Электрические свойства полимеров

1) Удельным объёмным электрическим сопротивлением ρ_v (Ом∙м) называют сопротивление, оказываемое 1 м³ материала, помещенного в электрическое поле, проходящему через него току. Метод определения ρ_v основан на измерении силы тока, проходящего через испытуемый образец.

2) Диэлектрическими потерями называют мощность, рассеиваемую в диэлектрике под действием переменного электрического поля. Обычно диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ. Чем ниже значение tg δ, тем ниже диэлектрические потери, тем лучше электрические изоляционные свойства материала.

3) Диэлектрической проницаемостью ε (диэл постоянной изоляц материала) назыв число показывающее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конденсатора, если не меняя формы и размеров конденсатора заполнить пространство между электродами испытуемым веществом

ε = ,

С_х – ёмкость испытуемого вещества, С_в – ёмкость вакуумного конденсатора, ε – безразмерная величина.

Диэлектрик тем лучше, чем меньше ёмкость конденсатора, чем меньше его диэлектрическая проницаемость.

Значения ε и tg δ определяется по ГОСТ 22372-77 при частоте 10⁶ Гц.

4) Электрическую прочность Е_пр выражают пробивным напряжением, отнесенным к толщине образцов в 1мм. Е_д измеряется в кВ/мм.

Е_пр вычисляют по формуле: Е_пр = , V_пр – пробивное напряжение; h – толщина образца.

Для неполярных, очищенных от примесей полимеров, полученных полимеризацией (полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен и др.) характерны большие значения (10¹⁴ - 10¹⁶ Ом^.м), малый tg (порядка 10 ^{- 4}), малое значение (2.0 - 2.4). Полярные полимеры имеют более низкие значения , большие значения и tgб.

Относительная диэлектрическая проницаемость слабополярных полимеров составляет обычно 2.8 - 4.0; для полярных в зависимости от строения полимера она меняется от 4 до 20. Влияние строения полимера на в основном определяется значением дипольного момента отдельного звена макромолекулы и числом полярных групп в единице объема. значительно возрастает при увеличении в полимере содержания воды. Увеличение степени кристалличности также приводит к увеличению . Так, у аморфного полистирола составляет 2.49 - 2.55, у кристаллического - 2.61. Для применения полимеров в кабельной технике предпочтительнее материалы с малой (неполярные и слабополярные полимеры), в конденсаторостроении - с повышенными значениями . При высоких частотах используются такие полимеры как полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, в которых мала и диэлектрические потери. В низкочастотных конденсаторах или при постоянном токе, можно применять полимеры с повышенными значениями в стеклообразном состоянии.

Значения tg зависят от химического строения, структуры полимера. Низкомолекулярные примеси и, в частности, влага, включения пузырей воздуха, пыль, частицы низко- и высокомолекулярных веществ могут привести к появлению дополнительных максимумов в температурной зависимости tg. Значения tg для неполярных полимеров лежат в пределах от 10^-4 до 10^-3. Вблизи и выше Т_с - температуры стеклования возможен рост tg при повышении температуры, что обусловлено повышением ионной проводимости полимера. Значения tg полярных полимеров в сильной степени зависят от частоты и температуры, что ограничивает их применение при высоких частотах.

Электрическая прочность Е_пр с повышением температуры резко снижается в области Т_с для аморфных и Т_пл для кристаллических полимеров. Полярные полимеры имеют более высокую Е_пр, чем неполярные в области комнатных и низких температур.

Нагревостойкость полимерных материалов. Длительная рабочая температура линейных полимеров за исключением фторсодержащих полифенилов не превышает 120^оС, особенно нагревостойкость кремнийорганических и некоторых элементоорганических полимеров, длительная рабочая температура которых достигает 180 - 200^оС. Высокую устойчивость к действию повышенной температуры проявляют полимеры пространственного строения.