Заряды при деформации полимеров

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]

Надежность и безаварийность работы таких насосов обеспечиваются наблюдением за износом и своевременной заменой эластичных деталей, которые вследствие непрерывной деформации и старения полимера имеют ограниченный срок службы. При пере-кач се жидкостей-диэлектриков такими насосами происходит на-ко пление зарядов статического электричества и необходимо принимать меры для их отвода. [c.406]

Разрушение полимеров, в электрических полях и электрические заряды, возникающие при деформации полимеров 140 [c.4]

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

Заряды при деформации полимеров [c.18]

Цепные полимеры могут кристаллизоваться степень кристалличности эластомеров обычно повышается с увеличением деформации. Синтетические органические цепные полимеры, которые проявляют значительную кристалличность в нерастянутом состоянии, являются до некоторой степени хрупкими и не обладают высокой эластичностью [114]. Согласно теории, высокая эластичность не характерна для аморфных веществ, в которых молекулярные цепи сильно притягиваются друг к другу благодаря взаимодействию зарядов или влиянию вторичных химических связей. Эффект ионизации вдоль молекулярной цепи можно наблюдать в случае солей органических полиэлектролитов с ионами многозарядных металлов и цепных силикатов [71], которые тверды, жестки и не проявляют эластомерных свойств вследствие эффективного многократного образования поперечных связей между цепями благодаря силам кулоновского взаимодействия между анионами и катионами. [c.36]

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]

ЗАРЯДЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРОВ [c.13]

Таким образом, при деформации полимеров в стеклообразном состоянии происходит заряжение (одноименное), а при деформации в высокоэластическом состоянии, в котором в нормальных условиях находятся вулканизаты (резины), новые заряды вообще не образуются, а происходит только перераспределение зарядов. [c.15]

При деформации неполярных полимеров (ПП, ПЭ) такая картина наблюдается всегда. Так что в тех случаях, когда имеет место радиальная ориентация, она соответственно проявляет себя в неравномерном, радиальном распределении плотности зарядов, причем с увеличением ориентации растет и величина зарядов. При отсутствии такой ориентации превалирует поверхностное заряжение вследствие разрыва контакта полимер — подложка. Аналогичные эксперименты по получению меха- [c.70]

Из-за вязкоупругих свойств полимеров деформация отстает от приложенного напряжения, поэтому отстает и появление зарядов — изменение поляризации Р от Р. Пьезоэлектрический модуль в этом случае целесообразно представить в комплексном виде, аналогично диэлектрической проницаемости [c.153]

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

На рис. 63 приведены результаты по измерению пьезомодуля с з1 электретов из ПВХ в динамическом режиме. С ростом температуры до 60 °С разность потенциалов V почти не меняется, при более высоких температурах V увеличивается, проходит через максимум при 70 °С и падает. Изменение разности потенциалов, обусловленной пьезоэффектом, связано с изменением деформационных свойств полимера. Из зависимости деформации А1/1 от температуры при постоянной нагрузке видно, что при 70 °С деформация увеличивается примерно в 1,3 раза, а с 82 °С деформация резко возрастает. Поскольку поверхностная плотность зарядов прямо пропорциональна деформации, разность потенциалов V растет вследствие увеличения деформации А///, однако резкое возрастание деформации выше 80 °С не приводит к увеличению V, так как одновременно происходит быстрое снижение остаточной поляризации в образце вследствие термодеполяризации. [c.113]

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]

Вообще, электрические явления в ряде случаев возникают и при разрушении монолитных тел. Известно, например, что при разрыве однородных твердых тел могут возникнуть электрические поля [317, 318], вызывающие триболюминесценцию. Это явление объясняют свечением газа, заполняющего трещины, покрытые зарядами с большой поверхностной плотностью. При разрывах жидкости под действием ультразвука (кавитации) наблюдается люминесценция [319]. При разрушении на воздухе или в среднем вакууме диэлектриков можно наблюдать разряд поверхностных зарядов через газовый промежуток, а раскалывание в глубоком вакууме сопровождается электронной эмиссией [320, 321]. Работа разрушения зависит от скорости, а также от давления и природы газа, в котором происходит разрушение [321]. Эмиссия электронов протекает не только нри разрушении, но и при деформации полимеров. Например, растяжение пленок гуттаперчи, сопровождаемое пластической деформацией, приводит к появлению сильной эмиссии электронов [322]. Вибрационно-механическое воздействие на полимеры также сопровождается эмиссией электронов [323]. Показано [324], что фотоэмиссия, возникающая при нагружении и разрушении полимеров, связана с процессами деструкции макромолекул. Образование свободных радикалов при деформации полимеров зарегистрировано с помощью метода ЭПР. Авторы этой работы предполагают, что люминесценция в момент разрыва химических связей обусловлена реакциями рекомбинации и диснропорционирования свободных радикалов, возникших в зоне роста главной трещины. [c.202]

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

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]

Идеальный диэлектрик при низких температурах (с ионной или ковалентной связью) не имеет свободных зарядов и потому проводимость а = О и внешнее электростатическое поле вызывают лишь поляризацию атомов, молекул или ионов и их переориентацию, если они полярны. Наведенная (электронная) поляризация связана с деформацией электронных оболочек и устанавливается при наложении внешнего поля очень быстро [18] за время —10 —10 с. В тех случаях, когда диэлектрик построен из ионов (например, Na l), имеет место смещение положительных ионов относительно отрицательных (деформация решетки). Время установления ионной поляризации 10 —10 с. Некоторые диэлектрики (полярные соединения, многие полимеры) содержат готовые диполи. Если при этом имеется возможность их вращения при наложении поля, то имеет место третий тип поляризации — ориентационная поляризация. Время установления ориентационной поляризации зависит от температуры экспоненциально (см. ниже). [c.272]

Аналогичные принципы лежат в основе записи на термопластических пленках, где оптическое изображение преобразуется в электрические сигналы, управляющие электронным пучком возникающие при эгом на поверхности пленкн отрицательные заряды, взаимодействуя с положительными зарядами на слое под ней, вызывают деформацию нагретой пленки с образованием системы канавок, представляющей собой запись изображения. Фотографический процесс можно упростить, введя в полимер органические полупроводники или применяя пленки, изготовленные нз полупроводникового полимера, например из поливинилкарба-зола [c.467]

Для сохранения структурных особенностей сетчатых полимеров существенную роль играет выбор рационального режима дегидратации. В работе [63 показано, что при высушивании карбоксильных катионитов на основе СТ—ДВБ в водородной форме происходит сжатие их пространственных сеток. После повторного высушивания первоначальная величина набухания не восстанавливается. Этот эффект сильнее всего проявляется в случае гелевых и гетеросетчатых систем, тогда как для макропористых сополимеров он существенно слабее (кроме того, показано, что высушивание не влияет на величину общей пористости макропористых систем в сухом состоянии). Для солевой формы эффект сжатия пространственной сетки не наблюдается по-видимому, суммарный заряд фиксированных ионов, возникающий при ионизации функциональных групп, препятствует плотной упаковке цепей матрицы при их сближении в процессе дегидратации. Сравнение способов высушивания макропористого карбоксильного катионита КМ-2п показывает [64], что минимальное изменение удельного объема имеет место для лиофильно высушенного образца. На взаимодействие полимеров с растворителем влияет и термодинамическое качество последнего в хорошем растворителе полимерная сетка эластичная, в плохом — жесткая. Это сказывается на величине деформации полимерного материала при испарении растворителя. Эластичные сетки дают большую величину усадки, чем жесткие [40, 65, 66]. [c.23]

Пьезоэлектрический эффект проявляется как у полярных (полп-метилметакрилат, поливинилхлорид), так и у неполярных (полистирол, полипропилен, полиэтилен) полимеров [101]. В результате воздействия механического поля (сжатия) на эти полимеры одновременно с механической ориентацией происходит и электрическая поляризация, типа электретной, в направлении, перпендикулярном плоскости деформации. Максимальная плотность заряда в этом случав составляла 40 мкКл/м . Пьезоэлектрический эффект обнаружен при поперечном сжатии шерстяных волокон [95]. [c.26]

В 1972 г. такие же эксперименты были проведены с полимерами в стеклообразном состоянии [48]. Методика измерения была такая же, как в работе [45]. Образцы пленок из полиэтилентерефталата, поликарбоната (ПЭТФ, ПК) растягивали с постоянной скоростью, при этом автоматически записывались три диаграммы нагрузка— деформация, изменение электрического потенциала — время, интенсивность свечения — время. Интенсивность свечения служила мерой эффекта механолюминесценции [49]. Во всех случаях одноосное растяжение полимеров приводило к росту электростатических зарядов на образцах, свечению, интенсивность обоих эффектов возрастала по мере растяжения вплоть до разрыва образца (рис. 8). Величина заряда была прямо пропорциональна интенсивности свечения (рис. 9). Начало роста заряда совпадало с началом роста интенсивности свечения, после достижения некоторой деформации. Поверхностная плотность зарядов достигала 1 10- Кл/см Интересно отметить, что интенсивность свечения была пропорциональна толщине образца, т. е. была обусловлена процессами, происходящими в толще полимерных образцов (образцы были прозрачны). В то же время величина зарядов практически не увеличивалась с увеличением толщины образцов и была пропорциональна площади поверхности. [c.22]

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]

Величина и знак заряда при изгибе и форма гистере-зисной кривой зависят от типа материала и его предыстории. Площадь гистерезисной петли для ряда материалов (в том числе для силиконового каучука) уменьшается прямо пропорционально увеличению модуля упругости. При испытаниях гомогенных материалов наблюдали непрерывное изменение заряда с изменением степени деформации. У негомогенных материалов таких как смолы, армированные волокном, смеси пластмасс с кау-чуками, гетерогенные пенистые материалы из ПТФЭ и ПЭ заряд увеличивается ступенчато, скачками. Полагают, что это связано с перемещением при деформации друг относительно друга частиц, находящихся в полимере в разных фазовых состояниях. [c.24]

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]

В книге уже указывалось на исследования пьезоэлектрических свойств полимеров, находящихся в высо-коэлвсти ческом состоянии [45, 46, 109] (см. гл. I). Заряды на поверхности возникали в результате трения из-за больших деформаций или были зафиксированы смещенные ионы в процессе вулканизации. В последнем случае получали хемоэлектреты , свойства которых изложены в гл. II и III. Пьезомрдуль определяли статическим методом (рис. 74). [c.157]

Закревский и Пахотин [31] с помощью электростатического электронно-оптического преобразователя визуально наблюдали и регистрировали во времени, с записью на кинопленке, картину распределения эмиссионных центров на поверхности полимеров в процессе их деформации, наблюдали неоднородности распределения зарядов при деформации и разрушении полимеров. [c.15]

Дополнительные эксперименты показали, что при разных видах деформации наблюдаются существенные различия в характере распределения зарядов. При раздавливании образцов из полярных полимеров, например образцов ПММА, имеющих форму цилиндра, после достаточного предварительного прогревания при соответствующей температуре деформация может происходить с образованием бочки . При этом развивается высокоэластическая деформация такого же типа, как и при сжатии резинового цилиндра. В тех случаях -когда материал ведет себя как вязкотекучая жидкость, образуются два венца у поверхности, которые постепенно растекаются (см. рис. 31). Если в первом случае удается наблюдать мозаичное распределение зарядов и величина зарядов растет от центра к краям образца, то в -последнем случае наблюдается равномерное заряжение такого же типа, которое наблюдается при отрыве припрессованной фольги от подложки (см. гл. I). [c.53]

Общая теория пьезоэффекта в полимерах с инжектированными зарядами разработана Хайякава и Вада [170]. Пьезомодуль при деформации равен [c.127]

Очень важной характеристикой эксплуатационных свойств волокон является их устойчивость к многократным деформациям и истиранию. К сожалению, нет общепринятых стандартных методов оценки этих показателей. Сопоставление данных, полученных в одинаковых условиях, показывает, что большинство поливинилхлоридных волокон по устойчивости к многократным деформациям (двойные изгибы) превосходит полиакрилонитрильные, но уступают полиамидным и полиолефиновым волокнам. Однако волокна из перхлорвиниловой смолы (хлорин) и полностью усаженные волокна из обычного ПВХ (термовиль) выдерживают значительно меньше двойных изгибов, чем полиакрилонитрильные. Данных по устойчивости к истиранию поливинилхлоридных волокон в литературе почти нет. Указывается [14], что фибровиль обладает высокой износостойкостью и добавка его в количестве 10—15% к шерсти повышает устойчивость ткани к истиранию на 50—60%. Полимеры винилхлорида являются хорошими диэлектриками и в сочетании с их гидрофобностью это определяет высокую электризуемость волокон, при трении на них накапливается высокий отрицательный заряд. [c.438]