《高分子物理》全套PPT課件,高分子物理,高分子,物理,全套,PPT,課件 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第十章第十章 聚合物的電學(xué)性能、熱性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能和光學(xué)性能第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 聚合物的介電性能聚合物的介電性能第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的導(dǎo)電性能高聚物的導(dǎo)電性能第四節(jié)第四節(jié) 高聚物的介電擊穿高聚物的介電擊穿第五節(jié)第五節(jié) 高聚物的靜電現(xiàn)象、危害高聚物的靜電現(xiàn)象、危害和防止和防止第六節(jié)第六節(jié) 高聚物的熱性能高聚物的熱性能第七節(jié)第七節(jié) 高聚物的光學(xué)性能高聚物的光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第一節(jié)第一節(jié) 概述概述大多數(shù)高聚物固有的電絕緣性質(zhì)已長期被利用來大多數(shù)高聚物固有的電絕緣性質(zhì)已長期被利用來約束和保護電流，使它沿著選定的途徑在導(dǎo)體里約束和保護電流，使它沿著選定的途徑在導(dǎo)體里流動，或用來支持很高的電場，以免發(fā)生電擊穿。流動，或用來支持很高的電場，以免發(fā)生電擊穿。品種繁多的高聚物，有著極寬的電學(xué)性能指標(biāo)范品種繁多的高聚物，有著極寬的電學(xué)性能指標(biāo)范圍，它們的介電常數(shù)從略大于圍，它們的介電常數(shù)從略大于1到到103或更高，電或更高，電阻率的范圍超過阻率的范圍超過20個數(shù)量級，耐壓可高達個數(shù)量級，耐壓可高達100萬伏萬伏以上。以上。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10高聚物的電學(xué)性質(zhì)高聚物的電學(xué)性質(zhì)是指聚合物在外加電壓或電場是指聚合物在外加電壓或電場作用下的行為及其所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象。作用下的行為及其所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象。研究高聚物的電學(xué)性質(zhì)，具有非常重要的理論和研究高聚物的電學(xué)性質(zhì)，具有非常重要的理論和實際意義。實際意義。在交變電場中的介電性質(zhì)在交變電場中的介電性質(zhì)在弱電場中的導(dǎo)電性質(zhì)在弱電場中的導(dǎo)電性質(zhì)在強電場中的擊穿現(xiàn)象在強電場中的擊穿現(xiàn)象在聚合物表面的靜電現(xiàn)象在聚合物表面的靜電現(xiàn)象聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10絕大多數(shù)聚合物是絕緣體，具有卓越的電絕緣性絕大多數(shù)聚合物是絕緣體，具有卓越的電絕緣性能，其介電損耗和電導(dǎo)率低，擊穿強度高，為電能，其介電損耗和電導(dǎo)率低，擊穿強度高，為電器工業(yè)中不可缺少的介電材料和絕緣材料器工業(yè)中不可缺少的介電材料和絕緣材料例如，用于制造電容器，用于儀表絕緣和無線電例如，用于制造電容器，用于儀表絕緣和無線電遙控技術(shù)等遙控技術(shù)等 高聚物的電學(xué)性質(zhì)往往高聚物的電學(xué)性質(zhì)往往非常靈敏地反映材料內(nèi)部非常靈敏地反映材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和分子運動狀況結(jié)構(gòu)的變化和分子運動狀況，因此電學(xué)性質(zhì)的測，因此電學(xué)性質(zhì)的測量，作為力學(xué)性質(zhì)測量的補充，已成為研究高聚量，作為力學(xué)性質(zhì)測量的補充，已成為研究高聚物的結(jié)構(gòu)和分子運動的一種有力的手段物的結(jié)構(gòu)和分子運動的一種有力的手段電學(xué)性質(zhì)的測量方法，由于可以在很寬的頻率范電學(xué)性質(zhì)的測量方法，由于可以在很寬的頻率范圍下進行觀察，顯示出有更大的優(yōu)越性。圍下進行觀察，顯示出有更大的優(yōu)越性。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10本章將簡要介紹本章將簡要介紹高聚物的極化高聚物的極化，介電常數(shù)介電常數(shù)、介電損耗介電損耗、絕緣電阻絕緣電阻、介電強度介電強度以及以及靜電靜電等現(xiàn)象和概念。等現(xiàn)象和概念。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第二節(jié)第二節(jié)高聚物的介電性能高聚物的介電性能一、電介質(zhì)在外電場中的極化現(xiàn)象一、電介質(zhì)在外電場中的極化現(xiàn)象 在外電場的作用下，電介質(zhì)分子或者其中某些基在外電場的作用下，電介質(zhì)分子或者其中某些基團中電荷分布發(fā)生的相應(yīng)變化稱為極化（團中電荷分布發(fā)生的相應(yīng)變化稱為極化（電子極電子極化、原子極化、取向極化、界面極化化、原子極化、取向極化、界面極化）。）。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能101.電子極化電子極化電子極化是外電場作用下分子中各個原子或離子電子極化是外電場作用下分子中各個原子或離子的價電子云相對原子核的位移。的價電子云相對原子核的位移。極化過程所需的時間極短，約為極化過程所需的時間極短，約為10-1310-15s。當(dāng)除去電場時，位移立即恢復(fù)，無能量損耗，所當(dāng)除去電場時，位移立即恢復(fù)，無能量損耗，所以也稱以也稱可逆性極化或彈性極化可逆性極化或彈性極化。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能102.原子極化原子極化分子骨架在外電場作用下發(fā)生變形造成的。分子骨架在外電場作用下發(fā)生變形造成的。如如CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)分子是直線形結(jié)構(gòu)O=C=O，極化后變成個，極化后變成個 ，分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生了相對位移。，分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生了相對位移。極化所需要的時間約為極化所需要的時間約為10-13s并伴有微量能量損耗。并伴有微量能量損耗。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10以上兩種極化統(tǒng)稱為以上兩種極化統(tǒng)稱為變形極化變形極化或或誘導(dǎo)極化。誘導(dǎo)極化。其極化率不隨溫度變化而變化，聚合物在高頻區(qū)其極化率不隨溫度變化而變化，聚合物在高頻區(qū)均能發(fā)生變形極化或均能發(fā)生變形極化或誘導(dǎo)極化誘導(dǎo)極化3.取向極化取向極化 取向極化又稱取向極化又稱偶極極化偶極極化，是具有永久偶極矩的極，是具有永久偶極矩的極性分子沿外場方向排列的現(xiàn)象。性分子沿外場方向排列的現(xiàn)象。由于極性分子沿外電場方向的轉(zhuǎn)動需要克服本身由于極性分子沿外電場方向的轉(zhuǎn)動需要克服本身的慣性和旋轉(zhuǎn)阻力。的慣性和旋轉(zhuǎn)阻力。極化所需要的時間長，一般為極化所需要的時間長，一般為10-9s，發(fā)生于低頻，發(fā)生于低頻區(qū)域。區(qū)域。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能104.介電松弛譜介電松弛譜外外電電場場強強度度越越大大，偶偶極極子子的的取取向向度度越越大大；溫溫度度越越高高，分分子子熱熱運運動動對對偶偶極極子子的的取取向向干干擾擾越越大大，取取向向度越小。度越小。對對聚聚合合物物而而言言，取取向向極極化化的的本本質(zhì)質(zhì)與與小小分分子子相相同同，但但具具有有不不同同運運動動單單元元的的取取向向，從從小小的的側(cè)側(cè)基基到到整整個個分子鏈。分子鏈。完完成成取取向向極極化化所所需需的的時時間間范范圍圍很很寬寬，與與力力學(xué)學(xué)松松弛弛時時間間譜譜類類似似，也也具具有有一一個個時時間間譜譜，稱稱作作介介電電松松弛弛譜。譜。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能105.介電常數(shù)介電常數(shù) 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10真空電容器的電容為真空電容器的電容為如果在上述電容器的兩極板間充滿電介質(zhì)，這如果在上述電容器的兩極板間充滿電介質(zhì)，這時極板上的電荷將增加到時極板上的電荷將增加到Q，Q=Q0+Q，此時，此時，電容也相應(yīng)增加為電容也相應(yīng)增加為C。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10定定義義含含有有電電介介質(zhì)質(zhì)的的電電容容器器的的電電容容C與與相相應(yīng)應(yīng)真真空空電電容容器的電容之比為該電介質(zhì)的介電常數(shù)器的電容之比為該電介質(zhì)的介電常數(shù)，即，即電介質(zhì)的極化程度越大，電介質(zhì)的極化程度越大，Q 值越大，值越大，也越大。也越大。介電常數(shù)介電常數(shù)是衡量電介質(zhì)極化程度的宏觀物理量，表是衡量電介質(zhì)極化程度的宏觀物理量，表征電介質(zhì)貯存電能能力的大小征電介質(zhì)貯存電能能力的大小。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10二、二、介電損耗的意義及其產(chǎn)生原因介電損耗的意義及其產(chǎn)生原因1.介電損耗的意義介電損耗的意義 電介質(zhì)在交變電場中，由于消耗一部分電能，使電介質(zhì)在交變電場中，由于消耗一部分電能，使介質(zhì)本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象就是介電損耗。介質(zhì)本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象就是介電損耗。2、介電損耗產(chǎn)生的原因介電損耗產(chǎn)生的原因（1）電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，它在外加電）電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，它在外加電場的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗掉一部分電能，場的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗掉一部分電能，轉(zhuǎn)化為熱能，稱為轉(zhuǎn)化為熱能，稱為電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10（2）電介質(zhì)在交變電場下的極化過程中，與電場）電介質(zhì)在交變電場下的極化過程中，與電場發(fā)生能量交換。取向極化過程是一個松弛過程，發(fā)生能量交換。取向極化過程是一個松弛過程，電場使偶極子轉(zhuǎn)向時，一部分電能損耗于克服介電場使偶極子轉(zhuǎn)向時，一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱量，發(fā)生質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱量，發(fā)生松弛損耗松弛損耗；變形極化是一種彈性過程或諧振過程，當(dāng)電場的變形極化是一種彈性過程或諧振過程，當(dāng)電場的頻率與原子或電子的固有振動頻率相同時，發(fā)生頻率與原子或電子的固有振動頻率相同時，發(fā)生共振吸收，損耗電場能量最大。共振吸收，損耗電場能量最大。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10三、三、高聚物的介電松弛譜高聚物的介電松弛譜實際體系對外場刺激響應(yīng)的滯后統(tǒng)稱為實際體系對外場刺激響應(yīng)的滯后統(tǒng)稱為松弛現(xiàn)象松弛現(xiàn)象。在交變電場在交變電場E=E0 cost（E0為交變電流峰值）的為交變電流峰值）的作用下，電位移矢量也是時間的函數(shù)。作用下，電位移矢量也是時間的函數(shù)。由于聚合物介質(zhì)的粘滯力作用，偶極取向跟不上外由于聚合物介質(zhì)的粘滯力作用，偶極取向跟不上外電場變化，電位移矢量遲后于施加電場，相位差為電場變化，電位移矢量遲后于施加電場，相位差為，即，即 D=D0 cos(t-)=D1 cost+D2 sint。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10D=D0 cos(t-)=D1 cost+D2 sint D1 電位移矢量跟上施加電場的部分電位移矢量跟上施加電場的部分D2 電位移矢量滯后于施加電場的部分電位移矢量滯后于施加電場的部分 D1=D0cos D2=D0 sin 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10令令 D1/E0 D2/E0 實測的介電系數(shù)，代表體實測的介電系數(shù)，代表體 系的儲電能力系的儲電能力 損耗因子，代表體系的耗損耗因子，代表體系的耗 能部分能部分 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10通常，用損耗角正切通常，用損耗角正切 tg表征聚合物電介質(zhì)耗能表征聚合物電介質(zhì)耗能與儲能之比，即與儲能之比，即tg=/。取真空的相對介電系數(shù)為取真空的相對介電系數(shù)為 1，則非極性聚合物的介，則非極性聚合物的介電系數(shù)在電系數(shù)在2左右，損耗角正切小于左右，損耗角正切小于1 10-4；極性聚；極性聚合物的損耗角正切在合物的損耗角正切在1 10-15 10-3之間。之間。固體高聚物，當(dāng)頻率固定時在某溫度范圍內(nèi)或當(dāng)固體高聚物，當(dāng)頻率固定時在某溫度范圍內(nèi)或當(dāng)溫度固定時在某頻率范圍內(nèi)介電損耗情況，可以得溫度固定時在某頻率范圍內(nèi)介電損耗情況，可以得到一特征的圖譜，稱為高聚物的到一特征的圖譜，稱為高聚物的介電松弛譜介電松弛譜，前者，前者為溫度譜，后者為為溫度譜，后者為頻率譜頻率譜。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10介電損耗溫度譜示意圖介電損耗溫度譜示意圖聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 在這些圖譜上，高聚物的介電損耗一般都在這些圖譜上，高聚物的介電損耗一般都出現(xiàn)一個以上的極大值，分別對應(yīng)于不同尺出現(xiàn)一個以上的極大值，分別對應(yīng)于不同尺寸運動單元的偶極子在電場中的松弛損耗。寸運動單元的偶極子在電場中的松弛損耗。按照這些損耗峰在圖譜上出現(xiàn)的先后，在溫按照這些損耗峰在圖譜上出現(xiàn)的先后，在溫度譜上從高溫到低溫，在頻率譜上從低頻到度譜上從高溫到低溫，在頻率譜上從低頻到高頻，依次用高頻，依次用、命名命名。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10固體高聚物的介電松弛綜合圖固體高聚物的介電松弛綜合圖聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10三種聚乙烯的介電譜（三種聚乙烯的介電譜（100KHz）聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10兩種聚四氟乙烯的介電譜（兩種聚四氟乙烯的介電譜（1KHz）聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的導(dǎo)電性高聚物的導(dǎo)電性 材料的導(dǎo)電性是用材料的導(dǎo)電性是用電阻率電阻率 或或電導(dǎo)率電導(dǎo)率 來來表示的。當(dāng)試樣加上直流電壓表示的。當(dāng)試樣加上直流電壓U時，如果流時，如果流過試樣的電流為過試樣的電流為I，則按照歐姆定律，試樣，則按照歐姆定律，試樣的電阻的電阻R=U/I。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10試樣的電導(dǎo)試樣的電導(dǎo) G 為電阻的倒數(shù)為電阻的倒數(shù) G=1/R=I/U 電阻和電導(dǎo)的大小都與試樣的幾何尺寸電阻和電導(dǎo)的大小都與試樣的幾何尺寸有關(guān)，不是材料導(dǎo)電性的特征物理量。有關(guān)，不是材料導(dǎo)電性的特征物理量。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10試樣的電阻與試樣的厚度試樣的電阻與試樣的厚度h成正比，與試成正比，與試樣的面積樣的面積 S成反比成反比 R=h/S 比例常數(shù)比例常數(shù) 稱為電阻率稱為電阻率對試樣的電導(dǎo)有對試樣的電導(dǎo)有G=S/h比例常數(shù)比例常數(shù) 稱為電導(dǎo)率稱為電導(dǎo)率聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 顯然，顯然，電阻率與電導(dǎo)率電阻率與電導(dǎo)率都不再與試樣的尺都不再與試樣的尺寸有關(guān)，而只決定于材料的性質(zhì)，它們互為寸有關(guān)，而只決定于材料的性質(zhì)，它們互為倒數(shù)，都可用來倒數(shù)，都可用來表征材料的導(dǎo)電性表征材料的導(dǎo)電性。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第四節(jié)第四節(jié) 高聚物的介電擊穿高聚物的介電擊穿 前面是討論高聚物在弱電場中的行為。前面是討論高聚物在弱電場中的行為。在強電場（在強電場（107108伏伏/米）中，隨著電場強度米）中，隨著電場強度進一步升高，電流電壓間的關(guān)系已不再符合歐進一步升高，電流電壓間的關(guān)系已不再符合歐姆定律，姆定律，dUdI逐漸減小，電流比電壓增大得更逐漸減小，電流比電壓增大得更快。快。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10一、介電擊穿現(xiàn)象介電擊穿現(xiàn)象當(dāng)達到當(dāng)達到dUdI 0時，即使維持電壓不變，電流時，即使維持電壓不變，電流仍然繼續(xù)增大，材料突然仍然繼續(xù)增大，材料突然從介電狀態(tài)變成導(dǎo)電狀從介電狀態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài)態(tài)。在高壓下，大量的電能迅速地釋放，使電極之間在高壓下，大量的電能迅速地釋放，使電極之間的材料局部地被燒毀，這種現(xiàn)象就稱為的材料局部地被燒毀，這種現(xiàn)象就稱為介電擊穿介電擊穿。dUdI 0處的電壓處的電壓Ub稱為稱為擊穿電壓擊穿電壓。擊穿電壓是介質(zhì)可承受電壓的極限擊穿電壓是介質(zhì)可承受電壓的極限。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10二、介電強度二、介電強度介電強度介電強度的定義是擊穿電壓的定義是擊穿電壓Ub與絕緣體厚與絕緣體厚度度h 的比值，即材料能長期承受的最大場強：的比值，即材料能長期承受的最大場強：Eb=Ubh Eb就是介電強度，或稱就是介電強度，或稱擊穿場強。擊穿場強。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第五節(jié)第五節(jié) 高聚物的靜電現(xiàn)象、高聚物的靜電現(xiàn)象、危害和防止危害和防止絕緣體表面的靜電可以通過三條途徑消失：絕緣體表面的靜電可以通過三條途徑消失：（1）通過空氣（霧氣）消失）通過空氣（霧氣）消失 （2）沿著表面消失）沿著表面消失 （3）通過絕緣體體內(nèi)消失）通過絕緣體體內(nèi)消失 因此可在三方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?，消除已?jīng)產(chǎn)因此可在三方面采取適當(dāng)?shù)拇胧呀?jīng)產(chǎn)生的靜電。生的靜電。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10靜電沿絕緣體表面消失的速度取決于絕緣體表面靜電沿絕緣體表面消失的速度取決于絕緣體表面電阻率的大小。電阻率的大小。（1）提高空氣的濕度）提高空氣的濕度 可以在親水性絕緣體表面形成連續(xù)的水膜，加上可以在親水性絕緣體表面形成連續(xù)的水膜，加上空氣中的空氣中的CO2和其他電離雜質(zhì)的溶解，而大大提和其他電離雜質(zhì)的溶解，而大大提高表面導(dǎo)電性。高表面導(dǎo)電性。（2）使用抗靜電劑）使用抗靜電劑 它是一些陽離子或非離子型活性劑。通常用噴霧它是一些陽離子或非離子型活性劑。通常用噴霧或浸涂的辦法涂布在高聚物表面，形成連續(xù)相，或浸涂的辦法涂布在高聚物表面，形成連續(xù)相，以提高表面的導(dǎo)電性。有時為了延長作用的時間，以提高表面的導(dǎo)電性。有時為了延長作用的時間，可將其加入塑料中，讓它慢慢擴散到塑料表面而可將其加入塑料中，讓它慢慢擴散到塑料表面而起作用。起作用。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10（3）纖維紡絲工序上油的措施）纖維紡絲工序上油的措施 給給纖纖維維表表面面涂涂上上一一層層具具有有吸吸濕濕性性的的油油劑劑，它它吸吸收收空空氣氣中中的的水水分分而而增增加加纖纖維維的的導(dǎo)導(dǎo)電電性性，達達到到去去靜靜電電的效果。的效果。（4）提高高聚物的體積電導(dǎo)率）提高高聚物的體積電導(dǎo)率 最方便的方法是添加炭黑、金屬細(xì)粉或?qū)щ娎w維，最方便的方法是添加炭黑、金屬細(xì)粉或?qū)щ娎w維，制成防靜電橡皮或防靜電塑料。制成防靜電橡皮或防靜電塑料。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第六節(jié)第六節(jié) 高聚物的熱性能高聚物的熱性能高聚物的耐熱性能（熱穩(wěn)定性能）高聚物的耐熱性能（熱穩(wěn)定性能）高聚物的導(dǎo)熱性能高聚物的導(dǎo)熱性能高聚物的熱膨脹性能高聚物的熱膨脹性能高聚物的比熱（熱容）高聚物的比熱（熱容）聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能101 高聚物的熱學(xué)性能高聚物的熱學(xué)性能11 耐熱性能（熱穩(wěn)定性能）耐熱性能（熱穩(wěn)定性能）熱穩(wěn)定性能熱穩(wěn)定性能高聚物的弱點高聚物的弱點 “熱熱”在實際應(yīng)用中的重要性在實際應(yīng)用中的重要性 使用壽命使用壽命 小型化小型化 輕量化輕量化 可靠性可靠性 使用條件使用條件聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1011 耐熱性能耐熱性能耐熱性：耐熱性：高聚物處于高溫條件下高聚物處于高溫條件下 保持其性能的能力保持其性能的能力 耐熱性能的表征耐熱性能的表征 短時耐熱性短時耐熱性 長時耐熱性長時耐熱性 Tg、Tf、Tm、Td 耐熱等級耐熱等級 馬丁耐熱溫度馬丁耐熱溫度 A E B F H C 熱變形溫度熱變形溫度 105 120 135 155 180 180 維卡軟化點維卡軟化點 溫度指數(shù)溫度指數(shù)聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10短時耐熱性能評定短時耐熱性能評定馬丁耐熱溫度馬丁耐熱溫度 10*15*120 mm3 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 50kg/cm2 240 mm處標(biāo)尺處標(biāo)尺 下降下降 6 mm T 升溫：升溫：50oC/hr聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10短時耐熱性的評定短時耐熱性的評定熱變形溫度熱變形溫度 高：高：9.812.8 mm 寬：寬：34.2 mm 應(yīng)力：應(yīng)力：18.5kg/cm2 升溫：升溫：2oC/min 橈度：橈度：0.250.33mm T聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10短時耐熱性的評定短時耐熱性的評定維卡軟化點維卡軟化點 10*10*3 mm3 1 mm2 圓拄體針圓拄體針 1 kg 力力 升溫：升溫：50oC/hr 深入深入1mm T聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性能的評定長時耐熱性能的評定目的目的:了解聚合物材料在某一了解聚合物材料在某一 特定工作溫度下能使用特定工作溫度下能使用 多長時間多長時間(使用壽命使用壽命)或是在一般的使用壽命或是在一般的使用壽命 下能用于最高的使用溫下能用于最高的使用溫 度度(溫度指數(shù)溫度指數(shù))。原理原理:溫度與壽命有確定的聯(lián)系溫度與壽命有確定的聯(lián)系聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性能的評定長時耐熱性能的評定聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性能的評定長時耐熱性能的評定方法方法:加速熱老化試驗加速熱老化試驗實施實施:設(shè)定一個滿足實際使用要求的最低性能指標(biāo)，稱為設(shè)定一個滿足實際使用要求的最低性能指標(biāo)，稱為壽終指標(biāo)壽終指標(biāo)設(shè)定至少設(shè)定至少 3 試驗溫度（高于實際使用溫度）試驗溫度（高于實際使用溫度）在每個試驗溫度下測定性能隨時間的變化（下降）在每個試驗溫度下測定性能隨時間的變化（下降）規(guī)律規(guī)律得到各試驗溫度下的試驗壽命得到各試驗溫度下的試驗壽命按照溫度按照溫度-壽命的關(guān)系外推到使用溫度下得到使用壽命的關(guān)系外推到使用溫度下得到使用壽命壽命聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性的評定長時耐熱性的評定聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性的評定長時耐熱性的評定聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10長時耐熱性的評定長時耐熱性的評定規(guī)定規(guī)定試驗溫度一般為試驗溫度一般為 45個個試驗溫度的要求試驗溫度的要求最高溫度試驗壽命最高溫度試驗壽命 t1 100小時小時最低溫度試驗壽命最低溫度試驗壽命 t4 5000小時小時壽終指標(biāo)的性能必須能反映實際使用的要求壽終指標(biāo)的性能必須能反映實際使用的要求性能值在老化過程要具有規(guī)律性的變化性能值在老化過程要具有規(guī)律性的變化溫度指數(shù)是以試驗壽命為溫度指數(shù)是以試驗壽命為20000小時所對應(yīng)小時所對應(yīng)的溫度的溫度壽命曲線需通過線性相關(guān)分析計算得到壽命曲線需通過線性相關(guān)分析計算得到聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1012 高聚物的結(jié)構(gòu)與耐熱性的關(guān)系高聚物的結(jié)構(gòu)與耐熱性的關(guān)系Mark 三角原理三角原理(塑料塑料)增加高分子鏈的剛性增加高分子鏈的剛性提高耐熱性提高耐熱性提高結(jié)晶能力提高結(jié)晶能力提高耐熱性提高耐熱性分子鏈之間交聯(lián)分子鏈之間交聯(lián)提高耐熱性提高耐熱性聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 增加高分子鏈的剛性增加高分子鏈的剛性 主鏈引入芳環(huán)、雜環(huán)等環(huán)狀結(jié)構(gòu)或主鏈具有共軛主鏈引入芳環(huán)、雜環(huán)等環(huán)狀結(jié)構(gòu)或主鏈具有共軛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 聚乙烯聚乙烯/137oC（Tm）下同下同 聚乙炔聚乙炔/800oC 聚碳聚碳/2300 oC聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 增加高分子鏈的剛性增加高分子鏈的剛性 尼龍尼龍66/235oC 半芳香尼龍半芳香尼龍/350oC 芳香尼龍芳香尼龍/450oC 芳香尼龍芳香尼龍/570oC 聚酯聚酯/45oC 滌淪滌淪/264oC 芳香聚酯芳香聚酯/500oC聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 提高高聚物的結(jié)晶能力提高高聚物的結(jié)晶能力引入極性基團、氫鍵、對稱結(jié)構(gòu)等引入極性基團、氫鍵、對稱結(jié)構(gòu)等 酰胺鍵酰胺鍵 酰亞胺鍵酰亞胺鍵 引入主引入主鏈鏈 脲鍵脲鍵 OH；NH2；CN等等 引入側(cè)引入側(cè)基基聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10對稱結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu) 鄰位聚酯鄰位聚酯/63oC 間位聚酯間位聚酯/143oC 對位聚酯對位聚酯/264oC聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10 分子鏈之間交聯(lián)分子鏈之間交聯(lián) 交聯(lián)高聚物形成三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)高聚物形成三維網(wǎng)絡(luò)不溶不熔不溶不熔 “Tg”“Tm”明顯提高明顯提高 PE交聯(lián)后交聯(lián)后200oC時仍具有形狀保持能力時仍具有形狀保持能力注意！注意！馬克原理僅設(shè)適用于塑料馬克原理僅設(shè)適用于塑料橡膠材料提高剛性、結(jié)晶將失去高彈性橡膠材料提高剛性、結(jié)晶將失去高彈性聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1013 高聚物的熱分解高聚物的熱分解高溫下高聚物可發(fā)生兩種相反的作用高溫下高聚物可發(fā)生兩種相反的作用 降解和交聯(lián)降解和交聯(lián)降解降解分子主鏈斷裂，分子量下降分子主鏈斷裂，分子量下降 性能變壞。性能變壞。交聯(lián)交聯(lián)分子鏈間生成新的化學(xué)鍵，分子分子鏈間生成新的化學(xué)鍵，分子量增加。過度交聯(lián)使高聚物變硬脆，性量增加。過度交聯(lián)使高聚物變硬脆，性能變壞。能變壞。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1013 高聚物的熱分解高聚物的熱分解研究高聚物熱分解的意義研究高聚物熱分解的意義了解各種高聚物的熱穩(wěn)定性能，為合理加工、了解各種高聚物的熱穩(wěn)定性能，為合理加工、使用和提高熱穩(wěn)定性提供依據(jù)。使用和提高熱穩(wěn)定性提供依據(jù)。利用高聚物的熱降解可用以回收廢塑料制品利用高聚物的熱降解可用以回收廢塑料制品 （有機玻璃的熱降解可回收單體甲基丙烯酸（有機玻璃的熱降解可回收單體甲基丙烯酸甲酯）。甲酯）。利用熱分解的碎片分析高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)等。利用熱分解的碎片分析高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)等。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1014 提高聚合物耐熱性的途徑提高聚合物耐熱性的途徑提高高分子主鏈的鍵能提高高分子主鏈的鍵能主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)合成具有合成具有“梯型梯型”結(jié)構(gòu)的聚合物結(jié)構(gòu)的聚合物引入無機元素引入無機元素元素有機高分子元素有機高分子添加無機填充料添加無機填充料復(fù)合材料復(fù)合材料熱穩(wěn)定劑的應(yīng)用熱穩(wěn)定劑的應(yīng)用聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1014 提高聚合物耐熱性的途徑提高聚合物耐熱性的途徑1提高高分子主提高高分子主鏈的鍵能鏈的鍵能 T1/2：真空中加熱真空中加熱 45分鐘重量分鐘重量 損失損失50%的的 溫度。溫度。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能102主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu) 聚合物聚合物 結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式 長期使用溫度長期使用溫度oC聚苯醚聚苯醚 105聚碳酸酯聚碳酸酯 120聚芳酯聚芳酯 130聚砜聚砜 150聚醚砜聚醚砜 180聚苯硫醚聚苯硫醚 220聚醚醚酮聚醚醚酮 240聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能103合成具有合成具有“梯型梯型”結(jié)構(gòu)的聚合物結(jié)構(gòu)的聚合物 “梯型梯型”聚合物通常具有特高的熱穩(wěn)定性聚合物通常具有特高的熱穩(wěn)定性 但分子鏈剛性使加工使用性能很差。但分子鏈剛性使加工使用性能很差。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10梯型聚合物的應(yīng)用實例梯型聚合物的應(yīng)用實例聚酰亞胺（聚酰亞胺（Polyimide、PI）半梯型半梯型異常突出的熱穩(wěn)定性能異常突出的熱穩(wěn)定性能起始分解溫度達到起始分解溫度達到500oC（聚四氟乙烯聚四氟乙烯400）零點強度溫度為零點強度溫度為815oC（鋁鋁600oC）使用壽命：使用壽命：400oC/12小時小時 350oC/6天天 300oC/3月月 275oC/18月月 250oC/9年年 225oC/長期長期聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚苯并咪聚苯并咪唑唑聚苯并噻聚苯并噻唑唑聚苯并聚苯并噁唑噁唑聚咪聚咪唑唑酮酮幾種重要的梯型、半梯型聚合物幾種重要的梯型、半梯型聚合物聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚苯并噁唑聚苯并噁唑(PBO)的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚苯并噁唑聚苯并噁唑(PBO)Dow Chemical在在1984年開發(fā)成功聚苯并惡唑樹年開發(fā)成功聚苯并惡唑樹脂脂(PBO)。PBO材料具有極其突出的耐熱性能。材料具有極其突出的耐熱性能。1998年日本東洋紡公司采用高溫凝膠紡絲法得到年日本東洋紡公司采用高溫凝膠紡絲法得到高強（高強（5.8Gpa）高模量（）高模量（280GPa）的）的PBO纖纖維，其商品名為維，其商品名為Zylon。是迄今為止強度和模量。是迄今為止強度和模量最高的合成纖維（高于最高的合成纖維（高于Kevlar和碳纖維）。和碳纖維）。Zylon在消防服、防彈服、平流層飛艇蒙皮基材、在消防服、防彈服、平流層飛艇蒙皮基材、各種增強材料等方面已成為首選的材料。各種增強材料等方面已成為首選的材料。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10空氣中熱失重空氣中熱失重聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10氬氣中的熱失重氬氣中的熱失重聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10高溫下的重量保持率高溫下的重量保持率聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10高溫下的重量保持率高溫下的重量保持率聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10高溫下的強度保持率高溫下的強度保持率聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能104引入無機元素引入無機元素 元素有機高分子元素有機高分子主鏈引入主鏈引入 Si、Al、B、P 等使主鏈的鍵能提高等使主鏈的鍵能提高 CC （35 104 J/mol）SiSi （45 104 J/mol）AlO （58 104 J/mol）FC （52 104 J/mol）PN （58 104 J/mol）BN （44 104 J/mol）聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能105 5添加無機填充料添加無機填充料復(fù)合材料復(fù)合材料聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能106熱穩(wěn)定劑的應(yīng)用熱穩(wěn)定劑的應(yīng)用 減緩或抑制熱分解反應(yīng)減緩或抑制熱分解反應(yīng) PVC（CH2CHCl）分解產(chǎn)物分解產(chǎn)物HCl 促進進一步分解促進進一步分解 添加吸收添加吸收HCl的物質(zhì)能提高的物質(zhì)能提高PVC的熱穩(wěn)定性的熱穩(wěn)定性 鉛鹽、有機錫等鉛鹽、有機錫等PVC的熱溫定劑的熱溫定劑聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能102 高聚物的其它熱學(xué)性能高聚物的其它熱學(xué)性能21 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性使用中的要求：隔熱材料使用中的要求：隔熱材料導(dǎo)熱性小導(dǎo)熱性小 電絕緣材料電絕緣材料導(dǎo)熱性大導(dǎo)熱性大聚合物聚合物熱絕緣體熱絕緣體 （一般聚合物不導(dǎo)電，熱不能通過自由電子傳遞）（一般聚合物不導(dǎo)電，熱不能通過自由電子傳遞）聚合物熱量的傳遞聚合物熱量的傳遞分子間的碰撞分子間的碰撞 （分子間排列疏松（分子間排列疏松導(dǎo)熱性較差）導(dǎo)熱性較差）聚合物導(dǎo)熱系數(shù)聚合物導(dǎo)熱系數(shù)0.10.3 J/smk)聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚合物導(dǎo)熱系數(shù)聚合物導(dǎo)熱系數(shù)高聚物高聚物導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)（J/S.M.K)聚丙烯聚丙烯(無規(guī)無規(guī))0.172聚異丁烯聚異丁烯0.130聚苯乙烯聚苯乙烯0.142聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯0.193聚對苯二甲酸乙二酯聚對苯二甲酸乙二酯0.218銅銅385鋁鋁240鋼鋼50玻璃玻璃0.9聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1021 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性高聚物導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、結(jié)晶度和取向的關(guān)系高聚物導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、結(jié)晶度和取向的關(guān)系高聚物導(dǎo)熱系數(shù)一般高聚物導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度增加而增加。隨溫度增加而增加。溫度較高時：溫度較高時：導(dǎo)熱系數(shù)隨結(jié)晶度增導(dǎo)熱系數(shù)隨結(jié)晶度增加而增加。加而增加。溫度很低時：溫度很低時：導(dǎo)熱系數(shù)隨結(jié)晶度增導(dǎo)熱系數(shù)隨結(jié)晶度增加反而減小。加反而減小。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1021 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性高聚物導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、結(jié)晶度和取向的關(guān)系高聚物導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、結(jié)晶度和取向的關(guān)系非晶高聚物拉伸時非晶高聚物拉伸時 拉伸方向拉伸方向T增大，導(dǎo)增大，導(dǎo)熱系數(shù)增大；熱系數(shù)增大；垂直方向垂直方向T減小，導(dǎo)減小，導(dǎo)熱系數(shù)減小。熱系數(shù)減小。拉伸方向隨拉伸比拉伸方向隨拉伸比 增加而增加，增加而增加，垂直方向隨拉伸比垂直方向隨拉伸比 增加而減小。增加而減小。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1022 熱膨脹性能熱膨脹性能使用中的要求：影響聚合物制品尺寸穩(wěn)定性使用中的要求：影響聚合物制品尺寸穩(wěn)定性 聚合物與其它材料的粘結(jié)性聚合物與其它材料的粘結(jié)性熱膨脹性熱膨脹性依賴于原子間的相互作用隨溫度依賴于原子間的相互作用隨溫度 的變化的變化共價鍵中共價鍵中原子間作用越大熱膨脹系數(shù)越低原子間作用越大熱膨脹系數(shù)越低 （石英、金屬為三維有序晶格）（石英、金屬為三維有序晶格）液體中液體中僅是分子間的相互作用，熱膨脹大僅是分子間的相互作用，熱膨脹大聚合物聚合物分子鏈方向是共價鍵分子鏈方向是共價鍵 其它方向僅是分子之間的作用力其它方向僅是分子之間的作用力聚合物熱膨脹系數(shù)范圍：聚合物熱膨脹系數(shù)范圍：630 10-5 m/m.oC聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚合物熱膨脹系數(shù)聚合物熱膨脹系數(shù)材材 料料20的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)(10-5K-1)聚氯乙烯聚氯乙烯6.6聚苯乙烯聚苯乙烯6.08.0聚丙烯聚丙烯11.0低密度聚乙烯低密度聚乙烯20.022.0高密度聚乙烯高密度聚乙烯11.013.0尼龍尼龍669.0天然橡膠天然橡膠22.0鋼鋼1.1銅銅1.9聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚合物熱膨脹性的特點聚合物熱膨脹性的特點某些結(jié)晶高聚物某些結(jié)晶高聚物,沿分子鏈軸方向的熱膨脹系沿分子鏈軸方向的熱膨脹系數(shù)數(shù)是負(fù)值。是負(fù)值。聚乙烯：晶胞三個方向的聚乙烯：晶胞三個方向的分別為分別為 a=20*10-5k-1 b=6.4 c=-1.3 由于共價鍵很強由于共價鍵很強,溫度升高溫度升高 的熱騷動只能引起橫向的的熱騷動只能引起橫向的 振動振動,因而產(chǎn)生軸向的收縮。因而產(chǎn)生軸向的收縮。聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10聚合物熱膨脹性的特點聚合物熱膨脹性的特點拉伸取向?qū)Ψ蔷Ц呔劾烊∠驅(qū)Ψ蔷Ц呔畚餆崤蛎浵禂?shù)的影響物熱膨脹系數(shù)的影響 拉伸取向使高聚物出拉伸取向使高聚物出現(xiàn)各向異性現(xiàn)各向異性 沿拉伸方向沿拉伸方向 垂直方向垂直方向 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1023 比熱（熱容）比熱（熱容）比熱比熱與物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶格與物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶格 結(jié)構(gòu)有關(guān)結(jié)構(gòu)有關(guān)在玻璃化轉(zhuǎn)變時比熱發(fā)生明顯變化在玻璃化轉(zhuǎn)變時比熱發(fā)生明顯變化結(jié)晶聚合物熔融時比熱出現(xiàn)最大值結(jié)晶聚合物熔融時比熱出現(xiàn)最大值聚合物比熱范圍：聚合物比熱范圍：0.5 2.3 kJ/kg.k聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10第七節(jié)第七節(jié) 高聚物的光學(xué)性能高聚物的光學(xué)性能 反射反射光光 介質(zhì)介質(zhì) 吸收吸收 動、動、熱能熱能 進入介質(zhì)進入介質(zhì) 散射散射 透過透過聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1071 折射、反射和吸收折射、反射和吸收1折射折射光線光線 ：空氣：空氣(n1)聚合物聚合物聚合物的折射率：聚合物的折射率：n（1.31.7）影響聚合物折射率的因素：影響聚合物折射率的因素：芳環(huán)具有較高的折射率芳環(huán)具有較高的折射率甲基、甲基、F原子具有較低的折射率原子具有較低的折射率波長波長 折射率折射率 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能102反射反射光線由空氣介質(zhì)光線由空氣介質(zhì) 聚合物介質(zhì)聚合物介質(zhì)反射系數(shù)反射系數(shù) R 所以：所以：聚合物的聚合物的 n R 聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能103吸收吸收光的吸收光的吸收 與聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和光的波長有關(guān)與聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和光的波長有關(guān)聚合物在可見光區(qū)一般無特殊的吸收聚合物在可見光區(qū)一般無特殊的吸收聚合物在紅外、紫外區(qū)有特殊的吸收帶聚合物在紅外、紫外區(qū)有特殊的吸收帶光譜分析基本原理：光譜分析基本原理：原子或基團振動頻率原子或基團振動頻率=光波頻率時有吸收光波頻率時有吸收聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1032 雙折射雙折射介質(zhì)在相互垂直的兩個方向折射率之差介質(zhì)在相互垂直的兩個方向折射率之差 n=n/-n 高分子薄膜、纖維各向異性明顯高分子薄膜、纖維各向異性明顯 n大大光彈性效應(yīng)：光彈性效應(yīng)：應(yīng)力作用應(yīng)力作用使介質(zhì)產(chǎn)生光學(xué)各向異性使介質(zhì)產(chǎn)生光學(xué)各向異性應(yīng)力去除應(yīng)力去除介質(zhì)恢復(fù)各向同性介質(zhì)恢復(fù)各向同性聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能1033 透明性與光導(dǎo)透明性與光導(dǎo)1透明性的衡量透明性的衡量透過率透過率 T T=I/Io Io、I 分別為入射、透射光強分別為入射、透射光強 反射反射與介質(zhì)折射率有關(guān)與介質(zhì)折射率有關(guān)光損失光損失 吸收吸收與介質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、波長有關(guān)與介質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、波長有關(guān) 散射散射與介質(zhì)微觀的聚集狀態(tài)有關(guān)與介質(zhì)微觀的聚集狀態(tài)有關(guān) 非晶聚合物散射損耗小非晶聚合物散射損耗小 結(jié)晶聚合物散射損耗大結(jié)晶聚合物散射損耗大聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能10幾種高透過率材料的極限透過率幾種高透過率材料的極限透過率 PS PMMA PC PET 石英石英 n 1.60 1.49 1.59 1.58 1.45T%89.9 92.5 90.1 90.5 93.5聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能聚合物的電學(xué)性能、熱性能和光學(xué)性能102光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維全反射全反射 光從介質(zhì)光從介質(zhì) 空氣空氣 入射角入射角 折射角折射角 當(dāng)當(dāng) 達到達到90o 時則將不產(chǎn)生折時則將不產(chǎn)生折射射全反射全反射 全反射時的臨界入射角：全反射時的臨界入射角：n sin =1 介質(zhì)介質(zhì)88