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1、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（v）和表面电阻率（s）来表示。 体积电阻率v表示聚合物截面积为1cm2和厚 1cm 的单位体积对电流的阻抗。v=Rv S/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s表示聚合物长1cm 和宽 1cm 的单位表面对电流的阻抗。sRs L/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。
2、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
3、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ZC 36 型 1017
4、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 1061 1017 ， 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。M A-+1234511987610121314151617图 2 ZC36 型 1017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
5、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17RsR 旋钮。仪器的倍率选择量程从1 1021 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JB 903-66 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
6、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1010? 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”
7、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 1011?) 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
8、，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
9、。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
10、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110 的范围读数） 。4）放电 30s，把电阻量程退小一挡，重复步骤，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0.01F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：1 2 3 平均值样品厚度 /cm Rv/ ?Rs/ ?v/ cm s/ cm 用公式（ 1）及公式（ 2）计算 v及 s：vRv S/h D12 R v /(4h) （ cm）和sRs212 ln(/)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，212 ln(/)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？
