- •3 Теплофизические свойства полимеров
- •3.1 Теплоемкость
- •3.2 Теплопроводность
- •3.3 Температуропроводность
- •Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и фазового состояния
- •3.4 Тепловое расширение полимеров
- •Влияние наполнителей
- •Заключение
- •4 Электрические свойства полимеров
- •4.1 Электропроводимость
- •4.2 Поляризация диэлектриков
- •Зависимость от различных факторов
- •4.3 Электрическая прочность
- •Виды и механизмы пробоя диэлектрика
- •4.4 Статическая электризация
- •4.5 Свойства полимерных полупроводников и электропроводящих материалов
- •4.6.Полимерные электроты
- •6.3. Смеси полимеров с пластификаторами
- •Важнейшие пластификаторы
- •Способы введения пластификатора
- •Внутренняя пластификация
- •6.4 Смеси полимеров
- •Двухфазная система
- •6.5 Наполненные полимеры
Влияние наполнителей
Неоднозначно. Некоторые наполнители такие как техуглерод, мел при объемной доле до 0,3 уменьшают α, согласно уравнению:
,
где и- термические коэффициенты объемного расширения полимера и наполнителя.
Волокнистые наполнители вызывают аномальное изменение α при температуре стеклования.
Таким образом изменение ис температурой можно использовать не только для оценки физических переходов, но и для определения структуры полимерных систем.
Заключение
Теплофизические свойства полимеров зависят от температуры, фазового и физического состояния, надмолекулярной структуры полимеров. Значение теплофизических характеристик необходимо:
для выбора полимера и при изготовлении изделий, работающих в контакте с материалами, имеющими другие теплофизические свойства;
измерение теплофизических характеристик может быть использовано для изучения структуры полимеров и полимерных композиций.
4 Электрические свойства полимеров
4.1 Электропроводимость
Это способность пропускать электрический ток при приложении электрического напряжения. Количественно электропроводность оценивается уравнением: ,
где j – плотность тока, текущего через образец, Еп – напряженность постоянного электрического поля. Различают объемную электрическую проводимость (выражается в См/м; См=Ом-1) и поверхностную электрическую проводимость (выражается в См). Проводимости материалов могут меняться от 10-20 до 1020 См/м.
|
, См/м |
Диэлектрики (изоляторы) |
От 10-20 до 10-10 |
полупроводники |
От 10-10 до 102 |
Проводники |
От 102 до 106 |
сверхпроводники |
1020 |
Большинство полимеров являются диэлектриками, они характеризуются ничтожно малой эл. Проводимостью (например6 ПВХ 10-12 – 10-14; ПТФЭ 10-18 – 10-20, медь 106 См/м).
Перенос электрических зарядов в полимерах осуществляется ионами (ионная проводимость); отдельными заряженными макромолекулами или их ассоциатами (так называемыми моль-ионами) (моль-ионная) и электронами (электронная). Соответственно различают ионную, моль-ионную и электронную проводимости.
Для диэлектриков характерна главным образом иона проводимость. Присутствие ионов в полимерах обусловлено электролитической диссоциацией ионогенных групп (NH2, COOH, SO3H) полимера , а также наличием низкомолекулярных примесей: пластификаторов, мономеров и др., способных диссоциировать на ионы.
В полях высокой напряженности (более 10 кВольт) возможен вклад и электронной проводимости вследствие инжекции электронов вблизи электродов. Электронная проводимость характерна для диэлектриков содержащих сопряженные двойные связи (поливинилен, полифенилен, полиимиды), а также для полимерных материалов, содержащих электропроводящие добавки (например порошки никеля, серебра и других металлов, техуглерод, графит).
Суммарная электропроводность складывается из ионной и электронной проводимостей и зависит от напряженности электрического поля, температуры, давления, физического и фазового состояния полимера, его структуры и состава:
1) Напряженность поля. С ростом Еп электронная проводимость повышается за счет увеличения числа инжектируемых носителей зарядов (ионов и электронов) в диэлектрик.
2) Повышение температуры увеличивает проводимость, согласно закону: ,
где А – коэффициент, не зависящий от температуры; Еа – энергия активации переноса заряда; R – газовая постоянная
3) Давление. С ростом внешнего давления значение ионной проводимости уменьшается, а электронной растет.
4) Физические и фазовые состояния. С увеличением степени кристалличности электронная составляющая проводимости растет, а ионная – снижается. Так как ионная проводимость вносит основной вклад в общую проводимость, то последняя так же уменьшается.
Наименьшую электрическую проводимость аморфные полимеры имеют в стеклообразном состоянии, при переходе в ВЭС она повышается, вследствие увеличения подвижности звеньев, что облегчает перенос ионов.
Резкое возрастание электрической проводимости при ТТС объясняется увеличением подвижности сегментов, боковых групп и макромолекул в целом.
5) Строение полимера. С увеличением полярности полимеров возрастает вклад электронной проводимости и общая проводимость.