Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
е, когда вода не смачивает поверхности материала. В этом случае даже если перейти предел насыщения, вода, выпадая в виде росы, не растекается, а образует на поверхности диэлектрика уединенные шарообразные скопления. Такую картину можно наблюдать для полиэтилена, политетрафторэтилена и других подобных им диэлектриков.
Все полимерные материалы как аморфного, так и кристаллического строения обладают способностью поглощать и пропускать пары воды. Неактивированная сорбция характерна главным образом для пористых материалов неорганического происхождения (мрамор, шифер, недообожженная керамика и др.). В этих материалах имеется огромная сеть субмикроскопических капилляров и открытых пор. Если такие материалы поместить в условия высокой влажности, то на стенках внутренних пор и капилляров адсорбируется слой молекул воды. При активированной сорбции молекулы воды непосредственно внедряются между молекулами полимера. Так как диаметр молекул воды составляет всего 2,5 , а размеры молекул полимера в 100 и более раз превышают размеры молекул воды, то последние легко проникают в полимер благодаря тепловому движению молекул полимера. При этом внедрение молекул воды в полимер связано с затратой добавочной тепловой энергии [91-92].
Под гигроскопичностью (влагопоглощаемостью) обычно подразумевают способность материала поглощать водяные пары из воздуха с относительной влажностью 97-98% при 20С. Гигроскопичность определяется как увеличение веса образца материала за 24 или 48 часов, после нахождения его в условиях относительной влажности 96-98%, отнесенное к первоначальному сухому весу образца, выраженное в процентах, т. е.
,(1.1)
где ?m - численная величина гигроскопичности; m0 - вес сухого образца;- вес образца после выдержки его в условиях 98 %ной влажности.
Одно и то же количество поглощенной влаги по-разному влияет на свойства разных материалов. Так, поглощение 0,13% влаги резко ухудшает его электрические характеристики полистирола, в то время как даже 1% поглощенной влаги лишь незначительно изменяет электрические свойства полиэтилена.
Полнее процессы сорбции влаги можно характеризовать так называемыми влажностными характеристиками (диффузионными константами): коэффициентом влагопроницаемости Р [кг/мсПа], коэффициентом диффузии D [см2/час] и коэффициентом растворимости влаги hр [кг/м3 Па].
Характеристики Р, D и hр дают возможность оценивать влагозащитные и влагостойкие свойства материала, учитывая не только величину гигроскопичности, но и изменение его электрических характеристик под действием влаги.
Если в системе двух компонентов концентрация одного из них неодинакова в различных точках, то тепловое движение приводит к постепенному выравниванию концентрации во всем объеме путем диффузии молекул данного компонента. Скорость выравнивания концентрации n и количество вещества m, прошедшего за время ?t через единицу поверхности полимера в стационарных условиях, связаны с его коэффициентом диффузии D и градиентом концентрации уравнениями Фика [92]:
, (1.2)
. (1.3)
Важно отметить, что закон Фика позволяет решать различные задачи о проникновении влаги в материал. Поэтому коэффициент диффузии влаги D, входящий в выражение этого закона, является одной из важнейших влажностных характеристик [96-97].
Кривая зависимости количества поглощаемой в единице объема влаги от времени может иметь различный вид для разных материалов, взятых при одинаковой толщине в зависимости от типа сорбции (рис. 1.9).
На рис. 1.7 представлены кривые кинетики сорбции разных типов материалов:
- сорбция в неполярных или слабо полярных материалах (полиэтилен, политетрафторэтилен, полистирол), подчиняющаяся закону Генри;
С = hрp,(1.4)
где С - количество поглощенной влаги, р - давление паров воды.
В этом случае Р пропорционален D:
= Dhр; (1.5)
- сорбция в полярных материалах (эфир целлюлозы);
- сорбция в волокнистых материалах (бумага);
- сорбция осмотического характера при высоких значениях относительной влажности (резина).
Рис. 1.9. Схематические кривые кинетики сорбции. 1 - полиэтилен, 2 - эфир целлюлозы, 3 - бумага, 4 - резина
Виды сорбции 2-4 не подчиняются закону Генри. Отклонения от закона Генри наблюдаются в тех случаях, когда существует сильное взаимодействие дипольных групп, ионных примесей в материале с молекулами воды [91].
Если учитывать объемные свойства материала, то можно выделить четыре категории материалов с точки зрения их влажностных характеристик.
. гигроскопичные и смачивающиеся материалы - при увеличении относительной влажности или времени выдержки в среде с повышенной влажностью наблюдается уменьшение удельного объемного ?V и удельного поверхностного ?S сопротивления, возрастание tg? и ?;
2. негигроскопичные, но смачивающиеся материалы - заметное снижение ?S (?V практически не изменяется), изменения tg? и ? определяются формой включений влаги;
. негигроскопичные и не смачивающиеся материалы - изменение ?V и ?S незначительно;
. гигроскопичные и несмачивающиеся материалы - резкое снижение ?V по мере абсорбции влаги объемом полимера [93, 94].
Структура материала определяет не только механизм поглощения влаги, ее количество и кинетику сорбции, но и форму ее распределения в объеме органического материала. Обычно рассматривают три типа включения влаги: в виде сферы, эллипсоида и каналов. Зависимость tg? увлажненного диэлект?/p>