Конструкционные пластмассы
Диэлектрики, электреты полупроводники
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
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
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. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|