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  • [原创] 聚合物材料可靠性分析原理(18)

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  • 发表于:2018-05-02 10:58:48

聚合物材料可靠性分析原理(18)

石拓•著

2.3电性能

聚合物材料有导电和绝缘之分。导电聚合物属于功能性聚合物材料,大多数导电聚合物的高分子链,具有共轭双键结构。普通的聚合物,无论高分子的结构如何,都是良好的绝缘体,是具有优良的绝缘性能的绝缘体。

考察聚合物的电性能,与研究机械性能的应力—应变不同。不同的是,机械性能的研究,是将材料置于机械力的作用下。而电性能的研究是将聚合物材料,放置在稳态(直流)电场和交变(交流)电场中,研究其类似于应力—应变的稳态和交变相应。

本节主要讨论,聚合物材料作为绝缘性工程材料,其主要性能中的电阻性能和介电性能。

2.3.1电阻性能

一般的聚合物材料,基本上都是不良导体。这是因为,在聚合物的高分子结构中,原子以共价键结合,没有自由电子或离子。所以在理论上,纯净的聚合物在稳态(直流)电场中,不会形成电流,因此具有相当高的体积电阻率ρ。

但是,在聚合物中,假如高分子的结构不完全,或者有杂质存在,那么体积电阻率将会大大降低。尤其是温度对体积电阻率,极为敏感,随温度发生变化而变化。因此,体积电阻率的大小,是衡量聚合物材料,绝缘性好与差的一个指标。

聚合物材料体积电阻率,根据欧姆(Ohm)定律,由下式表出:

(2-10)               ρ=SE/I

式中:ρ是聚合物材料的体积电阻率(欧姆•米),S是聚合物材料的截面积(m2),E是电场(直流)强度(伏/m);I是流经聚合物材料的稳态(直流)电流(安培)。

由实验可知,在弱电场中,假如稳态电场强度E不变,一定截面的聚合物材料,排除表面的传导,其内部会产生极小的稳态电流。因为电流极小,所以表明具有非常高的体积电阻率。又因为高的体积电阻率,所以表明了在聚合物中,没有足够的自由电子,使得成为导体或半导体。因此是绝缘体。

然而,聚合物的高体积电阻率,容易使得聚合物材料产生静电,而静电在某些场合中是有害的。因此,降低聚合物材料的体积电阻率,能够防止静电的产生。

实验表明,在聚合物中参入“杂质”,可以降低体积电阻率。因此,利用聚合物的这一特性,可以将导电物质与聚合物复合,例如,将导电碳黑(粉末)混合在聚合物中,可以制成抗静电,或可导电的聚合物材料。

高分子链自身的原因,例如存在某些缺陷,也是导致体积电阻率降低的原因。因此,人为的给高分子链制造缺陷,可以降低体积电阻率。值得要重视的是,高分子链的某些缺陷,是聚合物导电的基础。

(待续)