Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ком, между слоями диэлектриков, во внутренних сквозных или закрытых порах.
Основными характеристиками разрядов в переменном поле являются сила тока IЧР и мощность разряда WЧР, которые определяются частотой f , амплитудой напряжения Um , емкостью слоя твердого диэлектрика C1 и пробивным напряжением газовой прослойки Uпр:
ЧР = 4fC1 (UmUи), WЧР = 4fC1 Uпр(UmUи),
где Uи= Uпр(С1+С2)/С1 - напряжение начала ионизации , С2 - емкость газовой прослойки [77].
Если происходит общее изменение структуры диэлектрика, связанное с увеличением tg? и возможностью развития теплового пробоя, то определяяющей характеристикой является мощность ЧР [78]. При поверхностной эрозии скорость разрушения диэлектрика пропорциональна среднему току ЧР, а не мощности. Это объясняется тем, что здесь решающую роль играет поверхностная плотность предаваемой энергии, которая определяется количеством заряженных частиц, приходящих на поверхность диэлектрика. Следует отметить, что при поверхностной эрозии часть энергии ЧР теряется в газовом промежутке. Если канал разряда расположен в толще твердого диэлектрика или в жидкой фазе комбинированного диэлектрика, когда энергия всего канала участвует в разрушении диэлектрика, то прежде всего необходимо учитывать энергию или мощность разрядов [8].
Анализ механизма электрического старения полимеров связан с изучением изменений в пленках, происходящих под действием разрядов. Частичные разряды в газовых прослойках в диэлектрике хорошо моделируются барьерным разрядом в ячейке, состоящей из двух диэлектрических барьеров (стекол) с зазором между ними, на внешние стороны которых нанесены металлические электроды. При этом исследуемая полимерная пленка помещается на поверхность одного из стекол в зазоре между ними [8, 80, 85].
Рис. 1.7. Зависимости Р=f(Uo) (1) и Р=f(Ut) пленки ПЭТФ при непосредственном действии разрядов в течение 9ч 40мин (2), 16ч (3) и 26ч (4) при U=14кВ [8]
Старение пленки под действием разрядов происходит сравнительно равномерно с течением времени и по всей площади между электродами, что облегчает исследование изменений толщины ht, массы mt и кратковременного пробивного напряжения Ut образцов по сравнению с исходными значениями этих величин ho, mo, Uo. Типичные результаты испытаний полимерных пленок на старение при таких условиях представлены на рис. 1.7 и 1.8.
На рис. 1.7 изображены зависимости вероятности безотказной работы P=f(Ut). С увеличением времени действия ЧР tобр кривые P=f(Ut) смещаются в область более низких значений Ut (зависимости 2, 3, 4). При этом форма кривых практически не изменяется, следовательно, старение происходит сравнительно равномерно по всей поверхности пленки в зоне разряда.
Зависимости Ut/Uo=?(t), ht/ho=?(t), mt/mo =?(t), построенные по средним значениям Ut, Uo, ht, ho, mt, mo, сопоставлены на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Зависимости (а), (б) и (в) пленки ПЭТФ при непосредственном (1) и косвенном (2) действии разрядов [8]
Из рис. 1.8 видно, что ht/ho, mt/mo и Ut/Uo полимерных пленок близки и уменьшаются по мере роста t почти линейно. Следовательно, процесс старения происходит сравнительно равномерно с течением времени. Таким образом, основной причиной снижения кратковременного пробивного напряжения при электрическом старении полимеров служит уменьшение толщины пленки вследствие ее эрозии [8].
.3 Сорбция воды в полимерах
В подавляющем большинстве природных и искусственных соединений присутствуют молекулы воды. При этом они, как правило, не являются просто инертной средой или наполнителем вещества, а выполняют в нем вполне определенную структурно-функциональную роль.
В некоторых соединениях даже малые примеси воды приводят к резкому ухудшению отдельных их свойств. Большинство изоляционных материалов ухудшают свои электрические характеристики при длительном пребывании в условиях повышенной влажности: уменьшается удельное сопротивление ?, возрастают tg? и ?. Эти изменения характеристик связаны с особыми свойствами воды: значение ? воды при частоте ниже 109Гц меняется в пределах от 76 при температуре 30С до 90 при температуре -4С и практически не зависит от частоты. В области частот более 109 Гц наблюдается резкое снижение ? воды при Т ? 76С до ~3 (при 1011 Гц) и ее значение приближается к диэлектрической проницаемости полимеров (? ? 3-7) [89].
Известно, что подавляющее большинство окружающих нас соединений содержит в себе группы OH. При нагревании эти группы выделяются из вещества в виде молекул воды. Присутствие ОН-групп и кинетика их изменения при различных условиях изучаются методами нейтронографии, ядерного магнитного резонанса и инфракрасной спектроскопии.
Исследование колебательных спектров поглощения ОН-групп в области валентных колебаний ОН-связей, привело к появлению терминов сильно связанная и слабо связанная вода. Основанием для такой терминологии послужило наблюдаемое на опыте монотонное смещение указанной полосы поглощения в сторону меньших частот, происходящее по мере усиления водородной связи, образуемой исследуемой группировкой. Условно OH-группы, имеющие полосы поглощения в интервале 3750-3500 и 3500-3000 см1, были названы водой, образующей слабую и среднюю водородные связи соответственно [90].
При низкой относительной влажности на поверхности полимера образуется мономолекулярный слой воды; при более высокой влажности начинает формироваться полимолекулярный слой, толщина которого быстро растет с приближением относительной влажности к 100%. Возможно и обратное явлени