Электропроводность полимерных диэлектриков

На удельную электропроводность полимерных диэлектриков влияют те же факторы, что и на у жидких и простых твердых диэлек­триков — полярность полимера, степени его чистоты (природа и концентрация ионогенной примеси, например воды), краевой угол смачивания, пористость образца, относительная влажность воздуха и температура. Кроме этих факторов, на у полимерных диэлектриков существенное влияние оказывают молекулярная масса, степень кри­сталличности, окисленности (полярности) и пластификации, тип и размер надмолекулярных структурных образований (например, сфе­ролитов). С увеличением молекулярной массы и степени кристал­личности удельное объемное сопротивление полимеров возрастает, а с увеличением размера сферолитов, окисленности и степени пласти­фикации — снижается (см. табл. 1.4 и 1.5).

В полимерном диэлектрике время снижения тока абсорбции до нуля и установление тока сквозной проводимости может исчислять­ся несколькими десятками минут; при этом измеряемый ток падает на несколько (до 5 и более) десятичных порядков. Наличие неболь­шой концентрации ионогенной примеси (влаги, остатков катализа­тора, ионов, вводимых с пластификатором, и т. д.) сильно понижает удельное сопротивление. Например, увеличение содержания погло­щенной воды в полиамидах с 0,1 до 1 % по массе приводит к увели­чению удельной проводимости примерно в 10³ раз. Увеличение сте­пени кристалличности образца на 40—50 % увеличивает плотность полимерного тела на 0,5—5 %, что приводит к снижению подвижно­сти ионов и, как следствие — к увеличению удельного сопротивле­ния в 10—100 раз.

Зависимость удельной объемной электропроводности у от обрат­ной абсолютной температуры (1/7) в широком интервале имеет два характерных участка с точкой излома вблизи температуры стеклова­ния Т_с (рис. 3.13). При Т< Г_с, когда полимер находится в стеклооб­разном состоянии, зависимость lgy(l/7) прямолинейная, и удельная объемная электропроводность имеет самые низкие значения. В об­ласти Т_с полимерные цепи размораживаются и появляется сегмен­тальная подвижность; изменение молекулярной подвижности и вы­зывает излом на кривой lgy(l/7). Излом на кривой lgy(l/7) также указывает на ионный характер электропроводности. При Т > Г_с, ко­гда полимер находится в высокоэластическом состоянии, зависи­мость lgy от \/Т становится криволинейной. При этих температурах возрастает молекулярная подвижность и подвижность ионов прово­димости. Кроме того, понижается потенциальный барьер ловушек,

Рис. 3.13. Зависимость удельной объем­ной электропроводности у от обратной температуры 1/Тдля полиэтилентерефта- лата (/) и поливинилацетата (2)

а — молекулярная масса: 1 — 910³, 2 — 2,3-Ю; б — молекулярная масса 7 — 8-10, 2 — 7,5-10; / — стеклообразное состоя­ние, II — высокоэластичное, III — вязко- текучее

удерживающих ионы, что приводит к увеличению концентрации свободных ионов. Увеличение концентрации и подвижности свобод­ных ионов вызывает увеличение удельной электропроводности. Из рис. 3.13 также следует, что удельная электропроводность кристалли­зующегося полимера (полиэтилентерефталата) существенно ниже (по причинам, изложенным выше) удельной электропроводности аморфного полимера (поливинилацетата).

Рис. 3.14. Зависимость удельного объ­емного сопротивления р аморфных по­лимеров — полистирола (а) и поливи­нилацетата (б) от температуры Т:

Если рассмотреть температурную зависимость удельного объем­ного сопротивления р аморфных полимеров в интервале проявления всех трех его физических состояний, то увидим, что при переходе через области, соответствующие температуре стеклования Т_с и тем­пературе текучести Г_т, на кривых р(Т) наблюдаются характерные из­ломы (рис. 3.14). При этом удельное объемное сопротивление непо­лярного полимера — полистирола (по причинам, изложенным выше) выше, чем у полярного полимера — поливинилацетата, а с увеличе­нием молекулярной массы р обоих полимеров возрастает. При уве­личении молекулярной массы полистирола с 910³ до 2,3-10⁵, а поли­винилацетата с 810³ до 7,5-10⁴ р возрастает примерно на один десятичный порядок.

Дата добавления: 2015-08-09