高分子材料的物理性能

3-4 高分子材料的物理性能
3-4-1 热性能 一、热导率 ——热扩散速率：对于非金属材料，扩散速率主要
取决于邻近原子或分子的结合强度。 ⊕主价键结合：热扩散快→热导率大→热良导体； ⊕次价键结合：导热性差，热导率小。
——聚合物的导热性 ⊕一般较差（因靠分子间力结合的）。 ⊕固体聚合物的热导率范围较窄（0.22W·m-1·K-1
——热释电流：若加热驻极体以激发其分子运动， 极化电荷将被释放出来，产生退极化电流，称为 热释电流（TSC）。
3-4-3 光性能 一、折射 ※折射现象：当光由一种介质进入另一种介质时，
由于光在两种介质中的传播速度不同而产生的折 射现象。 ※折射率：
※折光指数：通常以各种物质对真空的折射率作为 该物质的折射率，即折光指数。聚合物的折光指 数一般都在1.5左右。
比，简称介电强度。 ——热击穿：在强电场下，因温度上升导致聚合物
的热破坏而引起的击穿；其击穿电压要比固有击 穿电压小。
——纯电击穿（固有击穿）：当电场强度增加到临 界值时，撞击分子发生电离，使聚合物击穿，称 为纯电击穿或固有击穿；此击穿过程极为迅速， 击穿电压与温度无关。
——聚合物介电强度：可达1000 MV/m。 ——决定因素：上限是由共价键电离能所决定的。
与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗—— 主要原因。
——介电松弛：即聚合物的介电损耗，与力学松弛 原理上是一样的。介电松弛是在交变电场刺激下 的极化响应，它决定于松弛时间与电场作用时间 的相对值。
——介电损耗峰：当电场频率与某种分子极化运动 单元松弛时间的倒数接近或相等时，相位差最大， 产生共振吸收峰即介电损耗峰。
1。聚合物的膨胀系数随温度的提高而增大，但一 般并非温度的线性函数。
3-4-2 电性能 ——概念：
高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材 料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性 质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静 电性质等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、电阻率和介电常数 （一）概念 ——体积电阻率：聚合物的体积电阻率常随充电时
间的延长而增加。因此，常规定采用1min的体积 电阻率数值。在各种电工材料中，聚合物是电阻 率非常高的绝缘体（图3-36）。 ——电介质：用来隔开电容器极板的物质； ——介电常数：电容与极板间为真空时的电容之比， 为无因次量，数值1-10之间。
——极化：在外电场作用下，分子中电荷分布的变化称 为极化。
四、静电现象 ——静电现象：两种物体互相接触和摩擦时会有电
子的转移而使一个物体带正电，另一个带负电的 现象。 ——聚合物静电的产生：高电阻率使其有可能积累 大量静电荷→例如聚丙烯腈纤维因摩擦可产生高 达1500v的静电压。 ——规律：一般介电常数大的聚合物带正电，小的 带负电，如——
——当上述序列中的两种物质进行相互摩擦时，总是 左边的带正电，二者相距越远产生的电量越多。
到薄膜成型温度，施加每厘米数千伏的电场，使聚 合物极化、取向，再冷却至室温，而后撤去电场。 这时由于聚合物的极化和取向单元被冻结，因而极 化偶矩可长期保留。这种具有被冻结的寿命很长的 非平衡偶极矩的电介质称为驻极体。
——例子：聚偏氟乙烯、涤纶树脂、PP、PC等聚合 物超薄薄膜驻极体已广泛用于电容器传声隔膜及 计算机贮存器等方面。
——消除方法： ⊕体积传导 ⊕表面传导：主要方法，目前工业上广泛采用的抗
静电剂都是用以提高聚合物的表面导电性 ——抗静电剂：一般都具有表面活性的功能，常增
加聚合物的吸湿性而提高表面导电性，从而消除 静电现象的一种物质。
五、聚合物驻极体和热释电流 ——驻极体：将聚合物薄膜夹在两个电极当中，加热
（二）相关数值 ——介电现象产生的原因：分子极化。 ——介电常数数值：非极性聚合物2左右；极性聚合
物3-9（见表3-11）。
二、介电损耗 （一）概念 ——介电损耗：电介质在交变电场作用下，由于发
热而消耗的能量。 ——产生原因： ⊕因电介质中微量杂质而引起的漏导电流； ⊕电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向
非极性聚合物：极性杂质常常是介电损耗的主要 原因。非极性聚合物的tgδ一般小于10-4；
极性聚合物：tgδ在10-1～5×10-3之间。
三、介电强度 ——电击穿：当电场强度超过某一临界值时，电介
质就丧失其绝缘性能，这称为电击穿。 ——击穿电压：发生电击穿的电压。 ——击穿电场强度：击穿电压与击穿处介质厚度之
——分子极化种类：
⊕电子极化 ⊕原子极化
又称变形极化或诱导极化 所需时间很短，10-15～10-11s
⊕取向极化：由永久偶极所产生，与温度有关；其所产 生的偶极矩与绝对温度成反比；所需时间>10-9s。
⊕界面极化：由于电荷在非均匀介质分界面上集聚而产 生的；所需时间几分之一秒至几分钟乃至几个小时。
——高分子材料的介电常数是以上几种因素所产生 介电常数分量的总和。
⊕微孔聚合物：热导率非常低，一般为0.03W·m1·K-1左右，随密度的下降而减小。
⊕热导率大致是固体聚合物和发泡气体热导率的平 均值。
二、比热容及热膨胀性 ——比热容：主要由高分子材料的化学结构决定，1-
3kJ·K-1，比金属及无机材料的大； ——热膨胀性：比金属及陶瓷大，4×10-5～3×10-4K-
——介电谱：聚合物在不同温度下的介电损耗叫介 电谱。
（二）影响因素 ⊕极性：极性聚合物才有明显的介电损耗。 ⊕非晶态极性聚合物：介电谱上一般均出现两个介 电损耗峰，分别记作α和β（见图3-37）。
α峰：相应于主 链链段构象重排， 它和Tg是对应的。 β峰：相应于次 级转变，对聚醋 酸乙烯酯 是柔性侧基的运 动，对PVC相应 于主链的 局部松弛运动。
左右）。 ⊕结晶聚合物的热导率稍高，非晶聚合物的热导率
随分子量增大而增大。 ⊕低分子的增塑剂的加入：会使热导率下降。
⊕温度：聚合物热导率随温度的变化有所波动，但 波动范围一般不超过10％。
⊕取向：引起热导率的各向异性，沿取向方向热导 率增大，横向减小→聚氯乙烯伸长300％时，轴向 的热导率比横向的要大一倍多。