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1、防止静电防止静电ppt本讲稿第一页，共三十九页 任何两个固体，不论其化学组成是否相同，只要它们的任何两个固体，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。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）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。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、器件发生高聚物
2、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以漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达1515千伏以上。千伏以上。一、一、静电现象：本讲稿第二页，共三十九页二、二、静电的危害n静电妨碍正常的加工工艺；静电妨碍正常的加工工艺；n静电作用损坏产品质量；静电作用损坏产品质量；n可能危及人身及设备安全可能危及人身及设备安全本讲稿第三页，共三十九页n绝缘体表面的静电可以通过三条途径消失：绝缘体表面的静电可以通过三条途径消失：（1 1）通过空气
3、（雾气）消失）通过空气（雾气）消失 （2 2）沿着表面消失）沿着表面消失 （3 3）通过绝缘体体内消失）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。因此可在三方面采取适当的措施，消除已经产生的静电。三、三、消除静电的措施本讲稿第四页，共三十九页1.1.将抗静电剂加到高分子材料中或涂布在表面。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）。纤维纺丝工序等）以及非离子型（聚乙
4、二醇等）。纤维纺丝工序中采取中采取“上油上油”的办法，给纤维表面涂上一层吸湿的办法，给纤维表面涂上一层吸湿性的油剂，增加导电性。性的油剂，增加导电性。2.2.提高高聚物的体积电导率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。静电橡皮或防静电塑料。本讲稿第五页，共三十九页 静电现象有时也能加以利用。如静电复印、静电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、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静电医疗等，都成
5、功地利用了高分子材料的静电作用。作用。四、四、应用本讲稿第六页，共三十九页聚合物的其他电学性质聚合物的其他电学性质 一、一、力电性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。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。将将高高聚聚物物的的试试样样置置于于两两电电极极之之间间，在在机机械械力力的的作作用用下下，因因发发生生形形变变（伸伸长长线线缩缩短短）而而发发生生极极化化，同同时时产产生生电电场场，这这种种现现象象称称正正压压电电效效应应。反反之之，在在高高聚聚物物试试样样上上加加上上电电场场，试试样样发发生生相相应应的的形形变变，同同时时产产生生应应力力，这这个个现
6、象称为逆压电效应。现象称为逆压电效应。产产生生压压电电效效应应的的高高聚聚物物主主要要结结晶晶高高聚聚物物（单单轴轴取取向向）和和高高分分子子驻驻极极体体。如如PVCPVC、PCPC、PTFEPTFE和和HDPEHDPE等。等。利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。本讲稿第七页，共三十九页二、热电性热电性 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。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。驻驻极极体体：将将电电介介质质置置于于高高压压电电场场中中极极化化，随随即即冻冻结结极极化化电电荷荷，
7、可可获获得得静静电电持持久久极极化化，这这种种长长寿寿命命的非平衡电矩的电介质称驻极体。的非平衡电矩的电介质称驻极体。高高聚聚物物驻驻极极体体研研究究从从上上世世纪纪四四十十年年代代开开始始，现现已已投投入入使使用用优优点点聚聚偏偏氟氟乙乙烯烯、PETPET、PPPP、PCPC等等高高聚聚物物超超薄薄薄薄膜膜驻驻极极体体，广广泛泛用用作作电电容容器器传传声声隔隔膜膜，计计算算机机储储存存器器、爆爆炸炸起起爆爆器器、血血液液凝凝固加速作用等方面。固加速作用等方面。高高聚聚物物驻驻极极体体的的制制备备方方法法是是：将将高高聚聚物物薄薄膜膜夹夹在在两两个个电电极极中中，加加热热到到聚聚合合物物的的主
8、主转转变变温温度度以以上上，然然后后施施加加电电场场，使使薄薄膜膜极极化化一一段段时时间间。在在电电场场作作用用下下以以一一定定速速度度缓缓慢慢冷冷却却至室温（或低温），最后撤去外电场。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（退极化电流，测
9、得的放电电流随温度的变化称为热释电流谱（TSCTSC），又称为去极化介电谱或），又称为去极化介电谱或热刺激电流谱。热刺激电流谱。本讲稿第八页，共三十九页三、光电性三、光电性光光电电导导性性：光光照照射射下下高高聚聚物物的的导导电电性性能能发发生生变变化化的的现现象象。如如聚聚乙乙烯烯基基咔咔唑唑、聚聚萘萘酯酯等等吸吸收收光光能能而而放放出出光光电电子子，使使电导率增大。在信息传递方面得到了一些应用。电导率增大。在信息传递方面得到了一些应用。本讲稿第九页，共三十九页第八章第八章高聚物的热学、光学和磁学性能高聚物的热学、光学和磁学性能n第一节第一节高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料高聚物的热稳定性
10、和耐高温高聚物材料主要讨论的内容：主要讨论的内容：（1）高聚物的热稳定性；）高聚物的热稳定性；（2）高聚物的热膨胀；）高聚物的热膨胀；（3）高聚物的热传导；）高聚物的热传导；（4）高聚物的阻燃性。）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。性能实质上是平衡态性能。本讲稿第十页，共三十九页n作为建筑和交通工具的结构材料，高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。本讲稿第十一页，共三十
11、九页高聚物在受热过程中将发生两类变化：高聚物在受热过程中将发生两类变化：n（1）物理变化：软化、熔融。）物理变化：软化、熔融。n（2）化学变化：环化、交联、降解、氧化、水解等）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）。（其中氧化和水解是热能与环境共同作用的结果）。本讲稿第十二页，共三十九页8.1高聚物结构与耐热性的关系高聚物结构与耐热性的关系-马克三角形原马克三角形原理理n提高高聚物的耐热性，主要有三个结构因素提高高聚物的耐热性，主要有三个结构因素：增加分子增加分子链的刚性，使高聚物能够结晶以及进行交联链的刚性，使高聚物能够结晶以及进行交联-马克三角
12、马克三角原理。原理。n（一）结晶（一）结晶增加高分子间相互作用的有效方法。增加高分子间相互作用的有效方法。目的目的 提高熔融温度。提高熔融温度。手段手段 提高聚合物分子的规整性，减少侧基体积，主链或侧基中引提高聚合物分子的规整性，减少侧基体积，主链或侧基中引 入强极性基团。入强极性基团。本讲稿第十三页，共三十九页n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本讲稿第十四页，共三十九页n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。本讲稿第十五页，共三十九页n（二）交联（
13、二）交联结果结果 从高分子链间形成化学键，阻碍分子链的运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。动，从而提高聚合物的耐热变形性。结果结果 可利用化学交联和辐射交联等方法进行。可利用化学交联和辐射交联等方法进行。本讲稿第十六页，共三十九页n高分子的化学交联也能提高高聚物的强高分子的化学交联也能提高高聚物的强度和抗性。度和抗性。n分子链的化学交联限制了链的运动，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。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分
14、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连接起来的，因此硫化橡胶有足够好的耐热性和强度。耐热性和强度。本讲稿第十七页，共三十九页n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。n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。n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。本讲稿第十八页，共三十九页8-2本讲稿第十九页，共三十九页n（三）增加分子链的刚性（三）增加分子链的刚性n方法：在分子链上方法：在分子链上“挂挂”一些大体积的基团一些大体积的基团
15、以限制分子链的弯曲，可以使分子链变成刚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。环杂环高聚物；还有梯形高聚物。本讲稿第二十页，共三十九页n马克三角原理：以三角形的每一个角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
16、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。本讲稿第二十一页，共三十九页本讲稿第二十二页，共三十九页第二节第二节高聚物的热分解高聚物的热分解n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。n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：n（1）在高分子链中避免弱键，可以提高高聚物的热稳定性；本讲稿第二十三页，共三十九页8-3P435本讲稿第二十四页，共三十九页8-48-4本讲稿第二十五页，共三十九页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
17、物一般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。但是提高温度时容易环化而降低力学性能。但是在主都具有很好的热稳定性。但是提高温度时容易环化而降低力学性能。但是在主链上再引入链上再引入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。学性能的材料。本讲稿第二十六页，共三十九页n（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本讲稿第二十七页，共三十九页（3）合成）合成“梯形梯
18、形”、“螺形螺形”和和“片状片状”结构的聚合结构的聚合物物8-68-7本讲稿第二十八页，共三十九页图图8-8本讲稿第二十九页，共三十九页第三节第三节 高聚物的热膨胀高聚物的热膨胀热膨胀：热膨胀：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。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：热膨胀的原因：热膨胀的原因：热膨胀的原因：原子或分子间的相互作用力随温度而变化。原子或分子间的相互作用力随温度而变化。热膨胀的形式：热膨胀的形式：热
19、膨胀的形式：热膨胀的形式：线膨胀、面膨胀、体膨胀。线膨胀、面膨胀、体膨胀。高聚物材料的膨胀规律：高聚物材料的膨胀规律：高聚物材料的膨胀规律：高聚物材料的膨胀规律：膨胀率随温度的升高而增大。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部分高聚物材料室温下的线膨胀系数注意：注意：注意：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。材料复合时，线膨胀系数不同会造成弯曲、开裂、脱层问题。高聚物材料线膨胀系数105，1/K高聚物材料线膨胀系数105，1/K石英玻璃热固性塑料酚醛树脂（木粉）脲醛树脂硫化天然橡胶热塑性塑料聚苯乙烯0.12-53386-207PMMA尼龙PPHDP
20、ELDPEPVC纤维素的酯和醚4.56-96-1011-1313-205-18.5（未增塑）6-17本讲稿第三十页，共三十九页第四节 高聚物的热传导三、导热性三、导热性三、导热性三、导热性规律：规律：规律：规律：高聚物材料的导热性普遍较差，其热导率数值较小。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某些高聚物的热导率与其它材料的对比实例：实例：实例：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，要经受时，要经受11000-16700 11000-16700 的高温，但烧坏的只是
21、涂层外边的一层，保证内部完的高温，但烧坏的只是涂层外边的一层，保证内部完好无损。好无损。生活中经常用的冰箱、冷库等保温材料。生活中经常用的冰箱、冷库等保温材料。高聚物热导率高聚物热导率其它物质热导率PEPP（无规）PIBPSPVCPMMA0.3290.1720.1300.1420.1680.193PETP聚氨酯PCEP0.2180.1470.1930.180铜铝软钢玻璃木材石墨385240500.90.384139本讲稿第三十一页，共三十九页n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。n高聚物主要是靠分
22、子间力结合的材料，导热一般较差，导热系数很小，是优良的绝热保温材料。n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。本讲稿第三十二页，共三十九页n（1）非晶态高聚物的热传导n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。n（2）晶态高聚物的热传导n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H
23、DPE的k值在100K附近达到一个峰值，然后随温度升高而缓慢下降。本讲稿第三十三页，共三十九页n（3）取向对高聚物热传导的影响n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。n（4）压力对固体高聚物热传导性能的影响n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。本讲稿第三十四页，共三十九页第五节第五节阻燃高聚物阻燃高聚物n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。本讲稿第三十五页，共三十九页一些阻燃材料示例：图片：阻燃阻燃PBT阻燃阻燃EP阻燃阻燃PA阻燃阻燃PA/ABS阻燃阻燃ABS阻燃阻燃PC阻燃阻燃PP本讲稿第三十六页，共三十九页阻燃阻燃TPU阻燃三聚氰胺阻燃三聚氰胺阻燃阻燃PETG阻燃仿皮革阻燃仿皮革阻燃布阻燃布本讲稿第三十七页，共三十九页耐火碳纤维耐火碳纤维F4本讲稿第三十八页，共三十九页阻燃阻燃PVC本讲稿第三十九页，共三十九页