ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Заряды при деформации полимеров из "Полимерные электреты" Астон в 1901 г. сделал конденсатор из двух латунных пластин и листа вулканизованного каучука между ними. При падении груза на верхнюю пластину он наблюдал резкое отклонение зеркала квандрантного электрометра, соединенного с пластинами, в одну сторону, а затем в другую. Таким образом, электрометр, казалось, получает два импульса противоположного знака. Первый импульс от сжатия диэлектрика, и второй от расширения диэлектрика, когда он восстанавливает форму после сжатия. При растяжении листа каучука между пластинами на 30%, электрометр отмечал потенциал до 7 В. После разряда электрометра и сжатия листа разность потенциалов составляла 10 В. Астон высказал предположение, что возникающая электризация вызвана поляризацией диэлектрика при его деформации. [c.19] Аналогичные эффекты наблюдали и в 1923 г. [43] их отнесли за счет пьезоэлектричества в аморфных материалах, в том числе в полимерных диэлектриках. [c.19] В монографиях, учебниках возникновение зарядов при деформациях резин обычно называют [44] элект-роэластическим эффектом . Этот эффект имеет важное практическое значение (например, при переработке кау-чуков и вытяжке волокон). [c.19] В 1962—63 гг. были проведены опыты по изучению электроэластического эффекта [45, 46]. Авторы предполагали, что возможны три механизма электроэластического эффекта 1) возникновение зарядов одного знака на образце 2) возникновение зарядов разного знака на противоположных сторонах образца 3) заряды, имеющиеся на поверхности образца, перераспределяются, но возникновения новых не происходит. [c.19] 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] Таким образом, при деформации полимеров в стеклообразном состоянии, в отличие от их деформации в высокоэластическом состоянии, в котором в нормальных условиях находятся вулканизаты (резины), происходит одноименное заряжение. [c.23] 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] Экспериментальные зависимости величин зарядов от степени деформации имеют вид типичных гистерезисных кривых. [c.24] Очень большие площади гистерезисных петель наблюдаются у гибких материалов, обладающих гетеро-фазной структурой, например, у эластомеров. [c.24] Авторы работы [52] рекомендуют метод измерения зарядов при изгибе в качестве дополнительного для идентификации полимеров и изучения изменений, происходящих в них при модифицировании, введении добавок и т. д. Отметим, что в принципе изученный эффект может быть обусловлен как явлениями, связанными с ростом микротрещин, так и эффектами типа пьезоэлектрических (см. гл. V). [c.24] При статическом сжатии резин наблюдаются эффекты [45], аналогичные описанным в работе [43]. Если образец предварительно разрядить, смочив его поверхность эфиром, то в первом цикле деформации сжатия никакого заряда не обнаруживали. Однако затем, во втором цикле, наблюдали возникновение зарядов. Зависимость потенциалов на электродах от нагрузки имела примерно линейный характер до насыщения. При увеличении нагрузки заряд накапливался на поверхности и разность потенциалов увеличивалась. [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] Для исследования влияния химического строения на эффект влияния отвода электрических зарядов на сопротивление утомлению были проведены испытания образцов из смесей на основе каучуков натурального, поли-изопренового и карбоксилатного. Угол изгиба при кручении выбирали такой, чтобы обеспечить примерно одинаковое число циклов до разрушения для разных типов смесей. [c.27] Влияние электрических зарядов на стойкость резин к старению хорошо известна [55]. Особая роль в возникновении зарядов при деформации резин и в их влиянии на утомление принадлежит активным наполнителям. Как известно, активная сажа образует токопроводящие структуры [56], которые способствуют отводу возникающих зарядов. Тем самым в таких резинах создаются более благоприятные условия для сопротивления утомлению при эксплуатации. [c.28] Вернуться к основной статье