技術(shù)文章

塑料抗靜電認(rèn)知過(guò)程

（一）、靜電的產(chǎn)生
聚合物的電學(xué)性質(zhì)
一提起高聚物的電學(xué)性質(zhì)，人們馬上會(huì)想起高聚物是一種優(yōu)良的電絕緣體，廣泛用作電線包皮。這的確是高聚物優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要方面，即高的電阻率、很高的耐高頻性、高的擊穿強(qiáng)度，所以是一種理想的電絕緣材料。
     其實(shí)有的高聚物還具有大的介電常數(shù)和很小的介電損耗，從而可以用作薄膜電容器的電介質(zhì)。
     還有其他具有特殊電功能的高聚物相繼出現(xiàn)，比如高聚物駐極體、壓電體、熱電體、光導(dǎo)體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等。
     研究高聚物的電學(xué)性質(zhì)，除了生產(chǎn)上的實(shí)用價(jià)值外，它還有重要的物理意義，因?yàn)楦呔畚锏碾妼W(xué)性質(zhì)往往濟(jì)靈敏地反映高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。電學(xué)性質(zhì)能在比力學(xué)性質(zhì)更寬的頻率范圍內(nèi)測(cè)定，測(cè)定**性和靈敏性都高，因而成為研究高分子結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)的有力手段。
一、聚合物的介電性
     介電性是指高聚物在電場(chǎng)作用下，表現(xiàn)出對(duì)靜電能的儲(chǔ)存和損耗的性質(zhì)。通常用介電常數(shù)和介電損耗來(lái)表示。
     根據(jù)高聚物中各種基團(tuán)的有效偶極距μ，可以把高聚物按極性的大小分成四類(lèi)：
     非極性（μ＝0）：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等
     弱極性（μ≤0.5）：聚苯乙烯、天然橡膠等
     極性（μ＞0.5）：聚氯乙烯、尼龍、有機(jī)玻璃等
     強(qiáng)極性（μ＞0.7）：聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛樹(shù)脂、氨基塑料等
     聚合物在電場(chǎng)下會(huì)發(fā)生以下幾種極化：（1）電子極化，（2）原子極化，（3）偶極極化。聚合物的極化程度用介電常數(shù)ε表示。它定義為介質(zhì)電容器的電容比真空電容器增加的倍數(shù)

式中：V為直流電壓；Q0、Q分別為真空電容器和介質(zhì)電容器的兩極板上產(chǎn)生的電荷；Q’為由于介質(zhì)極化而在極板上感應(yīng)的電荷。
     介電常數(shù)的大小決定于感應(yīng)電荷Q’的大小，所以它反映介質(zhì)貯存電能的能力。
     非極性分子只有電子和原子極化，ε較??；極性分子除有上述兩種極化外，還有偶極極化，ε較大。此外還有以下因素影響ε：
（1）極性基團(tuán)在分子鏈上的位置。在主鏈上的極性基團(tuán)活動(dòng)性小，影響?。辉谌嵝詡?cè)基上的極性基團(tuán)活動(dòng)性大，影響大。
（2）分子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的，極性會(huì)相互抵消或部分抵消。
（3）分子間作用力。增加分子間作用力（交聯(lián)、取向、結(jié)晶）會(huì)使ε較大；減少分子間作用力（如支化）會(huì)使ε較小。
（4）物理狀態(tài)。高彈態(tài)比玻璃態(tài)的極性基團(tuán)更易取向，所以ε較大。
     表7-6列出常見(jiàn)聚合物的ε值。
表7-6 常見(jiàn)聚合物的介電常數(shù)
聚合物 ε
聚四氟乙烯 2.0
聚丙烯 2.2
聚乙烯 2.3－2.4
聚苯乙烯 2.5－3.1
聚碳酸酯 3.0－3.1
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 3.0－4.4
聚氯乙烯 3.2－3.6
聚甲基丙烯酸甲酯 3.3－3.9
尼龍 3.8－4.0
酚醛樹(shù)脂 5.0－6.5
     聚合物在交變電場(chǎng)中取向極化時(shí)，伴隨著能量損耗，使介質(zhì)本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱(chēng)為聚合物的介電損耗。通常用介電損耗角正切tanδ來(lái)表示介電損耗。一般高聚物的介電損耗時(shí)非常小的，tanδ＝10－3～10－4。
     當(dāng)聚合物用作絕緣材料或電容器材料時(shí)，希望介電常數(shù)大而介電損耗小為好，以免發(fā)熱消耗電能，而且引起老化。但作為聚合物的高頻焊接，又希望有較大的介電損耗。
     因?yàn)榻殡姄p耗主要是取向極化引起的，因而通常ε越大的因素也越會(huì)導(dǎo)致較大的介電損耗。非極性聚合物理論上講沒(méi)有取向極化，應(yīng)當(dāng)沒(méi)有介電損耗，但實(shí)際上總是有雜質(zhì)（水、增塑劑等）存在，其中極性雜質(zhì)會(huì)引起漏導(dǎo)電流，而使部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，稱(chēng)電導(dǎo)損耗。
     與力學(xué)損耗相似，介電損耗也用來(lái)研究聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變和次級(jí)松弛，所得譜圖稱(chēng)為聚合物的介電松弛譜（溫度譜或頻率譜）。圖7-60是聚四氟乙烯介電損耗的溫度譜。

二、聚合物的導(dǎo)電性
     高聚物存在兩種導(dǎo)電機(jī)理：電子電導(dǎo)（電子、空穴）和離子電導(dǎo)（正、負(fù)離子）。一般高聚物主要是離子電導(dǎo)。有強(qiáng)極性原子或基團(tuán)的高聚物在電場(chǎng)下產(chǎn)生本征解離，可產(chǎn)生導(dǎo)電離子。而非極性高聚物本應(yīng)不導(dǎo)電，它的理論計(jì)算的比體積電阻1025Ω·cm，但實(shí)際上要小好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，原因是雜質(zhì)帶來(lái)的。這些雜質(zhì)是少量沒(méi)有反應(yīng)的單體，殘留的催化劑、助劑以及水份，都能在電場(chǎng)下離解而成為導(dǎo)電的主要載流子。
     高聚物導(dǎo)體、半導(dǎo)體則主要是電子電導(dǎo)。
     對(duì)聚合物加一直流電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)的電流為表面電流和體積電流之和。I=Is＋I(xiàn)v
     相應(yīng)地電阻也可以分為體積電阻Rv和表面電阻Rs
     為了比較不同材料的導(dǎo)電性，通常采用電阻率。電阻的大小與試樣厚度h成正比，與試樣面積S成反比，比例系數(shù)就是體積電阻率ρv。
               或   （單位：Ω·cm）
     類(lèi)似地，對(duì)于表面電阻率ρs有
式中：l為電極的長(zhǎng)度；b為電極間的距離。
     一般講電阻率沒(méi)有特別注明時(shí)，都是指體積電阻率（即比體積電阻）。這是濟(jì)重要的電學(xué)性質(zhì)之一，按ρv將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三類(lèi)。
     導(dǎo)體 ρv＝0～103Ω·cm
     半導(dǎo)體 ρv＝103～108Ω·cm
     絕緣體 ρv＝108～1018Ω·cm以上
     ρv和ρs都是用一個(gè)三電極裝置測(cè)定（圖7-61），該裝置由主電極、環(huán)形電極和下電極組成。測(cè)定ρv時(shí)樣品被測(cè)面積就是主電極的面積；測(cè)定ρs時(shí)電極長(zhǎng)度為主電極的周長(zhǎng)

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