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1、一、定义 二、静电的危害 三、消除静电的措施： 四、应用,10.3 聚合物静电现象,任何两个固体，不论其化学组成是否相同，只要它们的物理状态不同，其内部结构中电荷载体能量的分布也就不同。这样两个固体接触时，在固-固表面就会发生电荷的再分配。在它们重新分离之后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷。这种现象称为静电现象。,高聚物在生产、加工和使用过程中会与其他材料、器件发生接触或摩擦，会有静电发生。由于高聚物的高绝缘性而使静电难以漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达15千伏以上。,一、 静电现象：,二、静电的危害,静电妨碍正常的加工工艺；静电作用损坏产品质量；可能危及人身及设
2、备安全,绝缘体表面的静电可以通过三条途径消失：（1）通过空气（雾气）消失（2）沿着表面消失（3）通过绝缘体体内消失因此可在三方面采取适当的措施，消除已经产生的静电。,三、消除静电的措施,1.将抗静电剂加到高分子材料中或涂布在表面。抗静电剂是一些表面活化剂，如阴离子型（烷基磺酸钠、芳基磺酸酯等）、阳离子型（季胺盐、胺盐等）以及非离子型（聚乙二醇等）。纤维纺丝工序中采取“上油”的办法，给纤维表面涂上一层吸湿性的油剂，增加导电性。,2.提高高聚物的体积电导率最方便的方法是添加炭黑、金属细粉或导电纤维，制成防静电橡皮或防静电塑料。,静电现象有时也能加以利用。如静电复印、静电记录、静电印刷、静电涂敷、静
3、电分离与混合、静电医疗等，都成功地利用了高分子材料的静电作用。,四、应用,聚合物的其他电学性质,一、力电性 在机械力的作用下，高聚物的电学性质反映主要是压电效应。 将高聚物的试样置于两电极之间，在机械力的作用下，因发生形变（伸长线缩短）而发生极化，同时产生电场，这种现象称正压电效应。反之，在高聚物试样上加上电场，试样发生相应的形变，同时产生应力，这个现象称为逆压电效应。 产生压电效应的高聚物主要结晶高聚物（单轴取向）和高分子驻极体。如PVC、PC、PTFE和HDPE等。 利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。,二、热电性 在热的作用下，高聚物材料具有热释电性，这是非常重要的电学性
4、质。 驻极体：将电介质置于高压电场中极化，随即冻结极化电荷，可获得静电持久极化，这种长寿命的非平衡电矩的电介质称驻极体。 高聚物驻极体研究从上世纪四十年代开始，现已投入使用优点聚偏氟乙烯、PET、PP、PC等高聚物超薄薄膜驻极体，广泛用作电容器传声隔膜，计算机储存器、爆炸起爆器、血液凝固加速作用等方面。 高聚物驻极体的制备方法是：将高聚物薄膜夹在两个电极中，加热到聚合物的主转变温度以上，然后施加电场，使薄膜极化一段时间。在电场作用下以一定速度缓慢冷却至室温（或低温），最后撤去外电场。 热释电流：将上述高聚物驻极体夹在两电极之间，接上微电流计再程序升温，在热的作用下，激发了分子链偶极的运动而发生
5、解取向极化，释放出退极化电荷，在电流计上记录到退极化电流，测得的放电电流随温度的变化称为热释电流谱（TSC），又称为去极化介电谱或热刺激电流谱。,三、光电性 光电导性：光照射下高聚物的导电性能发生变化的现象。如聚乙烯基咔唑、聚萘酯等吸收光能而放出光电子，使电导率增大。在信息传递方面得到了一些应用。,第八章 高聚物的热学、光学和磁学性能,第一节 高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料,主要讨论的内容： （1）高聚物的热稳定性； （2）高聚物的热膨胀； （3）高聚物的热传导； （4）高聚物的阻燃性。这些热学性能，时间不是一个主要的变量，因此这些性能实质上是平衡态性能。,作为建筑和交通工具的结构材料，高
6、聚物材料通常存在一些不足之处。如与金属材料相比，高聚物材料主要是强度不高，不耐高温，易于老化，从而限制了其应用。但是随着科学技术的发展，这些不足之处正在逐步得到克服。,高聚物在受热过程中将发生两类变化：,（1）物理变化：软化、熔融。 （2）化学变化：环化、交联、降解、氧化、水解等（其中氧化和水解是热能与环境共同作用的结果）。,8.1 高聚物结构与耐热性的关系-马克三角形原理,提高高聚物的耐热性，主要有三个结构因素：增加分子链的刚性，使高聚物能够结晶以及进行交联-马克三角原理。 （一）结晶增加高分子间相互作用的有效方法。,目的 提高熔融温度。,手段 提高聚合物分子的规整性，减少侧基体积，主链或侧
7、基中引 入强极性基团。,表8-1 高分子主链或侧基带有极性基团或能形成氢键的高聚物的熔点,如聚乙烯分子是柔顺的分子链，链间只有微弱的范德华力，但是间隔规整，因此这种结构也具有相当打的刚性，所以仍然具有较高的使用温度，可作坚硬强韧，耐磨的材料。,（二）交联,结果 从高分子链间形成化学键，阻碍分子链的运动，从而提高聚合物的耐热变形性。,结果 可利用化学交联和辐射交联等方法进行。,高分子的化学交联也能提高高聚物的强度和抗性。分子链的化学交联限制了链的运动，可以被用来提高高聚物的耐热性和强度。如在橡胶等高聚物中加入硫化剂，由于分子链是用很强的而且是无规排列的链连接起来的，因此硫化橡胶有足够好的耐热性和
8、强度。,交联高聚物由于链间化学键的存在阻碍了分子链的运动，从而增加了高聚物的耐热性。例如辐射交联的聚乙烯其耐热性可以提高到250,超过了聚乙烯的熔融温度。 交联结构的高聚物不溶不熔，除非在分解温度以上才能使结构破坏。 因此，具有交联结构的热固性塑料，一般都具有较好的耐热性。,8-2,（三）增加分子链的刚性 方法：在分子链上“挂”一些大体积的基团以限制分子链的弯曲，可以使分子链变成刚性，但是这样的材料很容易溶解和溶胀，这是此种材料的弱点；另一种办法是使高分子主链成为刚性链；更有效的办法是减少单键的数目或把环状结构引入高分子主链，如芳环杂环高聚物；还有梯形高聚物。,马克三角原理：以三角形的每一个角
9、代表使高聚物坚硬耐高温的三个基本原理中的一个原理，每边代表这些原理两两起作用时的情况。设计原理同时运用的聚合物，就一定是落在这三角形的正中间。这就是所谓的马克三角原理。系统的研究这三个原理，将得到许多新型的高聚物。,第二节 高聚物的热分解,高聚物的热分解与化学键的断裂有关。因此，组成高聚物的化学键的键能越大，材料越稳定，耐热分解能力也越强。 研究发现，高聚物的热稳定性与高分子链结构有着密切的关系： （1） 在高分子链中避免弱键，可以提高高聚物的热稳定性；,8-3,P435,8-4,8-4,如果用其他元素部分或全部取代主链上的碳原子，则所合成的无机高聚物一般都具有很好的热稳定性。但是提高温度时容
10、易环化而降低力学性能。但是在主链上再引入Al、Ti、Sn后，高聚物很容易交联成既具有优良的热稳定性又具有优良力学性能的材料。,（2）在高分子主链中避免一长串接连的亚甲基-(CH2)-,并尽量引入较大比例的环状结构（包括芳环和杂环），可增加高聚物的热稳定性；,8-5,（3）合成“梯形”、“螺形”和“片状”结构的聚合物,8-6,8-7,图8-8,第三节 高聚物的热膨胀,热膨胀：是由于温度变化而引起的材料尺寸和外形的变化。是物体固有的物 理性质之一，一般用膨胀系数（试样单位体积的膨胀率）表示。热膨胀的原因：原子或分子间的相互作用力随温度而变化。热膨胀的形式：线膨胀、面膨胀、体膨胀。高聚物材料的膨胀规
11、律：膨胀率随温度的升高而增大。 部分高聚物材料室温下的线膨胀系数注意：材料复合时，线膨胀系数不同会造成弯曲、开裂、脱层问题。,第四节 高聚物的热传导,三、导热性规律：高聚物材料的导热性普遍较差，其热导率数值较小。某些高聚物的热导率与其它材料的对比实例：宇宙飞船等外层涂有一定厚度的高分子烧蚀材料，当飞船返回地面 时，要经受11000-16700 的高温，但烧坏的只是涂层外边的一层，保证内部完 好无损。生活中经常用的冰箱、冷库等保温材料。,研究高聚物的热传导性能可以深入了解高聚物固体导热过程中的分子过程，开拓高聚物的应用领域，热传导的各向异性也有助于弄清高聚物的内部结构。 高聚物主要是靠分子间力结
12、合的材料，导热一般较差，导热系数很小，是优良的绝热保温材料。 固体高聚物的导热系数范围较窄【0.22W/(m.K)左右】。晶态高聚物的导热系数稍高，非晶态高聚物的导热系数随相对分子量增大而增大。,（1）非晶态高聚物的热传导 非晶态高聚物的导热性能的温度依赖关系大致相同。总的说来就是，导热系数随温度增加而增加。 （2）晶态高聚物的热传导 半晶态高聚物的导热系数的温度依赖性与非晶态高聚物的差别很大，在0.120K温度范围内，k已经没有平坦区，与温度具有T或T的三次方的关系。温度再高至其玻璃化温度，k随温度单值地缓慢增加。一些高度结晶的高聚物（结晶度 70%）如HDPE的k值在100K附近达到一个峰
13、值，然后随温度升高而缓慢下降。,（3）取向对高聚物热传导的影响 高聚物的导热系数受取向的影响很大，但是对取向非晶和晶态高聚物的热传导性能影响不同。结晶高聚物导热系数在低温时受拉伸取向的影响不大，但在高温时却影响较大。 （4）压力对固体高聚物热传导性能的影响 外界压力通过减少高聚物的自由体积而使其更密实，从而导致键角和键内距离的变化，以及分子结构和链排列的改变。所以压力将使高聚物的有序性提高，从而增加高聚物的导热系数。,第五节 阻燃高聚物,所谓阻燃就是延缓、抑制燃烧的传播，减少热引燃出现的概率。,一些阻燃材料示例：,图片：,阻燃PBT,阻燃EP,阻燃PA,阻燃PA/ABS,阻燃ABS,阻燃PC,阻燃PP,阻燃TPU,阻燃三聚氰胺,阻燃PETG,阻燃仿皮革,阻燃布,耐火碳纤维,F4,阻燃PVC,
