Число слоев тонкослойной изоляции

как уменьшается вероятность попадания слабых (дефектных) мест под электроды. С увеличением числа слоев изоляции Е_пр вначале по­вышается до определенного числа слоев, а затем снижается. Одна из причин снижения Е_пр — ухудшение отвода тепла и усиление влияния электротепловой формы пробоя.

5.4.5. Электрическая прочность полимерных диэлектриков

На электрическую прочность полимерных диэлектриков, кроме рассмотренных выше факторов, влияют дополнительно тип и размер надмолекулярных структурных образований, которые, в свою оче­редь, зависят от гибкости полимерных цепей, степени кристаллич­ности и пластификации образца, его молекулярной массы и молеку- лярно-массового распределения. На Е_пр влияют и другие особенно­сти строения полимерного тела.

Влияние кристалличности, размера надмолекулярных образований и ориентации образцов

Электрическая прочность кристаллизующихся полимеров, содер­жащих одновременно кристаллическую и аморфную фазы, зависит как от степени кристалличности, так и от типа и размера надмо­лекулярных структурных образований. С увеличением степени кри­сталличности Е_пр возрастает. Например, при увеличении степени кристалличности у полипропиленовых пленок с 64,5 до 78 %, а у по- лиэтилентерефталатных пленок с 3 до 52 % электрическая прочность возрастает с 680 до 730 кВ/мм и с 150 до 480 кВ/мм соответственно.

У полимеров со сферолитной организацией (полиэтилены, поли­пропилен и другие кристаллизующиеся полимеры) канал пробоя фор­мируется преимущественно в межсферолитном пространстве (МСП), имеющем менее совершенную структуру (более дефектную) и менее плотную молекулярную упаковку. Максимальную электрическую прочность имеют сферолиты (у полипропилена E_np ~ 730 кВ/мм). При этом электрическая прочность сферолитов не зависит от их размера (рис. 5.29, кривая 7). Минимальной электрической прочностью обла­дает МСП, Е_пр которого с увеличением размера сферолитов уменьша­ется, приближаясь к постоянной величине (у полипропилена к -150 кВ/мм; см. рис. 5.29, кривая 2).

У кристаллизующихся полимеров со сферолитной структурой Е_пр в первую очередь зависит от размера сферолитов (см. табл. 1.4 и 1.5), с увеличением размера которых электрическая прочность снижается линейно. Однако, когда среднее значение диаметра сфе­ролитов становится примерно равным толщине образца, Е_пр с даль­нейшим увеличением размера сферолитов остается практически по­стоянной (рис. 5.30).

Таким образом, однородная и мелкосферолитная структура по­лимера обеспечивает ему высокую электрическую прочность. Мел- косферолитную структуру можно создать путем введения в полимер веществ, выполняющих роль зародышей структурообразования, тер­мической обработки, увеличения молекулярной массы и т. д.

У аморфных полимеров надмолекулярная организация менее со­вершенная и состоит из более простых (чем сферолиты) надмолеку­лярных образований, например глобул, которые являются «наддо- менными» структурами (см. тд. 1.7.1). Из-за малых размеров глобулы видны только в электронном микроскопе. Глобулярную структуру имеет, например, атактический полистирол. Наличие неоднородно- стей в надмолекулярной организации и укрупнение глобул приводит к снижению Е_пр аморфных полимеров.

Таким образом, полимерное тело как кристаллизующихся, так и аморфных полимеров дискретно, и канал пробоя формируется в пространстве между надмолекулярными структурными образования­ми (например, между сферолитами или глобулами), размер которых в значительной мере определяет величину Е_пр образца. Чем меньше размер надмолекулярных образований, тем выше электрическая прочность полимера.

£_пр, МВ/м

Рис. 5.29. Зависимость Е_пр сферолитов (/) и межсферолитного пространства (2) от диаметра сферолитов Пробой осу­ществлен на фронте одиночных стан­дартных импульсов напряжения

Электрическая прочность пленок как кристаллизующихся, так и аморфных полимеров возрастает при переходе от прессованных к од- ноосно- и двухосноориентированным образцам. Пробивное напря-