高分子の絶縁破壊

質問

基本的な質問で恐縮なのですが、
高分子（例えば、塩ビ、ブタジエンゴム、アクリル板、PPのフィルムなどの一般的な絶縁材料）の絶縁破壊について教えて下さい。

（１）絶縁破壊が起きるとき、高分子の内部では一般的にどのような変化が起こっているのでしょうか？

（２）一度絶縁破壊を起こした材料は、分子構造自体も何らかの（不可逆的な）変化を起こしてしまっていると考えるべきですか？それとも、もともとの分子構造は維持しているとみてよいですか？

上記（２）については、著しく過大な電圧を印加すれば分子構造自体が破壊されてしまうことは当然あると思いますので、あくまで破壊電圧下限付近での話だとしてお考え下さい。

要領を得ない質問で申し訳ありませんが、アドバイス頂けると大変助かります。

回答No.2

38endoh · ベストアンサー

> と云うことは、絶縁破壊はやはり「不可逆変化」と考えてよいのですよね？

そう思います。

ただ，教科書的には私の書いたことで正しいと思いますが，私は高分子の絶縁破壊に関して専門家ではありません。世の中には高分子液晶の研究や電線の被覆ポリマーの研究など，高分子の絶縁破壊に関係しそうな研究は多数ありますので，より正確な知識が必要でしたら，すぐに締め切らない方が良いかもしれません。

お礼

いろいろとアドバイス頂きどうもありがとうございました。
大変感謝しています。

補足

再び回答頂きありがとうございます。

私の方でもいろいろ検索してみたのですが、低温領域ではご指摘頂いた「電子的絶縁破壊」が支配的で、高温領域では熱的破壊ないし機械的破壊が支配的になるようですね（考えてみれば当然ですね）。

熱的破壊や機械的破壊が材料の分子構造の部分的な破壊を伴うことは容易に想像がつきますが、38endohさんのご説明からすると、「電子的絶縁破壊」も「ラジカル発生」を伴うので不可逆変化と考えた方がよい、ということですね。

生成したラジカルがすべて分子構造の変化を惹き起こすワケではなく、当然失活（？）して元の状態に戻る場合もあるのでしょうから、「印加する電界などの条件によって、ある割合で分子構造の変化が起こる」ということだと私なりに解釈しました。（間違っていたらご指摘ください）

＞より正確な知識が必要でしたら，すぐに締め切らない方が良いかもしれません。

アドバイスありがとうございます。確かに仰る通りですね。
有益な情報が他にも提供されることを期待して、もう少し待ってみます（笑）。

どうもありがとうございます。

回答No.1

38endoh

絶縁破壊はそのメカニズムによって二つに分類でき，それぞれ電子的絶縁破壊と熱的絶縁破壊と呼ばれます。前者は，分子内の電子が外部電場に猛烈に引張られ，とうとう原子核の束縛から離れてしまう，つまりイオン化するのがきっかけとなる絶縁破壊で，後者はジュール熱が原因となる絶縁破壊です。

電子的絶縁破壊における「イオン化」という言葉は化学屋にはあまり馴染みがありませんが，早い話が「ラジカル発生」と考えてよいと思います。熱的絶縁破壊は言わずもがな，やはりラジカル発生です。つまり，絶縁破壊が起こると局所的にラジカル反応が起こると考えてよいと思います。中にはクラッキングするものもあると思いますし，近傍の化学結合の状態を変化させるものもあると思います。

余談ですが，電子的絶縁破壊の場合，主にラジカルが発生する箇所は，電気感受率の大きな外部電場に引張られやすい電子（例えばπ結合の電子）の近くと考えられます。（ちょっと自信なし）

補足

早速の回答ありがとうございます。

＞絶縁破壊が起こると局所的にラジカル反応が起こると考えてよいと思います。

と云うことは、絶縁破壊はやはり「不可逆変化」と考えてよいのですよね？