高分子物理_電性能

1、第七章第七章 高聚物的電性能高聚物的電性能 (Electrical property)第一節(jié)第一節(jié) 高聚物的介電性能高聚物的介電性能第二節(jié)第二節(jié) 高聚物的導(dǎo)電性能高聚物的導(dǎo)電性能第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的電擊穿性能高聚物的電擊穿性能第四節(jié)第四節(jié) 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象第五節(jié)第五節(jié) 高聚物的其它電性能高聚物的其它電性能第一節(jié)第一節(jié) 高聚物的介電性能高聚物的介電性能一、高分子的極化一、高分子的極化1、高分子的極性(polarity)對(duì)于一個(gè)分子而言，正負(fù)電荷數(shù)量相等，故整個(gè)分子呈電中性。但分子中的正負(fù)電荷中心可能重合，也可能不重合。正負(fù)電荷中心不重合的為極性分子，重合的為非極性分子。分子極性

2、的強(qiáng)弱，常用偶極矩(dipole moment)來(lái)表示。偶極矩是一個(gè)矢量，其方向規(guī)定為從正到負(fù)，單位為德拜，用D表示。1D=1.010-18厘米靜電單位在國(guó)際單位制中，1D=3.3310-30庫(kù)侖米（Cm）ql高分子的極性大小也可用其偶極矩來(lái)表示。根據(jù)偶極矩的大小，高聚物可分為類(lèi)型類(lèi)型偶極矩大小偶極矩大小舉例舉例非極性高聚物非極性高聚物弱極性高聚物弱極性高聚物中等極性高聚物中等極性高聚物強(qiáng)極性高聚物強(qiáng)極性高聚物=0=0000.5D0.5D0.5D0.5D0.7D0.7DPE，PTFEPS，NRPVC，PAPVAL，PAN注意：表中偶極矩大小是以高聚物重復(fù)單元計(jì)。注意：表中偶極矩大小是以高聚物重

3、復(fù)單元計(jì)。一、高分子的極化一、高分子的極化2、高分子的極化(polarization)u 極化是指電解質(zhì)在電場(chǎng)作用下，分子內(nèi)束縛的電荷產(chǎn)生彈性位移或偶極子轉(zhuǎn)向排列，從而對(duì)外呈現(xiàn)出極性的現(xiàn)象。u 極化的類(lèi)型l 電子極化(electron polarization)l 原子極化(atom polarization)l 偶極極化(dipole polarization)l 界面極化(interface polarization)l電子極化電子極化(electron polarization) 它是分子中各原子的電子云在外電場(chǎng)作用下，向正極方向偏移，使分子的正負(fù)電荷中心的位置發(fā)生變化引起的。電子云的這

4、種移動(dòng)是很小的，因?yàn)橥怆妶?chǎng)與原子核作用在電子上的內(nèi)電場(chǎng)相比，一般相當(dāng)弱。另外，由于電子運(yùn)動(dòng)速度很快，電子極化過(guò)程所需時(shí)間極短，約有10-1510-13秒。l原子極化原子極化(atom polarization)它是分子骨架在外電場(chǎng)作用下發(fā)生變形造成的。當(dāng)電子云向正極方向偏移時(shí)，帶正電的原子核向負(fù)極方向也發(fā)生偏移，形成原子極化。由于原子核的質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度比電子慢，故原子極化時(shí)間約為10-13秒以上。電子極化和原子極化都是在外電場(chǎng)作用下，分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生位移或分子變形引起的，統(tǒng)稱(chēng)為位移極化或變形極化。它們也是非極性分子的主要極化形式。l偶極極化偶極極化(dipole polarizati

5、on)具有永久偶極矩的極性分子，在沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，由于分子的無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)，偶極矩指向各個(gè)方向的幾率相等，所以大量分子的總偶極矩實(shí)際等于零，介質(zhì)表現(xiàn)為電中性。在外電場(chǎng)作用下，極性分子沿外電場(chǎng)方向排列，產(chǎn)生分子的取向。這種極化稱(chēng)為偶極極化或取向極化。由于極性分子沿外電場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)需要克服本身的慣性和旋轉(zhuǎn)阻力，所以所需時(shí)間較長(zhǎng)，一般約10-9秒。l界面極化界面極化(interface polarization)對(duì)于共混高聚物或復(fù)合材料而言，由于存在相界面，在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)中的電子或離子在非均相介質(zhì)的界面處堆集造成極化，稱(chēng)為界面極化。這種極化所需時(shí)間較長(zhǎng)，從幾分子之一秒到幾分鐘，甚至更長(zhǎng)。界面極化的

6、測(cè)量（使用低頻技術(shù)），現(xiàn)今已成為研究高聚物共混物的一種重要工具。高聚物的幾種極化形式的比較見(jiàn)下表。高聚物幾種極化形式的比較高聚物幾種極化形式的比較極化形式極化形式極化機(jī)理極化機(jī)理特點(diǎn)特點(diǎn)適用對(duì)象適用對(duì)象電子極化電子云的偏移極快，無(wú)能量損耗，不依賴(lài)于溫度和頻率所有高聚物原子極化原子核的偏移稍快，有能量損耗，不依賴(lài)于溫度所有高聚物偶極極化偶極子轉(zhuǎn)向慢，有較大能量損耗，依賴(lài)于溫度和頻率極性高聚物界面極化載流子在界面聚集極慢，依賴(lài)于溫度和頻率共混物復(fù)合材料二、高聚物的介電常數(shù)二、高聚物的介電常數(shù)介電常數(shù)(dielectric constant)是表示高聚物極化程度的宏觀物理量。在一真空平板電容器上加上

7、直流電壓U，在極板上將產(chǎn)生一定量的電荷Q0，則電容器的電容為：當(dāng)兩極板間充滿(mǎn)電介質(zhì)時(shí)，仍施加電壓U，由于電介質(zhì)的極化，在兩極板上將產(chǎn)生感應(yīng)電荷Q，使極板上的電荷量增大到Q0+Q，故此時(shí)電容器的電容為：于是，該介質(zhì)的介電常數(shù)為：UQC00UQQC0000QQQCC二、高聚物的介電常數(shù)二、高聚物的介電常數(shù)介電常數(shù)等于充滿(mǎn)電介質(zhì)的電容器電容與該真空電容器的電容之比。是一個(gè)表征電介質(zhì)儲(chǔ)藏電能大小的物理量。對(duì)高聚物而言，極化程度越大，則極板上感應(yīng)的電荷量越多，介電常數(shù)也就越大。非極性高聚物的介電常數(shù)較小，通常在23左右。極性高聚物則較大，且極性越強(qiáng)，介電常數(shù)越大。交聯(lián)能阻礙極化，因而使介電常數(shù)降低。應(yīng)用

8、：應(yīng)用：l 通信電纜材料的介電常數(shù)越小越好。通常采用PE、PP和PS等。l 電容器則宜采用介電常數(shù)較大的材料以提高電容量；l 高壓電機(jī)、開(kāi)關(guān)等宜選用介電常數(shù)相近的材料做組合介質(zhì)。三、高聚物的介電損耗三、高聚物的介電損耗(dielectric loss)1、定義電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下，將一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗的現(xiàn)象。2、原因l 電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，它在外加電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗掉一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，稱(chēng)為電導(dǎo)損耗；l 電介質(zhì)在交變電場(chǎng)下的極化過(guò)程中，與電場(chǎng)發(fā)生能量交換。如取向極化中，偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)，就會(huì)消耗一部分電能以克服內(nèi)摩擦阻力，轉(zhuǎn)化為熱能，稱(chēng)為松弛損耗。三、高聚物的介電

9、損耗三、高聚物的介電損耗3、表征若損耗的功率用W表示，則（1）損耗角（） （2）損耗因子（sin ）（3）介電損耗角正切（tan ）tansincUIUIWUIWsin每周期介電儲(chǔ)存的能量每周期介電損耗的能量cUIWtantan表示在每周期內(nèi)高聚物損耗的能量與其儲(chǔ)存的能量之比，它是一個(gè)無(wú)量綱的量，其數(shù)值不隨電場(chǎng)形成而改變，是物質(zhì)本身的一種特性。一般用電介質(zhì)的介電損耗角正切值表征介電損耗。高聚物的介電損耗角正切（tan）通常是小于1的數(shù)，大多數(shù)在10-410-2范圍內(nèi)。當(dāng)高聚物作為電工絕緣材料或電容器材料使用時(shí)，不允許有大量的損耗，否則不但要浪費(fèi)大量的電能，還會(huì)引起材料發(fā)熱、老化以至破壞，所以要

10、求材料的tan越小越好。但與此相反，在高聚物的高頻干燥、塑料薄膜的高頻焊接以及大型高聚物的高頻熱處理等情況下，則要求材料的tan較大為好。四、影響高聚物介電性能的因素四、影響高聚物介電性能的因素1、高分子結(jié)構(gòu)、高分子結(jié)構(gòu)(structure)在一定頻率和溫度下，高聚物分子的極性大小和極性基團(tuán)的密度是決定介電性能的內(nèi)因。非極性高聚物的介電常數(shù)和介電損耗角正切都很小，而極性高聚物分子鏈上有極性基團(tuán)，各種極化都能發(fā)生，故介電常數(shù)和介電損耗比非極性高聚物大。且極性越強(qiáng)，極性基團(tuán)的密度越高，其極化程度越大，介電常數(shù)和介電損耗也就越大。2、頻率、頻率(frequency)頻率很低時(shí)，所有極化都有充分的時(shí)間

11、，完全跟得上電場(chǎng)變化，介電常數(shù)達(dá)到最大值，且能耗很小；頻率很高時(shí)，只發(fā)生電子極化，偶極極化不能進(jìn)行，所以能量損耗也很小。在一般的頻率下，才有較大的損耗。3、溫度、溫度(temperature)對(duì)非極性高聚物，介電常數(shù)隨溫度升高而降低。對(duì)極性高聚物，溫度較低時(shí)，隨溫度升高，介電常數(shù)增大；而溫度較高時(shí)，則隨溫度升高，介電常數(shù)減小。不管是何種高聚物，溫度升高時(shí)，介電損耗均會(huì)增大。4、濕度、濕度(moisture)因?yàn)樗菢O性分子，所以當(dāng)高聚物吸濕后，使電導(dǎo)和極化均增大，從而使介電常數(shù)和介電損耗增大。影響程度的大小取決于材料的吸濕程度，這種吸濕性一是與高聚物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，如極性高聚物容易吸濕，所以影響大

12、；二是與環(huán)境的濕度大小有關(guān)。5、電壓、電壓(voltage)對(duì)于同一種高聚物，當(dāng)外加電場(chǎng)的電壓增大時(shí)，一方面有更多的偶極按電場(chǎng)的方向取向，使極化程度增大，另一方面流過(guò)高聚物的電導(dǎo)電流隨電壓升高而增大。兩方面都將導(dǎo)致高聚物介電損耗的增加。6、雜質(zhì)、雜質(zhì)(impurity)導(dǎo)電雜質(zhì)或極性雜質(zhì)的存在，會(huì)增加高聚物的電導(dǎo)電流和極化率，因而使介電損耗增大。特別是對(duì)于非極性高聚物而言，雜質(zhì)成了引起介電損耗的主要原因。因此，為了得到介電損耗低的高聚物，必須正確選用各種添加劑，并在生產(chǎn)、加工和使用過(guò)程中，避免帶入和注意清除各種雜質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 高聚物的導(dǎo)電性能高聚物的導(dǎo)電性能1、基本概念、基本概念在弱電場(chǎng)作

13、用下，一般用歐姆定律來(lái)表征材料的導(dǎo)電性能。式中U為施加的電壓，I為通過(guò)的電流，R為材料的電阻。通常，通過(guò)的電流可分為通過(guò)表面的電流（Is）和通過(guò)內(nèi)部體積的電流（Iv）兩部分，相應(yīng)的電阻也可分為兩部分，即表面電阻（surface resistance Rs）和體積電阻（volume resistance Rv）。顯然：IUR vsRRR111試樣的電阻（或電導(dǎo)，為電阻的倒數(shù)）除了與試樣的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與試樣的幾何尺寸及測(cè)試條件有關(guān)。通常采用與尺寸大小無(wú)關(guān)的電阻系數(shù)來(lái)表示。相應(yīng)地，電阻系數(shù)也有兩個(gè)，即表面電阻系數(shù)（surface resistivity s）和體積電阻系數(shù)(volume resis

14、tivity v ）。blRss式中l(wèi)為電極長(zhǎng)度，b為平行電極間的距離。 s表示電流通過(guò)單位長(zhǎng)度和寬度的試樣的電阻值。dSRvv式中S為測(cè)量電極的面積，d為試樣的厚度。 v表示電流通過(guò)單位面積和厚度的試樣的電阻值。一般所說(shuō)的材料的絕緣電阻指的就是其體積電阻系數(shù)v ，它是介質(zhì)材料的重要指標(biāo)之一。材料的類(lèi)型與體積電阻系數(shù)材料的類(lèi)型與體積電阻系數(shù)材料材料體積電阻系數(shù)體積電阻系數(shù)(cm)電導(dǎo)系數(shù)電導(dǎo)系數(shù)(-1cm-1)超導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體(或電介質(zhì))10-810-810-510-510710710-810510810-710510-7按照材料的體積電阻系數(shù)可將材料分為:超導(dǎo)體(superconduc

15、tor)、導(dǎo)體(conductor)、半導(dǎo)體(semiconductor)和絕緣體(insulator)四大類(lèi)。2、高聚物絕緣體、高聚物絕緣體高分子是由許多原子以共價(jià)鍵連接而成，價(jià)電子基本上處于較穩(wěn)定的低能態(tài)，因此高聚物材料一般都是絕緣體，可用于很多要求絕緣的場(chǎng)合。一般純粹的固體高聚物應(yīng)該有很高的電阻系數(shù)，但是，實(shí)際上，高聚物往往有一定的導(dǎo)電性，高聚物絕緣體的電導(dǎo)主要是由所含雜質(zhì)所貢獻(xiàn)的，稱(chēng)為雜質(zhì)導(dǎo)電。如存在于高聚物中的引發(fā)劑、催化劑、增塑劑、填充劑等都將使材料的電阻降低。特別是吸水后，會(huì)使材料的電導(dǎo)顯著增大。因此，材料的純度越高，高聚物的電導(dǎo)越小，一般而言，飽和的非極性或弱極性高聚物，都是優(yōu)

16、良的絕緣體，它們的體積電阻系數(shù)都在1014 cm以上，如PE、PS、PTFE；而極性高聚物由于其極性基團(tuán)可能發(fā)生微弱解離而使其電阻系數(shù)低于非極性高聚物，如PA、PETP。3、高聚物的半導(dǎo)體和導(dǎo)體、高聚物的半導(dǎo)體和導(dǎo)體絕大多數(shù)高聚物常用作絕緣材料（或電介質(zhì)），近年來(lái)已開(kāi)始用作半導(dǎo)體、導(dǎo)體甚至超導(dǎo)體。要使高聚物有導(dǎo)電性，應(yīng)合成大共軛體系平面狀高分子，電子云在高分子內(nèi)或分子間交迭，沿共軛雙鍵主鏈，電子能由一端流到另一端，因此這類(lèi)高聚物具有半導(dǎo)電性甚至導(dǎo)電性。如聚乙炔的電子云在高分子內(nèi)交迭，由于相對(duì)分子質(zhì)量不高而且共軛不完善，因而是半導(dǎo)體，經(jīng)特殊處理可得導(dǎo)體。另，聚丙烯腈纖維不導(dǎo)電，但如經(jīng)高溫焦化處理

17、后，則能導(dǎo)電，這就是碳纖維(carbon fiber)。值得指出的是，一般來(lái)說(shuō)，所有用作半導(dǎo)體和導(dǎo)體的高聚物都具有共軛結(jié)構(gòu)，并且具有共軛結(jié)構(gòu)的高聚物也是耐高溫材料，但并不是所有（形式上的）共軛結(jié)構(gòu)的高聚物都是導(dǎo)電高聚物。第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的電擊穿性能高聚物的電擊穿性能1、電擊穿現(xiàn)象、電擊穿現(xiàn)象在弱電場(chǎng)作用下，高聚物是絕緣體。但隨著電壓的不斷升高，流過(guò)材料的電流不斷增大，當(dāng)電壓超過(guò)某一極限值后（強(qiáng)電場(chǎng)下），材料的絕緣性能完全喪失而導(dǎo)電。這種現(xiàn)象稱(chēng)為電擊穿。2、表征、表征（1）擊穿電壓(disruptive voltage)絕緣材料受強(qiáng)電場(chǎng)作用而被擊穿（導(dǎo)電）時(shí)的電壓值，稱(chēng)為擊穿電壓。用U表示，

18、單位為KV或MV。（2）擊穿（電壓）強(qiáng)度(disruptive voltage strength)材料被擊穿時(shí)的電壓（擊穿電壓）與材料厚度的比值稱(chēng)為擊穿（電壓）強(qiáng)度。用E表示，單位為KV/mm或MV/m。式中，U表示擊穿電壓，MV； d表示試樣的厚度，即兩電極間的距離，m。擊穿電壓強(qiáng)度表示每單位厚度的高聚物被擊穿時(shí)所承受的電壓值，又稱(chēng)為介電強(qiáng)度或簡(jiǎn)稱(chēng)為擊穿強(qiáng)度。由于高聚物作為絕緣材料用在電氣設(shè)備和器件上，發(fā)生介電擊穿而遭到破壞的現(xiàn)象是經(jīng)常遇到的，因而介電強(qiáng)度是高分子絕緣材料性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。dUE 3、介電擊穿機(jī)理、介電擊穿機(jī)理（1）本征擊穿）本征擊穿在高壓電場(chǎng)作用下，高聚物中微量雜質(zhì)電離而

19、產(chǎn)生的離子或少量自由電子，受到電場(chǎng)的加速而沿電場(chǎng)方向作高速運(yùn)動(dòng)，它們與高分子碰撞，可以激發(fā)現(xiàn)新的電子，這些新生的電子又從電場(chǎng)中獲得能量，并在與高分子的碰撞過(guò)程中激發(fā)出更多的電子，這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，自由電子似“雪崩”般產(chǎn)生，以致電流急劇升高，最終導(dǎo)致高聚物材料的電擊穿；或者因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值時(shí)，原子的電荷發(fā)生位移，使原子間的化學(xué)鍵遭到破壞，電離產(chǎn)生的大量?jī)r(jià)電子直接參加導(dǎo)電，導(dǎo)致材料的電擊穿。決定本征擊穿的主要因素是高聚物的結(jié)構(gòu)與電場(chǎng)強(qiáng)度，與冷卻條件、外加電壓的方式和時(shí)間及試樣的厚度無(wú)關(guān)。（2）熱擊穿）熱擊穿在高壓電場(chǎng)下，由于介電損耗所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及散發(fā)出去，熱量的積累使高聚物的溫度上升

20、，而隨著溫度的升高，高聚物的電導(dǎo)按指數(shù)規(guī)律急劇增大，電導(dǎo)損耗產(chǎn)生更多的熱量，又使溫度進(jìn)一步升高。這樣惡性循環(huán)的結(jié)果，導(dǎo)致高聚物的氧化、熔化和焦化以致發(fā)生擊穿。熱擊穿電壓與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度升高，擊穿電壓按指數(shù)規(guī)律下降；也與散熱條件有關(guān)，散熱系數(shù)越小的擊穿電壓越低。此外，因?yàn)闊釗舸┦菬崃糠e累的過(guò)程，需要一定的時(shí)間，因此加壓時(shí)間和升壓速度對(duì)擊穿電壓有顯著影響。（3）化學(xué)擊穿）化學(xué)擊穿在高壓電場(chǎng)下，高聚物表面和內(nèi)部氣泡中的氣體，因其介電強(qiáng)度（約3MV/m）比高聚物的介電強(qiáng)度（201500MV/m）低得多，首先發(fā)生電離放電。放電時(shí)被電場(chǎng)加速的電子和離子轟擊高聚物表面，可以直接破壞高分子結(jié)構(gòu)，放電產(chǎn)生的

21、熱量可能引起高分子的熱降解，放電生成的臭氧和氮的氧化物將使高聚物氧化老化。特別是當(dāng)高壓電場(chǎng)是交變電場(chǎng)時(shí)，這種放電過(guò)程的頻率成倍地隨電場(chǎng)頻率而增加，反復(fù)放電使高聚物所受的侵蝕不斷加深，最終導(dǎo)致材料擊穿。這種擊穿造成的擊穿通道通常呈樹(shù)枝狀。在實(shí)際應(yīng)用中，高聚物的介電擊穿一般既不是單純的本征擊穿，也不是典型的熱擊穿，而往往是氣體放電引起的擊穿，特別是當(dāng)較低電壓長(zhǎng)時(shí)間作用時(shí)，氣體放電造成的結(jié)構(gòu)破壞更為突出。4、耐電壓性與耐電弧性、耐電壓性與耐電弧性由于擊穿試驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn)，因此這一性能的指標(biāo)往往用耐電壓試驗(yàn)來(lái)代替。耐電壓性表示高聚物制品的耐電壓能力。一般是指迅速將電壓升高到由制品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電壓，停

22、留一分鐘（或按制品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時(shí)間），觀察制品是否被擊穿。若未被擊穿，則稱(chēng)此電壓為該制品的耐電壓值。該試驗(yàn)適用于已成型的高聚物制品，屬非破壞性試驗(yàn)，是鑒定高聚物制品絕緣能力的最佳方法。耐電弧性一般是指，在一定高電場(chǎng)下，兩電極間的氣體被擊穿產(chǎn)生電弧、火花的作用，致使高聚物表面形成導(dǎo)電層所需的時(shí)間長(zhǎng)短，表示高聚物對(duì)高電弧、電火花的抵抗能力。第四節(jié)第四節(jié) 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象一、靜電現(xiàn)象一、靜電現(xiàn)象兩種電性不同的物體相互接觸或摩擦?xí)r，會(huì)有電子的轉(zhuǎn)移而使一個(gè)物體帶正電荷，另一個(gè)帶負(fù)電荷。此即為為靜電現(xiàn)象（electrostatic effect）。由于一般高聚物的電絕緣性能很好，它們一旦帶上

23、靜電，不能立即漏導(dǎo)，可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。例如，PE、PTFE、PS和PMMA塑料產(chǎn)品得到靜電荷后可保持?jǐn)?shù)月之久。高聚物結(jié)構(gòu)不同，所帶電荷性質(zhì)也不一樣。一般介電常數(shù)大的高聚物帶正電，介電常數(shù)小的帶負(fù)電。高聚物的摩擦起電序如下所示。二、靜電的危害二、靜電的危害靜電作用在高聚物加工和使用過(guò)程中是個(gè)不利因素。這種靜電輕則吸附塵埃，重則影響生產(chǎn)，甚至引起爆炸和火災(zāi)事故。具體可歸納為以下幾點(diǎn)：u 影響制品質(zhì)量影響制品質(zhì)量例：塑料制品和紡織品表面靜電容易吸附灰塵，影響外觀；電影膠片、唱片上的靜電、吸塵，直接影響清晰度和音質(zhì)。u 影響生產(chǎn)進(jìn)行影響生產(chǎn)進(jìn)行例：合成纖維生產(chǎn)過(guò)程中由于絲的相互吸引或排斥，容易引起亂絲，

24、使紡絲、拉伸、紡織等工序難以進(jìn)行。u 危及人身安全危及人身安全例：煤礦、化工易燃易爆產(chǎn)品生產(chǎn)車(chē)間使用的各種塑料管道、制品的靜電將引起爆炸、燃燒等重大事故，危及安全。三、靜電的消除三、靜電的消除消除靜電也就是尋找控制電荷產(chǎn)生或使所形成的靜電盡快泄漏。一般而言，控制靜電荷產(chǎn)生較為困難，實(shí)際解決問(wèn)題從后一方面著手居多。目前，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用如下的方法。n 通過(guò)空氣（霧氣）消除通過(guò)空氣（霧氣）消除通過(guò)空氣消除靜電，主要依靠空氣中相反符號(hào)的帶電粒子飛來(lái)與絕緣體表面的靜電中和，或讓帶電粒子獲得動(dòng)能而飛散到空氣中。利用尖端放電原理，制成高壓電暈式靜電消電器，已在化纖、薄膜、印刷等生產(chǎn)中應(yīng)用。在不允許有火花

25、出現(xiàn)的場(chǎng)合，也可用輻照使氣體電離的方法消除靜電。n 通過(guò)表面消除通過(guò)表面消除通過(guò)表面消除靜電，最有效最方便的方法是在高聚物中加入抗靜電劑（antistatic agent）。多數(shù)抗靜電劑是分子結(jié)構(gòu)中一端帶親水基團(tuán)，一端帶疏水基團(tuán)的表面活性劑，如胺類(lèi)、季胺類(lèi)、吡啶衍生物和羥基酰胺等。如抗靜電劑SN（二甲基羥乙基十八烷基季胺硝酸鹽）?？轨o電原理：抗靜電原理：在高聚物表面形成一層導(dǎo)電膜，從而提高了高聚物表面的導(dǎo)電性，使靜電能迅速泄漏，避免積累，因此起到防靜電作用。按使用方法可分為外用型和內(nèi)用型兩類(lèi)。外用型抗靜電劑外用型抗靜電劑用于已經(jīng)成型的塑料制品和纖維，采用涂覆、浸漬或噴霧的方法涂在制品或纖維表面

26、，增加表面的導(dǎo)電性，其有效的時(shí)間因選用的抗靜電劑的不同而不同。內(nèi)用型抗靜電劑內(nèi)用型抗靜電劑適用于塑料成型加工之前加入，存在于制品內(nèi)部，成為制品表面的組成部分，特點(diǎn)是效果好，有效期長(zhǎng)?？轨o電劑的加入量由高聚物材料的性質(zhì)、對(duì)靜電的要求和抗靜電劑的結(jié)構(gòu)、抗靜電能力來(lái)決定，同時(shí)也要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定。3、通過(guò)絕緣體體內(nèi)消除靜電通過(guò)絕緣體體內(nèi)泄漏的速度，主要決定于絕緣體的電阻大小。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)高聚物的體積電阻系數(shù)小于107m時(shí)，即使產(chǎn)生靜電荷，也會(huì)很快泄漏。為了提高高聚物的體積電阻系數(shù)，最方便的方法是添加炭黑、金屬細(xì)粉或?qū)щ娎w維，制成抗靜電橡皮或防靜電塑料。第五節(jié)第五節(jié) 高聚物的其它電性能高聚物的其它電

27、性能 某些高聚物在機(jī)械力、熱、光等作用下，也會(huì)反映出各某些高聚物在機(jī)械力、熱、光等作用下，也會(huì)反映出各種不同的電學(xué)性質(zhì)。因此，高聚物除了大量作為絕緣材料和種不同的電學(xué)性質(zhì)。因此，高聚物除了大量作為絕緣材料和介電材料之外，現(xiàn)正研究和利用其新的電學(xué)性質(zhì)，如利用高介電材料之外，現(xiàn)正研究和利用其新的電學(xué)性質(zhì)，如利用高聚物駐極體的壓電性、熱電性，可以制成將力、熱、光等能聚物駐極體的壓電性、熱電性，可以制成將力、熱、光等能量轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)的功能材料。利用高聚物的光電性質(zhì)制成的量轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)的功能材料。利用高聚物的光電性質(zhì)制成的光導(dǎo)電高聚物材料可用于靜電復(fù)印機(jī)鼓、激光打印機(jī)鼓，有光導(dǎo)電高聚物材料可用于靜電復(fù)印

28、機(jī)鼓、激光打印機(jī)鼓，有取代無(wú)機(jī)硒鼓的趨勢(shì)。取代無(wú)機(jī)硒鼓的趨勢(shì)。一、壓電性一、壓電性(piezoelectric effect)所謂壓電性，就是指高聚物在機(jī)械力作用下，所表現(xiàn)出來(lái)的電學(xué)性質(zhì)。1880年，居里在石英晶體中首先發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的壓電性，直到1968年，才由日本學(xué)者Kawai在聚偏二氯乙烯中觀察到聚合物也在壓電現(xiàn)象。力電關(guān)系的研究，開(kāi)辟了高聚物材料將力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男聭?yīng)用領(lǐng)域。例如作為話筒、傳感器之類(lèi)裝置的轉(zhuǎn)換元件。如左圖所示。將高取物試樣置于兩電如左圖所示。將高取物試樣置于兩電極間，在機(jī)械力作用下，因形變而發(fā)極間，在機(jī)械力作用下，因形變而發(fā)生極化，同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)生極化，同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為為(正正)壓電效應(yīng)。反之，在高聚物試壓電效應(yīng)。反之，在高聚