Лабораторная работа №3

1.3. Особенности диэлектрической релаксации в полимерах

Для полимеров характерно наличие нескольких видов молекулярной релаксации, обусловленных тепловым движением как собственно цепи макромолекулы, так и ее отдельных атомов и группы атомов в боковых ответвлениях. Дипольная ориентационная поляризация проявляется на температурных зависимостях тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости в

виде максимумов tgδ и в ступенчатом изменении ε . Число областей максимумов tgδ индивидуально для каждого полимера [1].

В аморфных полимерах высокотемпературный процесс дипольной релаксации именуется α - процессом или дипольносегментальным. Дипольно-сегментальная поляризация наблюдается несколько выше температуры стеклования полимера и связана с сегментальным движением макромолекул, поэтому между температурой максимума tgδ , α - процесса и температурой

стеклования имеется прямолинейная зависимость (рис.6б).

Рис.6. Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и tgδ от

температуры (б) при низкой частоте для полярного полимерного диэлектрика

Значение энергия активации для дипольно-сегментальных процессов различных полимеров колеблются от нескольких десятков до сотен кДж/моль.

42

Лабораторная работа №3

Высокие значения энергии активации можно объяснить кооперативностью сегментального движения, предполагая, что энергия активации для перехода через потенциальный барьер определяются не одной, а многими частицами. Уменьшение энергии активации с ростом температуры, характерное для α - релаксации, указывает на постепенное уменьшение кооперативности вследствие уменьшения межмолекулярного взаимодействия (рис.7).

Рис.7. Зависимость логарифма частоты максимума tgδ от обратной

температуры для дипольно - сегментального процесса

Области максимумов tgδ в интервале температур ниже

температуры стеклования (Тс) обусловлены локальными (независимыми друг от друга) движениями полярных групп, которые находятся в основной или боковой цепи макромолекул, так как при Т < Тс сегментальное движение цепей отсутствует.

Локальное движение полярных групп относят к β и γ - релаксации, которая может быть обусловлено изгибными колебаниями основной цепи, либо с колебанием радикалов в боковых цепях.

Диэлектрические потери, которые по своим закономерностям аналогичные дипольно-групповым, могут быть обусловлены не только полярными группами цепи, но и полярными примесями, например, остатками растворителя или адсорбированной водой [1].

Области максимумов диэлектрической релаксации при Т < Тс полимера (γ и β ) также сопровождаются изменением

диэлектрической проницаемости ε характерным для любого релаксационного процесса (рис.6а).

Для плоского конденсатора с круглыми электродами величина диэлектрической проницаемости рассчитывается по формуле

	ε =	Cx h	,	(22)
		ε0 S

где ε0 = 8,85 10-12 Ф/м – электрическая постоянная;

43