Конструкционные пластмассы


Диэлектрики, электреты полупроводники



бет56/75
Дата10.10.2022
өлшемі12,88 Mb.
#42244
түріУчебное пособие
1   ...   52   53   54   55   56   57   58   59   ...   75
Байланысты:
Кн Архипова Полимеры с комплексом особых свойств (копия)

Диэлектрики, электреты полупроводники



Полимерные диэлектрики. Подавляющее большинство полимеров в обычных условиях обладает высокими значениями электросопротивления и применяется для электроизоляционной защиты в качестве хороших диэлектриков. В таблице 17 приведены значения объемного и поверхностного сопротивления для типичных полимерных диэлектриков. Видно, что у неполярных полимеров значения ρ выше чем у полярных.
Электропроводность в полимерных диэлектриках может возникнуть при наличии низкомолекулярных примесей, способных к электролитической диссоциации с образованием ионов: воды, щелочей, кислот, остатков катализаторов или эмульгаторов и т.п. Чем чище полимер, тем ниже его электропроводность, т.е. выше значение электросопротивления. Введение даже небольшого количества посторонних ионов в неполярный полимер приводит к резкому возрастанию его электропроводности. Снижению электропроводности способствует кристаллизация и ориентация полимера, при которых уменьшается подвижность примесных ионов. Таким образом, при использовании полимеров для электроизоляционной защиты необходимо, в первую очередь, заботиться о чистоте полимера и выбирать неполярные полимерные материалы.
Таблица17
Диэлектрические свойства полимеров



Полимер


Удельное электрическое сопротивление,
ρ, Ом·см

Электрическая прочность,
кВ/мм

Диэлектрическая проницаемость, ε, при 50 гц

tg δ
при 50 Гц

Полиэтилен

1017

40 – 60

2,1 – 2,4

0,0003

Полипропилен

8 · 1015

30 – 32

2,0 –2,1

0,0002

Полистирол

1017

20

3,4

0,0004

Тефлон

1020

25 – 27

1,9 – 2,2

0,0002

Поливинил-хлорид

1013 – 1015

25 – 50

3,2

0,01 – 0,02

Полиамиды

1013 – 1014

16 – 22

4,5

0,06 – 0,10

Хотя полимерные диэлектрики в нормальных условиях эксплуатации не проводят электроток, однако при увеличении напряженности электрического поля выше определенного значения их электропроводность резко возрастает и они становятся проводниками. При этом диэлектрики разрушаются и происходит электропробой. Напряженность, при которой происходит пробой (Епр) служит критерием электрической прочности материала.


Что же происходит с диэлектриком в электрическом поле? Имеющиеся в полимере диполи(полярные группы)ориентируются в направлении электрических сил и возникает определенный электрический момент, называемый ориентационным. Одновременно происходит смещение электронных оболочек и ядер атомов, в результате чего возникает электрический момент, называемый деформационным. Общий электрический момент диэлектрика складывается из ориентационного и деформационного.
Способность диэлектрика к поляризации под действием электрического поля с образованием электрического момента, направленного вдоль поля, называется диэлектрической проницаемостью (ε) Эта характеристика имеет количественное выражение:
,
где С0 - емкость конденсатора в вакууме,
С - емкость конденсатора с диэлектриком между пластинами.

Чем меньшее значение ε имеет полимер, тем выше его диэлектрические свойства. В таблице 17 приведены значения ε для некоторых типичных полимеров.


При действии на диэлектрик постоянного тока диполи ориентируются в определенном направлении, но так как диэлектрик не содержит свободных ионов и электронов, то ток через вещество не проходит. Если же диэлектрик помещен в поле переменного тока, то происходит быстрая смена направления ориентации диполей, а также перемещения электронных оболочек и ядер атомов. При этом возникают токи смещения, способные замкнуть электрическую цепь. Поэтому материалы, являющиеся хорошими диэлектриками в поле постоянного тока, способны в некоторой мере проводить переменный ток. Чем легче протекает ориентация диполей, тем худшим диэлектриком является полимер в поле переменного тока. В этой связи диэлектрическую проницаемость можно рассматривать как меру проводимости диэлектриком переменного тока. Чем ближе значения ε к 1, тем лучшим диэлектриком является материал (смотри таблицу 17).
При действии на диэлектрик переменного электрического поля происходит последовательная смена ориентационного и деформационного моментов. Деформационный момент (связанный с деформацией электронных оболочек и смещением ядер атомов) устанавливается почти мгновенно (10-13 – 10-14 сек), поэтому можно считать, что направление деформационного момента всегда соответствует направлению внешнего электрического поля. Ориентационный момент устанавливается в диэлектрике не сразу, т.к. поворот диполей требует какого-то промежутка времени, зависящего от вязкости среды.
В результате замедленного перемещения диполей в каждый момент времени между напряжением поля и ориентационным моментом наблюдается некоторый сдвиг фаз, который характеризуется углом δ. Энергия, которая рассеивается в диэлектрике в виде теплоты, пропорциональна частоте поля и tg δ, поэтому угол δ называют углом диэлектрических потерь. Чем меньше tg δ, тем меньше потери энергии в диэлектрике. Для сравнения эти значения для разных полимеров приведены в таблице 17
Таким образом, из таблицы следует, что с увеличением полярности полимера уменьшается удельное электрическое сопротивление и электрическая прочность полимеров, возрастает их диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Поэтому целесообразно использовать в качестве диэлектриков такие полимеры, как полиолефины и тефлон, обладающие наилучшим комплексом свойств для электроизоляторов.


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   52   53   54   55   56   57   58   59   ...   75




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет