐压试验。在聚合物试样上加一额定试验电压，经一定时间后仍不发生击穿的算合格。 聚合物击穿时，样品的破坏机理可能是多种形式的，如电击穿、电机械击穿、热击穿、化学击穿、放电击穿等。 聚合物绝缘体中总有载流子存在。在弱电场中，载流子从电场中获得的能量在与周围分子的碰撞中大部分消耗了。但当电场强度达到某些临界数值（这对不同材料是不同的）时，载流子从外部电场获得的能量大大超过它们与周围碰撞所损失的部分能量，将使撞击的高分子链发生电离，产生新的载流子，从此继续，就会发生所谓的“雪崩”现象，以致电流急剧上升，聚合物发生击穿。这类击穿叫做电击穿。 如果聚合物材料在低于电击所需场强下就发生形变，那么击穿强度主要取决于电机械压缩，即当电压升高时材料的厚度因电应力的继续压缩作用而减小。一般把电击穿和电机械击穿统称为内部击穿。 在强电场作用下，聚合物偶极取向时为克服介质粘滞阻力所损耗的能量以热的形式耗散。如果材料传导热量的速度不足以及时地将介质损耗的热能散发出去，则内部唯独就逐渐升高。而随着温度的升高，电导率增加，介质损耗进一步增大，从而放出更多的热量使温度继续升高。如此循环的结果导致聚合物的破坏称为热击穿。显然，热击穿一般都发生在散热最差、软化点低的极性聚合物中。 化学击穿是聚合物绝缘体在高压下长期工作后出现的。由于高电压的作用能在聚合物表面或缺陷、小孔等处引起局部的空气碰撞电离，从而引起电导的增加直至发生击穿。 放电击穿与聚合物内部存在的微孔或微缝有关。在微孔或微缝中的电场强度间高于平均电场强度，而气体本身的击穿电场强度又很低，因而，在较低的平均电场强度下，聚合物中的孔缝容易以气体火花放电的形式被击穿。 聚合物材料的实际击穿，通常不只是一种机理，可能是多种机理的综合结果。 聚合物击穿强度数值不仅取决于本身的结构，还随外界测试条件而变化。电极的形状和大小、升压速度、电场频率、温度和试样的厚度等等都是影响击穿强度的因素。因此，在试验聚合物击穿强度时，必须严格规定测试条件，否则，测试结果将无法比较。 8.2.6 聚合物的静电现象 静电现象虽然早已为人们所熟悉，但是，对其形成机理尚处于研究之中。 接触起电的研究表明，两种物质接触起电与它们的功函数