Свойства полимерного диэлектрика в переменном электрическом поле на молекулярном уровне
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ктриком без диэлектрических потерь С и присоединенного параллельно к нему резистора с сопротивлением R. В этом случае
Для всех полимеров установлено два типа диэлектрических потерь. Первый тип диэлектрических потерь, называемых дипольно-сегментальными, связан с ориентационными поворотами полярных звеньев макромолекулы в условиях, когда возможно сегментальное движение, т.е. в высокоэластичееком состоянии (выше Тст полимера). Второй тип - дипольно-групповые потери - обусловлены ориентацией самих полярных групп. Этот вид потерь может проявляться и ниже Тст полимера, т. е. в стеклообразном состоянии.
2.1 Влияние строения и полярности на диэлектрические потери
Дипольные потери в полимерах - определяются химическим строением повторяющейся в цепи мономерной единицы, которое оказывает влияние на внутри- и межмолекулярные взаимодействия, а следовательно на подвижность звеньев. Чем сильнее внутри- и межмолекулярные взаимодействия, тем менее подвижны звенья, тем выше температура, при которой наблюдается максимум , и тем больше время релаксации. Сильное влияние оказывают природа и число полярных групп, размеры заместителей, изомерия бокового радикала, стерические факторы и т. д. Так, уменьшение межмолекулярного взаимодействия может быть следствием введения в боковую цепь больших по размеру углеводородных (алкильных) радикалов.
Влияние размера алкильного радикала на было изучено на примере ряда полиалкилметакрилатов, поливинилацеталей, полиалкилакрилатов.
Во всех случаях с увеличением длины алкильного радикала дипольно-сегментальных потерь смещается в сторону более низких температур (рис. 2). Одновременно с этим зависимости также смешаются в сторону более низких температур. Это значит, что с понижением концентрации полярных групп в полимерной цепи время релаксации ориентационного момента уменьшается.
В гомологических рядах поливинилацеталей , полиалкилакрилатов и полнвинилацетата с возрастанием номера гомолога происходит уменьшение температуры, при которой наблюдается дипольно-групповых потерь.
При одинаковом размере боковых заместителей важное значение имеет их полярность. Замена неполярной группы полярной приводит к усилению межмолекулярного взаимодействия, уменьшению подвижности звеньев. Следствием этого является смещение максимума диэлектрических потерь в область более высоких температур.
2.2 Влияние стереорегулярности на диэлектрические потери
Рис. 2. Зависимость tg? стереорегулярных образцов ПММА при 20 Гц
- изотактический;
- синдиолтактический;
- атактический.
Наличие в макромолекуле участков синдиотактического или изотактического строения, их протяженность и количественное соотношение существенно влияют на подвижность сегментов и групп, а следовательно, и на диэлектрические характеристики полимера.
На рис. 5 приведена температурная зависимость изотактического (1), синдиотактического (2) и атактического (3) образцов полиметилметакрилата. Из рисунка видно, что температурные зависимости дипольных потерь синдиотактического и атактического полиметилметакрилата в широком интервале температур почти полностью совпадают. Для образцов синдиотактического полимера наблюдается лишь некоторый сдвиг области дипольно-сегментальных потерь в сторону более высоких температур, что свидетельствует о большей затрудненности движения сегментов цепи синдиотактического полимера по сравнению с атактическим и согласуется с повышенным значением Тст этого полимера.
Совершенно иной характер имеет температурная зависимость для изотактического полиметилметакрилата. Если для атактического полимера характерно наличие широкой области дипольно-групповых потерь которых более чем вдвое превышает дипольно-сегментальных потерь то в данном случае наблюдается резкое перераспределение максимальных значений потерь обоих типов. Как и для многих других полимеров винилового ряда, изотактического полиметилметакрилата значительно выше для дипольно-сегментальных потерь, чем для дипольно-групповых. По характеру температурно-частотных зависимостей для полиметилметакрилата можно качественно определить размер участков, имеющих изотактическое строение.
2.3 Влияние кристаллизации на диэлектрические потери
Существенное значение имеют не только степени кристалличности полимера, но и размер, дефектность, тип кристаллических образований . При увеличении степени кристалличности полимера снижается электропроводность, возрастает пробивная напряженность. Если степень кристалличности полимера высока, дипольно-сегментальных потерь, связанных с движением сегментов макромолекул в аморфных частях, может и не быть (например, в полиэтилене). Возможно появление релаксационной области дипольных потерь, обусловленных движением цепей внутри кристаллических образований, например внутри ламелей.
Для каждой из кристаллических модификаций характерны свои величины и ?max. При более низких температурах наблюдаются дипольные потери, связанные с движением полярных групп или коротких участков макромолекулы в аморфных областях или вблизи границы кристаллического образования.
.4 Влияние пластификаторов на диэлектрические потери
Применение полимеров в качестве изоляционных материалов обусловлено их высоким электрическим