第十章 聚合物的电学性能、热性能、光学性能以及表面与界面性能

• 在高压下，大量的电能迅速地释放，使电极 之间的材料局部地被烧毁，这种现象就称为 介电击穿。
• dU／dI ＝0处的电压Ub称为击穿电压。 • 击穿电压是介质可承受电压的极限。
介电强度
介电强度的定义是击穿电压 Ub 与绝缘 体厚度 h 的比值，即材料能长期承受 的最大场强：
Eb = U b ／ h Eb就是介电强度，或称击穿场强
绝缘料的热稳定性能
(a)基础树脂
(b)接枝料
(c)交联料
（3）导热性
热量从物体的一个部分传到另一个部分或者从一个 物体传到另一个相接触的物体，从而使系统内各处 的温度相等，叫作热传导。 热导率λ是表征材料热传导能力大小的参数。 常用差示扫描量热仪（DSC）测聚合物的热导率。
介电损耗温度谱示意图
在这些图谱上，高聚物的介电损耗一般都出现 一个以上的极大值，分别对应于不同尺寸运动 单元的偶极子在电场中的松弛损耗。按照这些 损耗峰在图谱上出现的先后，在温度谱上从高 温到低温，在频率谱上从低频到高频，依次用 、、命名 。
三种聚乙烯的介电谱（100KHz）
两种聚四氟乙烯的介电谱（1KHz）
介电强度仪，意大利CEAST公司制造，用于测定在 工频下电绝缘材料的介电强度和击穿电压。
10.1.4
高聚物的导电性
材料的导电性是用电阻率 或电导率
来表示的。当试样加上直流电压U时，
如果流过试样的电流为 I，则按照欧姆
定律，试样的电阻R = U / I
试样的电阻与试样的厚度h成正比，与试样的 面积 S成反比 R = · h / S 比例常数 称为电阻率 对试样的电导有G = · S / h 比例常数 称为电导率 电阻率与电导率都不再与试样的尺寸有关，而 只决定于材料的性质，它们互为倒数，都可用 来表征材料的导电性。

导电高分子
表征材料电性能的另一个重主要参量是电导率。电导率的定义可以由欧姆定律给出：当施加的电场产生电流时，电流密度J正比于电场强度E，其比例常数，即为电导率σ，即：电导率σ= J(电流密度) /E(电场强度) 电导率与电阻率关系为σ=1/ρ，单位为西门子每米，即S/m。 电导率的大小反映了物质输送电流的能力。ρ愈小,σ愈大，材料导电性能就越好。
界面极化
PE能否发生取向极化？纯PE，界面极化能否发生？
思考题
介电性指在电场作用下,构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质，宏观表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，这是由于聚合物分子在电场作用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗表示。
二、聚合物的介电性能
例如喷涂在聚合物表面的抗静电剂，通过其亲水基团吸附空气中的水分子，会形成一层导电的水膜，使静电从水膜中跑掉。
在涤纶电影片基上涂敷抗静电剂烷基二苯醚磺酸钾，结果片基表面电阻率降低7~8个数量级。
另外，根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。
相对于本征型导电高分子而言，这种复合材料的制备无论在理论上还是应用上都比较成熟，具有成型简便、重量轻、可在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低廉等优点，因而得以广泛开发应用。
复合型导电高分子的基体有：
常用的导电填料有：
碳类（石墨、炭黑、碳纤维ห้องสมุดไป่ตู้石墨纤维等）
金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等）
聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带正电，介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。

习题库第1章高分子链的结构1．定义下列术语：1)内氢键;2)内聚能密度;3)构型与构象;4)无规线团;5)热塑弹体; 6)分子链的最可几末端距、平均末端距和均方末端距;7)链段;8）分子链的均方半径;9)分子链的平衡态柔性和动态柔性。

2．如何测定低分子物质的内聚能密度？能否用同样的方法测定高聚物的内聚能密度？3．指出塑料、橡胶和纤维的内聚能密度的大致范围。

为什么聚乙烯的内聚能密度较低但能成为塑料?4．写出聚1,2丁二烯和聚1,2异戊二烯可能的键接方式与构型。

5．1,2二氯乙烷有几种稳定的内旋转异构体？6．间同立构聚丙烯是否能通过内旋转转化为全同立构聚丙烯？7．设1个高分子主链由100个单键组成，每个单键相对于前一个键可以在空间采取2种可能的位置,试计算该高分子链在空间可能采取的构象数。

8．将苯乙烯(S)与顺式1,4丁二烯(B)按20∶80的重量比合成的无规共聚物和SBS三嵌段共聚物在性能上可能有什么区别？9．SBS热塑弹体与硫化橡胶在溶解性与热行为上有什么区别？10．为什么只有柔性高分子链才适合作橡胶？金属材料能否出现高达百分之几十至几百的弹性大形变？11．写出下列各组高聚物的结构单元，比较各组内几种高分子链的柔性大小并说明理由:1)聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯；2)聚乙烯，聚乙炔，顺式1,4聚丁二烯；3)聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈；4)聚丙烯，聚异丁稀；5)聚氯乙烯，聚偏氯乙烯；6)聚乙烯，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基叔丁烷；7)聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸丙脂，聚丙酸戌酯；8)聚酰胺6.6，聚对苯二甲酰对苯二胺；9)聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯。

12．一种聚丙烯高分子链的聚合度为600，在外力作用下最大的拉伸比为10，求该高分子链的均方未端距与2f h之比。

已知C-C键的键长l＝0.154nm，键角 ＝109°28'。

13．测得聚丁烯-1分子链的均方半径20ρ＝36nm2，分子量nM＝33600, 求该分子链最大伸长比λ。

聚合物的其他性能演示文稿
（优选）聚合物的其他性能
10.1.1 Introduction 概述
高分子的电学性能，指高分子在电场作用下所表现出来的各种物理现象
弱电场中的导电性
Electric conductivity
交变电场中的介电性 Dielectric property
强电场中的击穿
Dielectric breakdown
根据电导理论，决定电导的主要参数，是载流子的数目、迁移率 载流子，可以是电子、空穴，也可以是正、负离子
高聚物一般都是电绝缘体
高聚物本身没有自由载流子 是共价键连接起来的长链分子，既没有自由电子，也没有自由离子
高分子链间堆砌靠的是范德华力，分子间距离较大，电子云交叠很差，即使分子内有 载流子，也很难从一分子传递到另一分子
高分子表面的静电现象 Static electricity
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10.1.2 Electric Conductivity 导电性
Heeger、 MacDiarmid(美)、 白川英树(日) 2000 化学奖
导电高分子研究，聚乙炔掺杂后，电导率从 3.2x10-6Ω-1cm-1增加到38Ω-1cm-1，提高了1000万倍（接 近铝、铜）
✓ 导电填料的加入，会较大程度地提高高聚物的导电性
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10.1.3 Dielectric Properties 介电性能
指电场作用下，高聚物储蓄和损耗电能的性质
2个衡量指标 介电常数：表征电介质储存电能的能力 介电损耗：表征电介质通过发热耗散电能的多少
高聚物作为绝缘材料、或电容器的介电材料使用时，介电性是非常重要的性能
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10.1.2 Electric Conductivity 导电性