聚合物的电学性质

聚合物的静电现象

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。

电子从材料的表面逸出，需要克服原子核的吸引作用，它所需的最小能量可用功函数（即逸出功）来表征。摩擦时电子从功函数小的一方转移到功函数大的一方，使两种材料分别带上不同的静电荷。

一些主要高分子的功函数及起电次序（tribo-electric series）见表10-1。

表10-1高聚物的摩擦起电序

物质在上述序列中的差距越大，摩擦产生的电量也越多。一般认为摩擦起电序与有一定关系，大的带正电，小的带负电。

静电一般有害，主要是：

（1）静电妨碍正常的加工工艺；

（2）静电作用损坏产品质量；

（3）可能危及人身及设备安全。

因而需要消除静电。目前较广泛采取的措施是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。

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。

聚合物的其他电学性质

（1）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。

（2）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。

（3）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。

本章还包括高分子的热性能、光学性能以及表面与界面性能。