第七章高聚物的电学与磁学性能

第七章高聚物电学与磁学性能高分子材料的电学性能

是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。品种繁多的高聚物，有着极宽的电学性能指标范围，它们的介电常数从略大于1到103或更高，电阻率的范围超过20个数量级，耐压可高达100万伏以上。

多数高分子材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高。被用来约束和保护电流，使它沿着选定的途径在导体里流动。高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体电学性质的测量方法，由于可以在很宽的频率范围下进行观察，显示出更大的优越性。高聚物的电学性质往往非常灵敏地反映材料内部结构的变化和分子运动状况，因此电学性质的测量，作为力学性质测量的补充，已成为研究高聚物的结构和分子运动的一种有力的手段高聚物的介电性能高聚物的导电性能高聚物的电击穿高聚物的静电作用7-1高聚物的介电性能高聚物在外电场作用下出现的对电能的储存和损耗的性质，称为介电性。

用介电系数和介电损耗来表示。

在外电场的作用下，电介质分子或者其中某些基团中电荷分布发生的相应变化称为极化。

极化决定了高聚物的介电行为。分子极化变形极化或诱导极化电子极化价电子云相对原子核的位移原子极化原子核之间的相对位移取向极化10-15~10-13s

10-13s以上

10-9s以上

界面极化

1.电子极化电子极化是外电场作用下分子中各个原子或离子的价电子云相对原子核的位移。极化过程所需的时间极短，约为

10-13~10-15s。当除去电场时，位移立即恢复，无能量损耗，所以也称可逆性极化或弹性极化。

2.原子极化分子骨架在外电场作用下发生变形。如CO2分子是直线形结构O=C=O，极化后变成个，分子中正负电荷中心发生了相对位移。极化所需要的时间约为10-13s，并伴有微量的能量损耗。

以上两种极化统称为变形极化或诱导极化

其极化率不随温度变化而变化，聚合物在高频区均能发生变形极化或诱导极化

3.取向极化

取向极化又称偶极极化，是具有永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。极性分子沿外电场方向的转动需要克服本身的惯性和旋转阻力。极化所需要的时间长，一般为10-9s，发生于低频区域。

发生在具有永久偶极矩的极性分子中

4.介电常数

真空平板电容器的电容C0与施加在电容器上的直流电压U及极板上产生的电荷Q0

真空电容器的电容为如果在上述电容器的两极板间充满电介质，这时极板上的电荷将增加到Q，Q=Q0+Q′，电容也相应增加为C

定义含有电介质的电容器的电容C与相应真空电容器的电容之比为该电介质的介电常数ε，即

电介质的极化程度越大，Q值越大，ε也越大。

介电常数ε是衡量电介质极化程度的宏观物理量，表征电介质贮存电荷和电能的能力大小。

5.影响高聚物介电常数的因素

（1）高聚物分子结构

分子极性越大，极化程度越大，介电常数越大。

非极性聚合物，μ=0D，ε=2.0~2.3弱极性聚合物，0<μ≤0.5D，ε=2.3~3.0中等极性聚合物，0.5<μ≤0.7D，ε=3.0~4.0强极性聚合物，μ>0.7D，ε=4.0~7.0（2）外加电场频率

低频电场中，介电常数就是静电场下的数值ε0频率超过某一范围时，介电常数减小。高频电场下，最后只会发生电子极化，介电常数达到最小值。

（3）温度的影响

非极性高聚物的介电常数与温度关系不大

极性高聚物一般来说在温度不太高时，介电常数增加，到超过一定温度范围后，介电常数减小。

电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量而发热，称介电损耗。

电导损耗：电介质所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。极化损耗：由于分子偶极子的取向极化造成的。

非极性聚合物，电导损耗是主要的；极性聚合物，主要为极化损耗。

6.介电损耗

电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交换。取向极化过程是一个松弛过程，电场使偶极子转向时，一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量，发生松弛损耗；变形极化是一种弹性过程或谐振过程，当电场的频率与原子或电子的固有振动频率相同时，发生共振吸收，损耗电场能量最大。

只有当电场变化速度与微观运动单元的本征极化速度相当时，介电损耗才较大。

在交变电场E=E0cosωt（E0为交变电流峰值）的作用下，电位移矢量也是时间的函数。

由于聚合物介质的粘滞力作用，偶极取向跟不上外电场变化，电位移矢量迟后于施加电场，相位差为δ，即

D=D0

cos(ωt-δ)=D1cosωt

+D2sinωt

D1—电位移矢量跟上施加电场的部分

D1=D0cosδ

D2—电位移矢量滞后于施加电场的部分

D2=D0sinδ

令D1/E0

＝ε′，

D2/E0

＝ε″

ε′—实测的介电常数，代表体系的储电能力

ε″—损耗因子，代表体系的耗能部分

通常，用损耗角正切tgδ表征聚合物电介质耗能与储能之比，即tgδ=ε″/ε′

取真空的相对介电常数为1，则非极性聚合物的介电常数在2左右，损耗角正切小于110-4；极性聚合物的损耗角正切在110-1~510-3之间。

7.影响聚合物介电性能的因素（1）高聚物的分子结构

高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关

非极性聚合物具有低介电常数（ε约为2）和低介电损耗（tgδ<10-4）极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗

同一聚合物高弹态下的介电常数和介电损耗要比玻璃态下大

大分子交联会妨碍极性基团取向，使介电常数降低

支化结构会使大分子间相互作用力减弱，分子链活动性增强，使介电常数增大

结晶高聚物在低于熔点温度下，介电常数和介电损耗都随结晶度的提高而下降

（2）温度和交变电场频率的影响

当电场频率较低时（ω→0，相当于高温），电子极化、原子极化和取向极化都跟得上电场的变化，因此取向程度高，介电常数大，介电损耗小（→0）温度升高一方面使材料粘度下降，有利于极性基团取向，另一方面又使分子布朗运动加剧，反而不利于取向。（3）增塑剂

加入增塑剂可以降低高聚物的粘度，促进偶极子取向，它与升高温度有相同的效果

（4）杂质的影响

对于非极性聚合物，杂质是引起介电损耗的主要原因

（5）孔隙和空洞

在要求介电常数和介电损耗很小的构件中，常采用蜂窝或泡沫结构

导电杂质和极性杂质（如水份）会大大增加聚合物的导电电流和极化度，使介电性能严重恶化外电场强度越大，偶极子的取向度越大；温度越高，分子热运动对偶极子的取向干扰越大，取向度越小。对聚合物而言，取向极化的本质与小分子相同，但具有不同运动单元的取向，从小的侧基到整个分子链。完成取向极化所需的时间范围很宽，与力学松弛时间谱类似，也具有一个时间谱，称作介电松弛谱。

8.高聚物的介电松弛谱如果在宽阔的频率或温度范围内测量高分子材料的介电损耗，可以在不同的频率或温度区间观察到多个损耗峰，构成介电松弛谱图。根据时-温等效原理，介电松弛谱通常是固定频率下，通过改变温度测得的介电损耗温度谱。对于结晶和非晶聚合物，其介电松弛谱图形不同。

对于极性玻璃态聚合物，介电松弛谱一般有两个损耗峰，高温区的α峰，低温区的β峰聚丙烯酸甲酯（a）和聚氯乙烯（b）的介电松弛谱图

对于结晶态聚合物，介电松弛谱一般有α、β、γ三个损耗峰，α峰反映了晶区的分子运动，β峰与非晶区的链段运动有关，γ峰可能与侧基旋转或主链的曲轴运动相关。聚偏氟乙烯的介电松弛谱图在这些图谱上，高聚物的介电损耗一般都出现一个以上的极大值，分别对应于不同尺寸运动单元的偶极子在电场中的松弛损耗。按照这些损耗峰在图谱上出现的先后，在温度谱上从高温到低温，在频率谱上从低频到高频，依次用、、命名。固体高聚物的介电松弛综合图三种聚乙烯的介电谱（100KHz）两种聚四氟乙烯的介电谱（1KHz）基本概念导电（欧姆定律R=U/I）当在材料的两端施加电压时，材料中有电流流过电阻R与材料的性质有关，还与材料的长度及截面积有关7-2高聚物的导电性能电导G试样的电导G为电阻的倒数G=1/R=I/U

电阻和电导的大小都与试样的几何尺寸有关，不是材料导电性的特征物理量。

电阻率

只与材料本性有关，而与导体的几何尺寸无关。是评定导电性的基本参数

试样的电阻与试样的厚度h成正比，与试样的面积S成反比

R=·h/S

比例常数

称为电阻率

电导率σ

只与材料本性有关，而与导体的几何尺寸无关。是评定导电性的基本参数，σ越大材料导电性能越好。

G=

·S/h

比例常数

称为电导率

电阻率与电导率都不再与试样的尺寸有关，而只决定于材料的性质，它们互为倒数，都可用来表征材料的导电性。

相对电导率（IACS%):把国际标准软纯铜（20℃时电阻率0.0174Ω.mm2/m）的电导率作为100%，其它材料的电导率与之相比的百分数即为该材料的相对电导率。如铁的IACS%为17%，铝的为65%材料导电性的划分一般根据电阻率的大小，把材料分为三类：（1）导体ρv

=0~103Ω.cm（2）半导体

ρv=103~108Ω.cm（3）绝缘体

ρv

=108~1018Ω.cm

金属及合金一般属于导体，纯金属电阻率在10-6~10-5Ω.cm之间，合金的在10-5~10-3Ω.cm；元素周期表ⅣB族中的硅、锗、锡及它们的化合物，及少量陶瓷、高分子聚合物为半导体；绝大多数陶瓷、玻璃和高分子聚合物为绝缘体材料。导电机理能够携带电荷的自由粒子称为载流子金属——自由电子——电子电导无机材料——离子，电子——离子导电超导体——双电子对（库伯对）导电聚合物——孤子材料导电现象的微观本质就是载流子的定向移动控制材料的导电性能实际上就是控制材料中的载流子的浓度和这些载流子的移动速率对于金属材料来说，载流子的移动速率特别重要对于半导体材料来说，载流子的数量更为重要载流子的移动速率取决于原子之间的结合键、晶体点阵的完整性、微结构以及离子化合物中的扩散速率导电现象的微观本质导体、半导体、绝缘体的能带结构示意图导体：允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠；在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流。绝缘体：一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即使禁带上面的能带完全是空的，在外电场的作用下电子也很难跳过禁带，即不能产生电流。半导体：半导体的能带结构与绝缘体相同，不同的是它的禁带比较窄；半导体的能带在外界作用下，价带中的电子就有能量可能跃迁到导带中去。1.

高聚物的导电特点载流子为电子、空穴，正、负离子大多数高聚物都存在离子电导，特别是没有共轭双键、电导率很低的非极性高聚物共轭聚合物、聚合物电荷转移络合物、聚合物自由基-离子化合物和有机金属聚合物具有很强的电子电导聚合物绝缘体大多数高分子材料的体积电阻率很高是良好绝缘材料。

在外电场作用下，聚合物中体积电流包括：瞬时充电电流，由加上电场瞬间的电子和原子极化引起；吸收电流，由偶极取向极化、界面极化和空间电荷效应引起；漏电电流，是通过聚合物材料的恒稳电流。充电电流和吸收电流存在的时间都很短，高分子材料的导电性能（绝缘性能）只取决于漏电电流。

材料的导电性能主要取决于两个参数：单位体积试样中载流子浓度和载流子迁移率。高分子材料内的载流子很少，主要来自材料外部，即由杂质引起的。载流子迁移率大小决定于载流子从外加电场获得的能量和热运动碰撞时损失的能量。通常聚合物中，主要是离子型导电，结晶、取向和交联会使分子紧密堆砌，降低链段活动性，减少自由体积，使离子迁移率下降。

对离子型导电材料，温度升高，载流子浓度和载流子迁移率均按指数率增加，因此材料电导率随温度按以下规律变化：

当聚合物发生玻璃化转变时，电导率或电阻率曲线将发生突然转折，利用这一原理可测定聚合物的玻璃化温度。2.

高聚物导电性能的影响因素（1）分子结构的影响

非极性高聚物绝缘性好，极性高聚物次之，具有常共轭双键结构的共聚物，导电性显著升高。

结晶、取向，以及交联均使聚合物绝缘体电导率下降。（2）温度与湿度的影响

高聚物导电性随温度和湿度的升高而加大。

（3）杂质的影响

凡属电导杂质，尤其是水都会使绝缘性下降。

3.导电高分子材料导电高分子材料也称导电聚合物,它的定义是分子有许多小的、重复出现的结构单元组成，即具有明显聚合物特征，如果在材料两端加上一定电压，在材料中应有电流流过，即具有导体的性质。同时具备上述两条性质的材料称其为导电高分子材料1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。

三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。高分子科学Nobel奖获得者“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”黑格（AlanJ.Heeger，1936～）1936年12月22日生于美国衣阿华州1957年毕业于内布拉斯加大学物理系，获物理学土学位1961年获加州大学伯克利分校物理博士学位。1962年至1982年任教于宾夕法尼亚大学物理系，1967年任该校物理系教授。后转任加利福尼亚大学圣芭芭拉分校物理系教授并任高分子及有机固体研究所所长20世纪70年代末，在塑料导电研究领域取得了突破性的发现，开创导电聚合物这一崭新研究领域1990年创立UNIAX公司并自任董事长及总裁2000年，因在导电聚合物方面的贡献荣获诺贝尔化学奖

在聚合物导电材料方面开创性的贡献有：1973年发表对TTF—TCNQ类具有金属电导的有机电荷转移复合物的研究，开创了有机金属导体及有机超导体研究的先河1976年发表对聚乙炔的掺杂研究，开创了导电聚合物的研究领域1991年提出用可溶性共轭聚合物实现高效聚合物发光器件，为聚合物发光器件的实用开辟了新途径

1992年提出“对离子诱导加工性”的新概念，从而实现了人们多年来发展兼具高电导及加工性的导电聚合物的梦想，为导电聚合物实用化提出了新方向1996年首次发表共轭聚合物固态下的光泵浦激光。麦克迪尔米德

（AlanG.MacDiarmid，1929～）发表过六百多篇学术论文拥有二十项专利技术1927年生于新西兰。曾就读于新西兰大学、美国威斯康星大学以及英国剑桥大学。1955年开始在宾夕法尼亚大学任教。1973年开始研究导电高分子2000年获诺贝尔化学奖

白川英树（HidekiShirakawa，1936～）1983年他的研究论文《关于聚乙炔的研究》获得日本高分子学会奖，还著有《功能性材料入门》、《物质工学的前沿领域》等书。1961年毕业于东京工业大学理工学部化学专业，毕业后留校于该校资源化学研究所任助教1976年到美国宾夕法尼亚大学留学1979年回国后到筑波大学任副教授1982年升为教授。2000年获诺贝尔化学奖

1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。

Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3H－C≡C－H1000倍催化剂温度10－8～10－7S/m10－3～10－2S/m导电高分子材料的发现

1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger与H.Shirakawa合作进行研究，他们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应(doping)后，其电导率令人吃惊地达到3000S/m。聚乙炔的掺杂反应

1980年，英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。

1983年，加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000S/m，但是难以加工且不稳定。

1987年，德国BASF科学家N.Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107S/m。

后续研究进展导电高分子复合型导电高分子材料:由普通的高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯度聚合、表面镀层等复合方式构成，其导电作用主要通过其中的导电材料来完成。本征型导电高分子材料:其高分子本身具备传输电荷的能力。

导电高分子分类4.本征型导电高分子

（1）结构型

具有共轭结构的聚合物与π电子的非定域化有关。分子内π电子云的重叠产生了为整个分子所共有的能带，类似于金属中的自由电子。具有共轭双键的聚合物常具有半导体性甚至导电性。

迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω-1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1·cm-1）。（2）电荷转移型

通常由聚合物电子给体和小分子受体之间靠电荷的部分转移而形成。给体与受体都是共轭的平面分子在晶体中以分子柱的形式堆砌，在一条π电子云相互作用的柱内，对电子的运动呈一维的周期性位能，形成能带。另一类电荷转移型聚合物是自由基盐聚合物。这类聚合物中给体和受体间电荷发生了完全转移。（3）添加掺杂型

共轭聚合物能隙小，电子亲和力大，极易与电子受体或给体发生电荷转移。通过掺杂可大大提高导电性。

在树脂中添加导电的金属（粉或纤维）或炭粒，金属粉的含量超过50%，导电性粒子相互接触形成连续相而导电。

例如，在聚乙炔中添加碘或五氧化砷等电子受体，由于聚乙炔的π电子向受体转移，电导率可增至104Ω-1·cm-1，达到金属导电的水平。另一方面，由于聚乙炔的电子亲和力很大，也可以从作为电子给体的碱金属接受电子而使电导率上升。这种因添加了电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为“掺杂”。5.导电高分子的掺杂纯净的电子导电聚合物本身导电率并不高，必须经过掺杂才具备高的导电性。导电高分子材料的掺杂途径氧化掺杂(p-doping):[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-

还原掺杂(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+

添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。（1）掺杂率

掺杂率小时，电导率随着掺杂率的增加而迅速增加；当达到一定值后，随掺杂率增加的变化电导率变化很小，此时为饱和掺杂率。6.高分子材料导电能力的影响因素（2）共轭链长度

π电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度，并且随着共轭链长度的增加，这种趋势更加明显，导致聚合物电导率的增加。（3）温度

对金属晶体，温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由运动；而对于聚乙炔，温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量，克服其能带间隙，实现导电过程。7.复合型导电高分子复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许多领域发挥着重要的作用。复合型导电高分子的基体有：常用的导电填料有：碳类（石墨、炭黑、碳纤维、石墨纤维等）

金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤维、玻璃珠等）金属氧化物（氧化铝、氧化锡等）

热塑性树脂（如不饱和聚酯、聚烯烃等）热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）合成橡胶（如硅橡胶、乙丙橡胶）在导电填料浓度较低时，材料的电导率随浓度增加很少，而当导电填料浓度达到某一值时，电导率急剧上升，变化值可达10个数量级以上。电导率发生突变的导电填料浓度称为“渗滤阈值”平均接触数是指一个导电颗粒与其他导电颗粒接触的数目导电填料颗粒并不需要完全接触就能形成导电通道微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称隧道效应复合型导电高分子材料的应用材料种类电导率S.cm-1高分子树脂导电填料应用半导体10-10~10-7塑料、橡胶金属氧化物粒子、抗静电剂复印电极板、静电记录纸、感光纸、纺织材料、家用电器外壳、矿用电气用品抗静电10-7~10-4塑料、弹性体抗静电剂、炭黑集成电路用搬运箱、包装袋、传送带、导电轮胎弱导电10-4~10-2塑料、硅橡胶炭黑发热器件、高压电缆过渡层、导电薄膜、弹性电极、导线接点导电性10-2~103塑料、硅橡胶金属纤维、银、铜、炭黑、石墨电磁波屏蔽材料、导电涂层、导电胶、接线柱垫圈导电高分子材料的优越性

具有半导体及导体双重特性，可低温加工、可大面积化、具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性等，所以制作成本低，组件特性优越，对未来电子及信息工业将产生巨大影响。导电高分子材料面临的挑战综合电学性能与铜相比还有差距，理论上还沿用无机半导体理论和掺杂概念；导电聚合物的自构筑、自组装分子器件的研究也存在很多问题；加工性能和力学性能以及稳定性上也需要改进。7-3高聚物的介电击穿

前面是讨论高聚物在弱电场中的行为。在强电场（107~108伏/米）中，随着电场强度进一步升高，电流～电压间的关系已不再符合欧姆定律，dU／dI逐渐减小，电流比电压增大得更快。当达到dU／dI

＝0时，即使维持电压不变，电流仍然继续增大，材料突然从介电状态变成导电状态。在高压下，大量的电能迅速地释放，使电极之间的材料局部地被烧毁，这种现象就称为介电击穿。dU／dI

＝0处的电压Ub称为击穿电压。击穿电压是介质可承受电压的极限。强电场作用下绝缘材料的破坏在强电场中工作的绝缘材料，当所承受的电压超过一临界值U穿时便丧失了绝缘性能而击穿。。材料能长期承受的最大电场强度称为材料的介电强度定义为击穿电压Ub与绝缘体厚度h的比值：

Eb=Ub／h固体介质的击穿是不可逆过程气体及液体介质的击穿是可逆过程击穿形式1.电击穿—电过程，仅有电子参加强电场作用下，原来处于热运动的少数自由电子将反电场方向定向运动，并撞击介质内离子产生电离-次级电子。大量电子形成雪崩，使贯穿介质的电流迅速增长，导致介质的击穿2.热击穿电场下，由于各种损耗，部分电能变成热能，介质被加热，温度升高，介质烧裂、熔融而丧失绝缘性3.化学击穿长期运行在高温、潮湿、高电压或腐蚀性环境发生老化丧失绝缘性影响抗电强度的因素1温度的影响

（1）对电击穿影响不大（2）对热击穿影响较大（3）对化学击穿加快2频率的影响频率对热击穿很大击穿场强与频率的平方根成反比

3.器件的大小和形状、散热条件都对击穿有影响7-4高聚物的静电作用静电现象—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就不同。两个固体接触时，在固-固表面会发生电荷的再分配。重新分离后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷。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，产生静电。由于高聚物的高绝缘性而使静电难经漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达15kV以上。

静电一般有害，需要消除静电

：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。利用静电现象，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。接触起电的机理与两种物质的电荷逸出功之差有关。

电荷逸出功U是指电子克服原子核的吸引从物质表面逸出所需的最小能量。聚

合

物逸出功/eV聚

合

物逸出功/eV聚四氟乙烯5.75聚乙烯4.90聚三氟氯乙烯5.30聚碳酸酯4.80氯化聚乙烯5.14聚甲基丙烯酸甲酯4.68聚氯乙烯5.13聚乙酸乙烯酯4.38氯化聚醚5.11聚异丁烯4.30聚砜4.95尼龙－664.30聚苯乙烯4.90聚氧化乙烯3.95几种聚合物材料的电荷逸出功其中任何两种聚合物接触时，电荷逸出功高的聚合物将带负电，反之带正电。高分子材料与金属接触时，界面上也发生类似的电荷转移。尼龙66与不同金属摩擦，对逸出功大的金属，尼龙带正电；对逸出功小的金属，尼龙带负电。聚合物与聚合物摩擦时，介电常数大的聚合物带正电，介电常数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。绝缘体表面的静电可以通过三条途径控制：

（1）通过空气（雾气）消失（2）沿着表面消失（3）通过绝缘体体内消失

静电沿绝缘体表面消失的速度取决于绝缘体表面电阻率的大小。（1）提高空气的湿度可以在亲水性绝缘体表面形成连续的水膜，加上空气中的CO2和其他电离杂质的溶解，而大大提高表面导电性。

（2）使用抗静电剂它是一些阳离子或非离子型活性剂。通常用喷雾或浸涂的办法涂布在高聚物表面，形成连续相，以提高表面的导电性。有时为了延长作用的时间，可将其加入塑料中，让它慢慢扩散到塑料表面而起作用。

抗静电剂是一些具有两亲结构的表面活性剂，其分子结构通常为：R—y—x，分子一端R是亲油基，为C12以上的烷基；另一端x是亲水基，如羟基、羧基、磺酸基等；y是连接基。加入抗静电剂的主要作用是提高聚合物表面电导性或体积电导性，能迅速放电，防止电荷积累。（3）纤维纺丝工序上油的措施给纤维表面涂上一层具有吸湿性的油剂，它吸收空气中的水分而增加纤维的导电性，达到去静电的效果。（4）提高高聚物的体积电导率根据制造复合型导电高分子材料的原理