Природа электрической проводимости полимеров
Электрическая проводимость веществ g характеризует процесс перемещения электрических зарядов в результате действия внешнего электрического поля. Она может быть ионной, электронной и молионной (электрофоретической) и связана с токами, протекающими в образце вещества. Спадание тока в полимерах со временем
обусловлено в первую очередь движением связанных зарядов (диполей) и протеканием приэлек - тродных процессов. В отличие от обратимых процессов диэлектрической поляризации & результате
А-релаксации |
! а-релак-^ |
|
| соции |
||
Ч»(Си 7 6 |
’ 2 |
! /А_ 1 / |
- 5 |
1 AJ ~ |
|
- * 3 |
А 1 А |
|
2 |
1 1 — |
область |
область |
*5: 25 "*20 15 10 5 |
1,0^ ' Сзч 0,5 - 0,2 0,1 0,05 |
-40 0 40 80 120 150 Т°Г |
Рис. 7.14 |
Рис. 7.15 |
Рис. 7.14. Зависимости от температуры коэффициентов механических 1 (при частоте 0,5 Гц), диэлектрических 2 (при частоте 1*2 Гц) потерь и плотности тока термодеполяризации 3 образцов ПММА
Рис. 7.15. Корреляционная диаграмма, построенная по данным динамических механических (X) и диэлектрических (О) измерений, методом ЯМР (#) и термодеполяризации (Л) для ПММА
Кривые Л и Г относятся к разным стадиям сегментальной подвижности кривая Б характеризует процесс релаксации, связанный с движением боковых метилэфирных групп, а
кривая В — метильных боковых привесков
электропроводности устанавливается остаточный ток, обусловленный движением только свободных зарядов. Эффективное значение £эфф, рассчитанное по поляризационному току, характеризует диэлектрические потери вещества, а не его способность проводить постоянный ток. Удельная электрическая проводимость а, имеющая в СИ размерность Ом^-м-1, является величиной, обратной удельному сопротивлению р вещества.
Для реальных полимерных материалов, применяющихся в качестве диэлектриков для электро - и радиоизоляции, электрическая проводимость зависит от их состава, а также от молекулярного строения и надмолекулярной структуры полимеров. Существенное влияние на а полимерных диэлектриков оказывают также температура, электрические поля и воздействие ионизирующей радиации.
В полимерах, как и в низкомолекулярных веществах, перенос электрических зарядов осуществляется и свободными, и слабосвязанными частицами: ионами, электронами и заряженными коллоидными частицами (молионами). В ряде случаев один из этих механизмов электропроводности является превалирующим, а иногда реально измеряемое значение ^полн определяется суперпозицией всех трех видов проводимости [64]. Следует, однако, отметить, что
для большинства полимерных диэлектриков основное значение имеет механизм ионной электропроводности. В них источниками ионов, концентрация которых не превышает 109—1010 см-3, могут быть как молекулы примесей, так и сами макромолекулы. В пластифицированном ПВХ, например, подвижность ионов (в частности, катионов диоктилфталата) составляет 10~15—10-10 м2/(В-с).
Повышение температуры приводит к некоторому увеличению количества ионов, ибо в обычных условиях ионогенные молекулы в полимерах диссоциированы не полностью. В хорошо очищенных полимерах основным источником ионов являются процессы диссоциации с образованием положительно заряженных ионов. Для ряда полимеров, имеющих водородные связи, ионная проводимость может реализоваться и в результате самоионизации молекул. Процессы ориентации и кристаллизации таких полимеров приводят к тому, что водородные связи образуют длинные цепочки, через которые реализуется подвижность положительно заряженных ионов. Для кристаллических полимеров, содержащих малопроницаемые области молекулярной упорядоченности, движение ионов и диффузия примесей происходят по удлиненным путям в местах наибольшей дефектности структуры. В связи с этим увеличение числа дефектов в кристаллических полимерах приводит к росту g и коэффициента диффузии D. Для полимеров, имеющих надмолекулярные структуры, движение ионов в основном происходит через поверхности раздела внутри сферолитов и поверхностные слои на границах сферолитов.