Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
Переход от линейной конфигурации макромолекулы к разветвленной или пространственно-сетчатой изменяет г' и е" по-разному в зависимости от физического состояния полимера. В высокоэластическом состоянии е' и е" уменьшаются с ростом степени разветвления или сшивания. При этом максимум потерь сдвигается в сторону более высоких температур и уменьшается, В стеклообразном состоянии точки разветвления и сшивки снижают плотность упаковки и уменьшают межмолекулярное взаимодействие, тем самым способствуют повышению доли макромолекул, способных релаксировать, приводя к росту е' и
Существенное влияние на диэлектрическую проницаемость и диэлектрические потери оказывает уровень надмолекулярной
376
организации. Кристаллизация полимера приводит к упорядочению системы, возрастанию межмолекулярного взаимодействия и уменьшению доли полимера, способного к релаксации.
Предположим, что процесс диэлектрической релаксации в аморфно-кристаллическом полимере представляет собой сумму релаксационных процессов в полностью аморфной и полностью кристаллической фазах и в кристаллической фазе подвижность макромолекул, ее сегментов и групп настолько мала, что релаксация полностью подавлена. В этом случае е' и е" уменьшаются с ростом степени кристалличности. Так как скорость снижения е" с ростом степени кристалличности больше скорости снижения е', то 1дб также уменьшается. Однако для ряда кристаллических полимеров подвижность частей макромолекулы в кристалле сохраняется и протекают процессы релаксации. Если их интенсивность выше интенсивности релаксационных процессов в аморфной фазе, то е' и е" могут увеличиваться с ростом степени кристалличности.
Введение пластификаторов, как правило, ухудшает диэлектрические свойства полимеров. Изменение е', г" и tgбмaкc с температурой и их значения зависят от полярности пластификатора и его термодинамической совместимости с полимером. При хорошей совместимости пластификатора с полимером положение tg6мaкc смещается в сторону меньших температур с ростом содержания пластификатора. Абсолютные значения потерь зависят от полярности самого пластификатора. В случае неполярных пластификаторов, диэлектрическая проницаемость и потери которых малы, значения е', е" и 1дбМакс пластифицированного полимера снижаются. Введение же полярных пластификаторов, имеющих высокие е' и е", приводит к росту диэлектрической проницаемости и потерь пластифицированной композиции. При ограниченной совместимости полимера с пластификатором снижение tgб„aкc происходит только до определенного предела.
Обнаруженная четкая корреляция между диэлектрическими свойствами (проводимостью, диэлектрической проницаемостью и диэлектрическими потерями) и структурой полимера, его физическим и фазовым состоянием позволяет использовать эти свойства, их частотную или температурную зависимость для оценки структуры полимеров и ее изменения.
Электрическая прочность. При повышении напряжения, приложенного к диэлектрику, наступает момент, когда при определенном значении напряжения ?/пр диэлектрик теряет свои электроизоляционные свойства, в нем образуется проводящий электрический ток канал, т. е. наступает разрушение диэлектрика — его пробой. При пробое выделяется большое количество энергии, материал в области пробоя разогревается настолько, что расплавляется или загорается. Электрическая прочность ?Пр характеризует сопротивление диэлектрика разрушению его в электри-
377
ческом поле. В зависимости от вида напряжения, прикладываемого к диэлектрику, различают электрическую прочность при постоянном и переменном напряжении, в однородном и неоднородном полях, .а в зависимости от продолжительности действия напряжения — кратковременную и длительную. Наиболее изучена электрическая прочность в однородных полях, поэтому она и будет рассмотрена ниже.
Значения ?пр, определенные при переменном напряжении, меньше ?„р при постоянном напряжении. Кратковременная электрическая прочность — это напряженность электрического поля при пробое в условиях постепенного повышения напряжения с заданной скоростью (»1—2 кВ/с). Длительная электрическая прочность — это напряженность электрического поля при пробое при заданном времени выдержки под напряжением или эремя жизни (тж) диэлектрика при заданных значениях напряженности электрического поля. В однородном электрическом поле электрическая прочность равна отношению пробивного напряжения ЬПр к толщине диэлектрика Л: ЕП^ипр/Н.
Кратковременная электрическая прочность, так же как и механическая, зависит от наличия дефектов в структуре материала и степени его разогрева, т. е. от термофлуктуационных явлений, а также от формы и размеров образцов (масштабный фактор). Ниже приведены значения кратковременной электрической прочности (МВ/м) некоторых полимеров при 298 К в переменном поле частотой 50 Гц:
Полиэтилен Полипропилен Поливиннлхлорид Полистирол
Полиэтнлентерефталат (степень кристалличности К=60%) Поликарбонат аморфный
кристаллический (Д"==26%) Полисилоксаны
Сополимер бутадиена с 18% нитрила акриловой кислоты (сшитый)
28—40 (2)* 150±30 (0,02) 45—55 (1) 20-25 (2) 150—180 (0,02) 350—450 (0,02)
