实验6聚合物电阻的测定

实验6聚合物电阻的测定一、实验目的1.了解聚合物体积电阻和表面电阻的物理意义；2.掌握ZC36型超高电阻计的使用方法。二、实验原理聚合物的导电性，通常用与尺寸无关的体积电阻率（ρv）和表面电阻率（ρs）来表示。体积电阻率ρv表示聚合物截面积为1cm2和厚1cm的单位体积对电流的阻抗。ρv=RvS/h（1）式中，Rv为体积电阻；S为测量电极的面积；h为试样的厚度。表面电阻率ρs表示聚合物长1cm和宽1cm的单位表面对电流的阻抗。ρs＝RsL/b（2）式中，Rs为表面电阻；L为平行电极的长；b为平行电极间距。电导率是电阻率的倒数。电导是表征物体导电能力的物理量。它是在电场作用下，物体中的载流子移动的现象。高分子是由许多原子以共价键连接起来的，分子中没有自由电子，也没有可流动的自由离子（除高分子电解质含有离子外），所以它是优良的绝缘材料，其导电能力极低。一般认为，聚合物的主要导电因素是由杂质所引起，称为杂质电导。但也有某些具有特殊结构的聚合物呈现半导体的性质，如聚乙炔、聚乙烯基咔唑等。当聚合物被加于直流电压时，流经聚合物的电流最初随时间而衰减，最后趋于平稳。其中包括了3种电流，即瞬时充电电流、吸收电流和漏导电流（见图1）。瞬时充电电流吸收电流漏导电流时间充电电流图1流经聚合物的电流（1）瞬时充电电流是聚合物在加上电场的瞬间，电子、原子被极化而产生的位移电流，以及试样的纯电容性充电电流。其特点是瞬时性，开始很大，很快就下降到可以忽略的地步。（2）吸收电流是经聚合物的内部，且随时间而减小的电流。它存在的时间大约几秒到几十分钟。吸收电流产生的原因较复杂，可能是偶极子的极化、空间电荷效应和界面极化等作用的结果。（3）漏导电流是通过聚合物的恒稳电流，其特点是不随时间变化。通常是由杂质作为载流子而引起。由于吸收电流的存在，在测定电阻（电流）时，要统一规定读取数值的时间（1min）。另外，在测定中，通过改变电场方向反复测量，取平均值，以尽量消除电场方向对吸收电流的影响所引起的误差。三、实验设备和材料本实验使用ZC36型1017Ω超高电阻10-14A微电流测试仪，它是一种直读式的测超高电阻和微电流的两用仪器。测量范围为1×106～1×1017Ω，共分8档。电压共分5档（10V、100V、250V、500V、1000V），比较试验时应采用相同电压，绝缘电阻高的材料选用高电压。仪器面板如图2所示。MΩμA-+1234511987610121314151617图2ZC36型1017Ω超高电阻10-14A微电流测试仪面板1－指示表；2－倍率选择开关；3－测试电压选择开关；4－“＋”、“－”极性开关；5－“放电－测试”开关，6－指示灯；7－电源开关；8－满度调整旋钮；9－“0、∞”旋钮；10－“输入短路开关”；11－高压端钮（红色）；12－接地端钮；13－输入端钮；14－测量端；15－接地端；16－高压端17－Rs－R旋钮。仪器的倍率选择量程从1×102～1×109，转换量程应从小到大。本仪器一般情况下不能用来测量那些一端接地的试样的电阻。在测试时，仪器及试样应放在高绝缘的垫板上，以防止漏电影响测试结果。使用三电极系统测试绝缘材料的体积电阻Rv和表面电阻Rs时，可按图3接线。图3三电极系统接线图1－测量电极；2－高压电极；3－保护电极；4－被测试样仪器所附3个电极的尺寸按中华人民共和国－机部部标JB903-66绝缘材料通用电性能试验方法的规定。若要进行升温测试，则其电极及加热装置与介质损耗测定相同，也可把电极放在恒温箱中进行测定。当被测电阻高于1010Ω时，应将试样置于屏蔽箱内，箱外壳接地，以减少外界的影响。标准试样为注射成型所得的直径为100mm的大圆饼，试样表面应光滑、清洁，并预先在(25±2)℃、相对湿度65％±5％的环境中存放16h以上。四、实验步骤（1）准确测量下列数值：1）实验温度及湿度。2）按图3所示，测量主电极直径D1，保护环直径D2。3）试样的厚度，用游标卡尺测量3个点的平均值，有效数字取两位。（2）测试前准备工作开机前面板上的各开关位置应如下：1）测试电压开关置于“10V”；2）倍率开关置于最低档位置（1×102）；3）“放电－测试”开关置于“放电”位置；‘4）电源开关置于“断”的位置；5）输入短路开关置于“短路”；6）极性开关置于“0”。（3）检查测试环境的温度和湿度当环境湿度高于80％以上时，测量较高的绝缘电阻(大于1011Ω)时，可能会导致较大的误差。（4）检查交流电源电压电源电压应保持在（220±20）V，必要时使用稳压器调节。（5）接线按图3放好试样，连接仪器线路：1）用接地线把电极箱接地端与高阻计接地端连接好，接上电源的地线（见图2）。2）脱下输入端6的保护帽，用测量电缆线将输入端6与电极箱测量端14连接。3）用高压接线把高压端8与电极箱高压端16连接。4）接通仪器电源，开启电源开关，指示灯发亮，并有蜂鸣声。如发现指示灯未亮，应切断电源，待查明原因后方可使用。（6）仪器预热接通电源预热仪器30min，将极性开关置于“+“处，此时可能发现指示表指针会偏离“∞”及“0”处。慢慢调节“∞”及“0”电位器，使指针指向“∞”及“0”处，直至不再变动。（7）调节仪器灵敏度将倍率开关由×102位置转至“满度”位置，把“输入短路”开关下拨至“开路”，这时指针应从“∞”位置指向“满度”，即“1”位置。如果偏离，则调节“满度”电位器，使之刚好到“满度”。然后再把倍率开关拨到×102处，输入短路上拨至“短路”，指针应重指于“∞”及“0”处。否则再调节电位器。反复多次，把仪器灵敏度调好。在测试中应经常检查“满度”及“∞”，以保证仪器的测试精度。（8）测试步骤1）将试样放入电极箱的三电极间，注意勿使测量电极与保护电极相接触，以免烧坏仪器的晶体管。上、下电极的中心处对齐。2）将测试电压选择开关置于所需要的电压挡，对于聚合物材料，一般先选100V，测不到时再转250V、500V或1000V。3）将“放电－测试”开关置于“测试”挡，短路开关仍置于“短路”，对试样充电30s，然后将输人短路开关拨下，读取1min时的电阻值，作为试样的绝缘电阻值。读数完毕，立即把短路开关拨上“短路”，“放电一测试”开关置于“放电”挡。若短路开关拨下时，指针很快打出满度，应立即将输入短路开关拨到“短路”，“放电一测试”开关拨到“放电”，待查明原因再进行测试。当输人短路开关拨下后，如发现表头无读数或指示很小，可将倍率开关升高一挡。逐挡升高倍率，直至读数清楚为止（应尽量取在仪表刻度上1～10的范围读数）。4）放电30s，把电阻量程退小一挡，重复步骤②，共测量3次。5）按2)、3)、4)步，在室温下分别测试试样的3个Rv及Rs值，取其算术平均值。6）试样测定完毕，即将“放电－测试”开关拨到放电位置，输入短路开关拨至“短路”，取出试样。对电容量较大（约在0.01μF以上）的试样，需经1min左右的放电，方能取出试样，否则可能受到电容中残余电荷的袭击。7）仪器使用完毕，先切断电源，将面板上各开关复原。五、数据处理原始数据记录：室温：湿度：123平均值样品厚度/cmRv/ΩRs/Ωρv/Ω﹒cmρs/Ω﹒cm用公式（1）及公式（2）计算ρv及ρs：ρv＝RvS/h＝πD12Rv/(4h)（Ω·cm）和ρs＝Rs212ln(/)DD式中，h为试样厚度，cm；D1为测量电极直径（本仪器为5cm）；D2为保护电极内径（环电极）直径（本仪器为5.4cm）。在此，212ln(/)DD=81.6，为一定值。六、问题与讨论（1）影响电阻测定的因素有哪些？（2）如何防止受电击？