Возникновение электрических зарядов на полимерах

Принято считать, что пьезоэлектрический эффект не имеет существенного значения в процессах электризации и что плотность зарядов, им обусловливаемая, весьма невелика [7]. Однако исследования возникновения электрических зарядов при деформации полярных полимеров полиметилметакрилата, поливинилхлорида — и неполярных полистирола, полипропилена и полиэтилена — опровергли это мнение [79]. [c.36]

Керн и Скиннер [16, с. 23] наблюдали возникновение электрических зарядов при деформациях изгиба целого ряда полимеров. [c.15]

В этих условиях дезориентация диполей и рассеяние объемного электрического заряда затруднены, вследствие чего в полимере устанавливается постоянная внутренняя поляризация электретного типа. У твердых полимеров она характеризуется большим временем релаксации т (порядка нескольких лет при комнатной температуре). Приготовленные образцы помещают в специальную термокамеру в которой их нагревают с постоянной скоростью 3 К/мин. Это приводит к термической деполяризации и возникновению тока / в измерительной цепи, к которой подключены электроды поляризованных образцов. [c.195]

В книге приведены современные взгляды на процесс возникновения электрических зарядов и электретного эффекта в полимерах систематиаированы технологические приемы изготовления электретов, рассмотрены пьезоэлектрические свойства электретов и основы применения электретно-термического анализа для изучения релаксационных явлений в полимерах. Систематизированы экспериментальные данные о взаимосвязи молекулярной подвижности в полимерах и их диэлектрических свойств со свойствами полимерных электретов. Указаны основные области применения электретов. [c.2]

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ НА ПОЛИМЕРАХ [c.10]

Возникновение электрических зарядов на полимерах происходит в целом ряде процессов при переработке, склеивании и деформациях полимерных материалов. [c.10]

Перед обсуждением вопроса о получении электретов целесообразно рассмотреть возникновение электрических зарядов на полимерах при различных технологических операциях. В этом случае также получаются полимерные электреты, но со случайными характеристиками. В процессе электризации при разрыве контакта, при деформации и адгезии образуются технологические электреты или трибоэлектреты (при трении), являющиеся стабильными, но с неопределенными параметрами. Рассмотрение явлений электризации целесообразно в теоретическом плане, так как они тесно связаны со свойствами электретов и дают возможность понять причины возникновения электретного эффекта в полимерах — эффекта накопления и длительного сохранения электрических зарядов. [c.9]

Возникновение и напряженность электростатического поля преимущественно зависят от поверхностного электрического сопротивления и химического состава материалов, а также способа разобщения поверхностей соприкосновения. Применительно к акриловым полимерам можно допустить, что электростатический заряд создается при извлечении изделий из формы, особенно если последняя изготовлена из изоляционного материала, при полировании их вследствие трения, под действием внешнего электростатического поля и т. д. Поскольку для переработки полимеров используют главным образом металлические формы или другие заземленные приспособления, а разъем форм с готовыми листами органического стекла производят обычно в воде, главной причиной появления электростатического заряда следует считать трение, возникающее при окончательной отделке (очистке или полировании) и эксплуатации изделий. Статическое электричество способствует притягиванию к поверхности полимера мелких механических частиц, что существенно затрудняет ее очистку. Поэтому не рекомендуется обтирать поверхность полимеров тканями, теряющими волокна, или сухой ватой. [c.232]

Возникновение двойного электрического слоя можно представить себе как косвенный результат ориентированной адсорбции полярных функциональных групп полимера. Ориентация полярных групп должна изменить разность потенциалов между фазами, что и приводит к образованию двойного электрического слоя. Если функциональная группа обладает свойствами донора или акцептора электронов, способных переходить через границу раздела фаз (и, следовательно, создавать двойной электрический слой, обе разноименные обкладки которого разъединяются при отрыве), то это свидетельствует о прямом влиянии функциональных групп на плотность зарядов двойного электрического слоя. Полимер может вести себя как донор или как акцептор электронов в зависимости от того, с поверхностью какого вещества он приходит в контакт. [c.13]

Для предотвращения возникновения и накопления в пласт ических массах электрических зарядов используются различные способы. Распространено использование специальных химических соединений с электронной или ионной проводимостью. Действие этих соединений основано на повышении электропроводности и увеличении диэлектрической проницаемости магериалов. Внутренние антистатики вводят в полимер перед переработкой внешние -наносят иа поверхность изделия из полимера (2, с,212-221). В связи с каждым конкретным случаем необходимо оцениваггьтермостабильность и все свойства композиции и получаемых маггерналов и изделий. [c.100]

На последующем этапе электрическая теория адгезии учитывает значение сил молекулярного взаимодействия в явлениях адгезии. Адсорбционные явления считаются важными лишь постольку, поскольку в результате их возникает перераспределение электронов на границе раздела, приводящее к образованию двойного электрического слоя. Если в контакте находятся полимер и металл, то последний всегда является донором электронов. В связи с этим граничные слои металла обедняются электронами, а граничные слои полимера ими обогащаются, что приводит к возникновению двойного электрического слоя. При отрыве поверхность металла оказывается заряженной положительно, поверхность же полимера отрицательно. Отрицательный заряд вызван избытком электронов на поверхности полимера. [c.22]

Наблюдаемые явления можно объяснить, если учесть явление электронной эмиссии. В работе [50] изучали эмиссию электронов при растяжении гуттаперчи. Эмиссия электронов начиналась только тогда, когда наблюдались явления сдвига. Во время высокоэластической деформации эмиссия не происходила. Можно полагать, что при высокоэластической деформации не происходят существенные механохимические явления, которые могут приводить к эмиссии электронов, механолюминесценции и возникновению электрических зарядов. При деформации полимеров в стеклообразном состоянии или сдвиге происходит образование и рост микротрещин, причем при разрыве поверхностей величина зарядов достигает 0,3-10- Кл/см2 [51] прд разрастании трещин потенциа- [c.22]

В основе электрической теории адгезии [18—21, 29, 39] лежит представление о двойном электрическом слое, образующемся при тесном контакте двух поверхностей. Электрическая теория адгезии учитывает также и роль молекулярного взаимодействия в явлениях адгезии. Адсорбционные процессы считаются важными лишь постольку, поскольку в результате их протекания возникает перераспределение электронов на границе раздела, приводящее к образованию двойного электрического слоя. Если в контакте находятся полимер и металл, то последний всегда является донором электронов. В связи с этим граничные слои металла обедняются электронами, а граничные слои полимера ими обогащаются, что приводит к возникновению двойного электрического слоя. При отрыве поверхность металла оказывается заряженной положительно, поверхность же полимера — отрицательно. Отрицательный заряд обусловлен избытком электронов на поверхности полимера. [c.13]

Наблюдаемые явления можно объяснить, если принять во внимание электронную эмиссию. Поляков и Кротова в 1963 г. изучали эмиссию электронов при растяжении гуттаперчи. Эмиссия электронов начиналась только тогда, когда наблюдалась деформация сдвига. При высокоэластической деформации она не происходила. Можно полагать, что в этом случае не наблюдаются существенные механохимические изменения, которые и приводят к эмиссии электронов, механолюминесценции и возникновению электрических зарядов. При деформации полимеров в стеклообразном состоянии или сдвиге происходит образование и рост микротрещин, причем при разрыве поверхностей заряд достигает 0,3-10-6 Кл/см [30]. При разрастании трещин потенциалы увеличиваются пропорционально расстоянию между стенками микротрещин и происходят разряды, вследствие чего можно наблюдать люминесценцию. Если рост микротрещин происходит на поверхности образцов, часть заряда при этом уходит в окружающую среду в результате газовых разрядов. При разрядах в микротрещинах, расположенных внутри образцов, в их объеме, заряжения образцов не наблюдается, так как носители зарядов остаются в объеме полимера. [c.15]

Физические свойства электретов существенно зависят как от особенностей диэлектриков (их полярности и электропроводности), так и от режима изготовления (например, напряженности поля, температуры и времени поляризации). В зависимости от напряженности электрического поля можно получать из одного и того же вещества и гомо- и гетероэлектреты (совпадающие и несовпадающие по полярности со знаком заряда электрода) с различной плотностью поверхностных зарядов. Гетерозаряд обусловлен, прежде всего, ориентационной дипольной поляризацией, а также микроскопическими неоднородностями и ионной электропроводимостью диэлектрика. Образование гомозаряда связано с тем, что при высоких напряжениях вследствие искрового пробоя воздушного зазора заряды переходят с электрода на образец полимера. Электретный эффект в твердых диэлектриках имеет объемный характер. В так называемом незакороченном состоянии электрет все время находится в электрическом поле, в результате чего происходит рассасывание объемного заряда. При плотном закорачивании электрета его внутреннее поле равно нулю [58, гл. I]. Время жизни электрета зависит от электропроводности как его самого, так и среды, а также от качества закорачивания. Поскольку возникновение электретного состояния связано с поляризацией и ориентацией, ему должно сопутствовать существенное увеличение оптической анизотропии. При кратковременной поляризации полимеров (в частности, ПММА) их оптическая анизотропия практически не проявляется. После резкого возрастания оптической анизотропии в интервале времен от 3 до 6 ч дальнейшее увеличение времени поляризации практически не повышает анизотропию, что свидетельствует о завершении ориентации. [c.253]

Возникновение электрических зарядов при деформациях полимеров наблюдал еще Кельвин в 1893 г. Им был изготовлен прибор для демонстрации пьезоэлектриче- [c.18]

К сожалению, диэлектрическое поведение воды, сорбированной полимером, осложняется в результате другого эффекта. Кроме биполярной переориентации, которая только что обсуждалась, часто имеют место эффекты ионной природы. Под влиянием электрического поля положительные и отрицательные заряды диффундируют к противоположно заряженным пластинам конденсатора, что приводит к возникновению пространственных зарядов, которые также дают вклад в измеряемые значения е и е". Эти вклады известны как эффекты Максвелла — Вагнера [25]. В принципе подобные эффекты можно подавить, проводя измерения при высокой частоте, низкой температуре или используя деионизованные образцы. Вследствие указанных осложнений интерпретация полученных результатов до сих пор не осуществлена. Однако, как ни точна молекулярная интерпретация, и биполярная ориентация, и эффекты Максвелла — Вагнера зависят от подвижности молекул воды. Интересно исследовать эту подвижность при более низких температурах, когда молекулы воды становятся более инертными и существует возможность застекловывания. [c.142]

В работе [52] наблюдали возникновение электрических зарядов при деформациях изгиба целого ряда полимеров. Всего было испытано 58 полимерных материалов, в том числе силиконовые каучуки, стеклонаполненные фенопласты и полиэфиры, полистирол, ПММА, полиамиды— найлоны 6, 6,6, 6,10, полиэтилен, политетрафторэтилен, бутадиен-стирольный и стирол-акрилонитриль-ный каучуки. [c.23]

Причина застудневания состоит в возникновении связей между молекулами высокомолекулярного вещества, которые в растворе представляли собою кинетические отдельности. Между молекулами полимера в растворе могут образовываться кратковременные связи, приводящие к возникновению ассоциатов. Однако если средний период существования связей между макромолекулами становится, очень большим (практически бесконечным), то ассоциаты не будут распадаться и возникшие образования проявляют в некоторой степени свойства твердой фазы. Постоянные связи между молекулами в растворах высокомолекулярных веществ могут образовываться в результате взаимодействия полярных групп макромолекул или ионизированных ионогенных групп, несущих электрический заряд различного знака, и, наконец, между макромолекулами могут возникать химические связи (например, при вулканизации каучука в растворе). Таким образом, застудневание есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения в застудневающей системе пространственной сетки. При этом для застудневания растворов высокомолекулярных веществ характерно, что связи образуются не по концам кинетических отдельностей, как это происходит при переходе в гель лиозолей с удлиненными жесткими частицами, а могут возникать между любыми участками гибких макромолекул, лишь бы на них имелись группы, которые могут взаимодействовать друг с другом. [c.482]

Один из важных факторов, определяющих агрегативную устойчивость суспензий микроорганизмов, — наличие поверхностного заряда клетки. Этот заряд зависит от видовой принадлежности, строения и физиологического состояния клеток и может варьироваться в широких пределах [14]. В отличие от частиц небиологической природы, имеющих четко выраженную границу раздела фаз, клеточная поверхность формируется на основе ряда поверхностных структур, включающих клеточную стенку, а также капсулы, пили, жгутики и ряд других, каждая из которых может оказьшать влияние на электрические поверхностные характеристики суспензий и определять их устойчивость [15]. Клеточные стенки микроорганизмов могут различаться как строением, так и химическим составом. Диссоциация функциональных групп полимеров формирует поверхностный заряд клеток. Заметный вклад в возникновение ловерх-ностного заряда вносят адсорбированные ионы металлов. Кроме того, образование поверхностных зарядов клеток обусловлено наличием трансмембранного потенциала, т. е. разности потенциала между цитоплазмой клетки и окружающей ее средой. Причина возникновения разности потенциалов связана с наличием физико-химических гра-диентов между цитоплазмой и средой, обусловленных активным переносом ионов и молекул клеткой. Трансмембранный потенциал может оказать заметное влияние на электрокинетический потенциал клетки [14]. [c.17]

Электропроводность полимеров чаще всего носит ионный характер, и величина удельной электропроводности непосредственно связана с содержанием свободных ионов в полимере. Собственно макромолекулы в переносе электрических зарядов не участвуют. Электропроводность большинства полимерных материалов в значительной степени определяется присутствием в них различных низкомолекулярных примесей кислот, щелочей, воды, остатков катализатора или эмульгатора и т. д. Эти примеси являются источниками возникновения в системе свободных ионов. Чем чище полимер, тем меньше его электропроводность, поэтому при получении полимеров, применяемых в качестве диэлектриков, серьезное внимание уделяется очистке материала от возможных низкомоле.ку-лярных примесей и от влаги. [c.108]

При оценке роли двойного электрического слоя на границе двух аморфных тел, обусловленного донорно-акцепторной связью, авторы теории исходят из того, что поверхностный слой одного из контактирующих тел насыщен донорными, а другой - акцепторными молекулами или функциональными группами. Двойной слой образуется в том случае, когда при его формировании уменьшается свободная энергия системы. Эти положения сближают электрическую теорию адгезии с молекулярной (вспомним правило полярности) и термодинамической. Вейк [179], критикуя электрическую теорию, в частности отмечает, что природа возникновения зарядов на поверхности полимеров остается невыясненной. [c.66]

Исследование процесса возникновения зарядов проводили также при динамических режимах сжатия в процессе изменения температуры. Образцы в виде цилиндров помещали между двумя металлическими электродами и периодически сжимали с частотой 25 Гц, в режиме постоянной деформации или постоянной нагрузки [45, 46, 53]. Для изучения влияния химического строения полимеров, в частности, полярности полимеров, измерения проводили на образцах вулканизатов с одинаковой степенью поперечного сшивания на основе каучуков СКН-18, СКН-26 и СКН-40 — сополимеров бутадиена и акрилонитрила с содержанием последнего соответственно 18, 26 и 40% (масс.). В этом ряду увеличивалась степень межмолекулярного взаимодействия и температура стеклования. Из температурных зависимостей (рйс. 10) видно, что величины зарядов, индуцируемых на электродах, связаны с релаксационными переходами в полимерах. Вблизи температуры стеклования, в области максимальных механических потерь величина зарядов проходит через максимум, который сдвигается по температурной шкале вправо вслед за увеличением межмолекулярного взаимодействия в полимерах. Меры, принимаемые для исключения трибоэффекта — изменение материала электродов, смазка поверхности глицерином, не приводили к изменению результатов. По-видимому, в процессе деформации происходит накопление зарядов, что и приводит к индуцированию электрических потенциалов на электродах. Величина индуцируемых потенциалов зависит от деформационных свойств полимеров. Следует отметить, что в режиме динамического сжатия при постоянной деформации с ростом полярности вулка-низата растет модуль сжатия, одновременно растет и максимум заряда. В режиме постоянной нагрузки с ростом модуля сжатия величина максимума заряда уменьшается, так как изменение величины заряда следует за изменением работы, затрачиваемой на деформацию. [c.25]

Наличие влектрических зарядов на свежеобразованных при разрушении лолимеров поверхностях и возникновение мощных электрических полей, ускоряющих эмиттирующие электроны, непосредственно связано с явлениями эмиссии и люминесценции. Было обращено и опе)Циально внимание собственно на образование зарядов и полей [46, 77, 191, 194], причем обнаружены заряды методом декорирования поверхностей золотом, показано, что если поля и разряды возникают при трении пар полимер—металл, то поверхность металла разрушается разрядами. Даже одноосное растяжение полиэтилена, полиэтилентерефталата, полиуретана дает эмиссию механоэлектронов 40, 25 и 10 эВ соответственно. Авто-электронная эмиссия возникает при градиенте 10 В/м, следовательно, например для полиэтилентерефталата ширина трещины, в которой возникают поля, имеет порядок 25-10- м, а плотность зарядов на поверхности трещины 10 Некоторые исследователи склонны объяснять высокую энергию механоэлектронов именно наличием таких полей. [c.60]

Еще одним возможным механизмом возникновения двойных электрических слоев является поверхностная ориентация молекул, имеющих полярные группы [57, 62, с. 98]. В работе [60, с. 81] указывается, что этот случай электризации при контакте наиболее полно соответствует процессам, происходящим па границе субстрат — полимерный адгезив, независимо от того, является ли субстрат металлом, стеклом, полимером и т. д. В массе полимера дипольные моменты полярных групп взаилшо компенсированы, а на поверхности — нет. При контакте с металлом или диэлектриком происходит ориентация поверхностных диполей, и поверхность приобретает заряд определенной величины и знака. Так что образование зарядов на поверхностях при контакте металла и диэлектрика или двух диэлектриков обусловлено главным образом эффектом ориентации, а эффект перехода электронов крайне незначителен [48]. [c.17]

Прежде чем остановиться на адгезионных характеристиках фосфатных вяжущих материалов, необходимо рассмотреть физико химическую сущность адгезий. В настоящее время распространены электрическая, адсорбционная и диффузионная теория адгезии, Поскольку диффузионная теория, видимо, неприменима для работы большинства минеральных вяжущих веществ, остановимся на первых двух. > По электрической теории Б. В. Дерягица и Н. А. Кротовой [1], адгезия обусловливается электростатическим притяжением зарядов двойного электрического слоя, образующегося на поверх-, дости раздела адгезив —. субстрат, причем отрыв клеящего вещества (адгезива) представляет собой процесс разведения обкладок микроконденсатора до наступления газового разряда. По этой теории адсорбционные явления необходимы лишь для перераспределения электронов на границе раздела, в результате чего обеспечивается двойной электрический слой. Возникновение двойного электриче- ского заряда возможно как результат ориентированной адсорбции полярных функциональных групп клея. Данные о клеящей способности полимеров показывают также на существенную роль химического фактора в процессе образования двойного электрического слоя [2]. / [c.99]

С. Скиннер, Р. Севейдж, Дж. Ратцлер [42] предлагают для случая адгезии высокополимеров к металлической поверхности объяснять возникновение двойного электрического слоя переходом электронов металла в диэлектрик, так как при контакте металла и полимера энергетический барьер у поверхности металла снижается, благодаря чему энергия электронов превышает высоту энергетического барьера и они собираются у внеш> ней поверхности металла. Полимер в этом случае заряжается отрицательно, а металл приобретает положительный заряд. [c.165]

Рассмотренные выше зависимости работы выхода электрона и связанных с ней параметров от поверхностной энергии полимеров (см. разд. 2.2.1) обусловливают перспективность методов повышения адгезионной способности последних, основанных на эмиттировании электронов,-светового облучения, ионной бомбардировки, механохимического воздействия и т.д. Простейший прием состоит в наложении электрического поля, положительно сказывающемся на образовании свободных радикалов [796]. Однако фиксация в полимерах генерируемых зарядов недолговечна, и для перехода фазы в гомоэлектретное состояние обычно необходима высокая напряженность поля. В то же время обоснованность подобного подхода позволяет считать, что он может иметь общее значение для регулирования адгезионной способности вне зависимости от мощности соответствующего воздействия. Действительно, даже слабые электрические поля приводят к упрочнению клеевых соединений благодаря возникновению и главным образом совмещению активных центров на поверхностях адгезива и субстрата [797]. [c.200]

Для латексов, полученных с использованием ионогенных эмульгаторов, как для любых коллоидных систем с полярными дисперсионными средами, характерно существование двойного электрического слоя на межфазной границе. Поскольку большинство л.атексов получают с применением анионоактивных эмульгаторов. частицы полимера несут отрицательный заряд. Внешняя обкладка двойного электрического слоя состоит из двух частей. Определенная часть катионов прочно связана с поверхностью частиц полимера не только электростатическими, но и адсорбционными силами взаимодействия и перемещается в дисперсионной среде вместе с этой частицей (плотный слой). Другая часть катионов связана с отрицательно заряженной частицей полимера только электростатическим взаимодействием, и концентрация катионов этого рыхлого (диффузного) слоя быстро уменьшается по мере удаления от поверхности. При движении частицы полимера в дисперсионной среде ионы диффузного слоя не перемещаются вместе с ней, что приводит к возникновению разности потенциалов между твердой поверхностью полимера и жидкой средой (элек-трокинетический, или д-потенциал). [c.396]