Практикум по химии и физике полимеров - Кузнецов Е.В.
Скачать (прямая ссылка):
ЛИТЕРАТУРА
1. Бартенев Г. M., Зеленев Ю. В. Курс физики полимеров. Л., «Химия», [197-6. См. с. 17—74.
2. Ферріи Д ж. Вязкоупругие свойства полимеров. M., Издатинлит, -1963. См. с. 234—249.
3. Ван Кревелен Д. В. Свойства и химическое строение полимеров. M., «Химия», 1976. См. с. 166—172.
4. 3 уев Б. M., Степанов С. Г., К о р г о в А. А. В кн.: Исследование по теории пластин и оболочек. Т. 4. Казань, Казанск. ун-т, 1966. См. с. 550—562.
9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
По своим электрическим свойствам полимеры являются типичными диэлектриками. Их поведение в электрическом поле определяется такими характеристиками, как удельное электрическое сопротивление (объемное и поверхностное), электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери. Электрические свойства полимеров зависят от химического строения и физического состояния полимеров, от условий их испытаний и эксплуатации, в частности, от частоты и амплитуды напряженности внешнего поля, температуры, влажности среды, конструкции электродов и геометрических размеров испытуемого образца. Испытания электрических свойств полимеров необходимо не только для оценки их эксплуатационных качеств, но и для исследования их химического строения и структуры.
9.Ї. Удельное электрическое сопротивление
Одной из важнейших электрических характеристик полимеров является удельное электрическое сопротивление или обратная ему величина — удельная электропроводность. Электропроводность по-
лимерных материалов связана с наличием в них заряженных частиц (ионов или электронов). Наличие одних электропроводящих частиц недостаточно для проводимости, необходимо также наличие носителей зарядов, чтобы обеспечить протекание тока. Такими носителями могут являться примеси в полимерах воды, остатков катализаторов и специальных добавок. Полимеры, лишенные примесей, также способны проявлять проводимость. В них образование носителей обусловлено процессами ионизации и возбуждения молекул полимера вследствие воздействия сильных внешних полей, нагревания, освещения, облучения космическими лучами и др.
Удельное электрическое сопротивление (р) определяется соотношением:
где R — электрическое сопротивление однородного проводника длиной / и поперечным сечением 5.
Удельное электрическое сопротивление — это сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2; оно измеряется в Ом-м.
Удельное объемное электрическое сопротивление (pv) — сопротивление между электродами, приложенными к противоположным граням куба вещества с длиной ребра в 1 м. Единицей измерения pv в системе СИ является Ом-м (или кратные единицы — ТОм-м, ГОм-м, Ом-см и др.)- При внесении полимера в постоянное поле
увеличивается во времени вследствие процессов поляризации. В стационарном электрическом поле образец характеризуется не зависящим от времени значением pv, которое определяется количеством свободных заряженных частиц в единице объема, строением полимера и температурой. Весьма приближенно pv можно оценить по значению силы тока, измеренной по истечении 10 мин после подачи напряжения на образец. Величина pv зависит от наличия в полимере проводящих примесей (например, воды).
Удельное поверхностное электрическое сопротивление (ps) — сопротивление между противоположными сторонами поверхности квадрата площадью 1 м2 току, проходящему по поверхности через две противоположные стороны этого квадрата; оно измеряется в Ом (или кратные единицы ТОм, ГОм и др.). Величина ps зависит от состояния поверхности диэлектрика, наличия на ней примесей. Полимеры могут адсорбировать на своей поверхности влагу, поскольку полярные группы, входящие в макромолекулу, имеют гидрофильный характер и способны притягивать молекулы воды. Полимеры, содержащие способные к ионизации минеральные наполнители, также адсорбируют воду. На поглощение влаги и образование поверхностных слоев влияет температура, поэтому поверхностное сопротивление сильно зависит от температуры. При повышенных температурах в сухой атмосфере и в отсутствие случайных поверхностных загрязнений значение ps полимерного диэлектрика намного превышает значение pv.
9.2. Электрическая прочность
Электрическая прочность является одной из основных электрических характеристик диэлектриков.
При повышении напряженности электрического поля, приложенного к диэлектрику (в области полей 107-М08 В/см), наблюдается увеличение электропроводности диэлектрика. Ток возрастает с напряжением примерно экспоненциально и затем при некотором значении напряженности поля увеличивается скачком до очень больших значений — происходит пробой диэлектрика. Протекание больших токов ведет к разрушению материала; диэлектрические свойства, как правило, после снятия напряжения не восстанавливаются. При пробое диэлектрика его электропроводность резко возрастает и диэлектрик становится проводником. Значение напряженности электрического поля (?пр), при которой происходит пробой диэлектрика, называется электрической прочностью. Различают три основные формы пробоя твердых диэлектриков.
