紡織物理第4章

1、高等紡織材料學高等紡織材料學杜趙群（東華大學紡織學院）2013年-2014年第1學期高等紡織材料學第四章 纖維的電學性質第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性導電：帶電粒子（或載流子）的定向移動；導電：帶電粒子（或載流子）的定向移動；1. 纖維導電的一般形式纖維導電的一般形式自由電子的定向移動-金屬；電離離子的定向移動電解溶液、電離氣體；帶電粒子：電子與空穴、正負離子；纖維的本質導電性表征指標：電導率 = Nq （S/cm 西門子/厘米） N載流子數(shù)目，q電荷， 遷移速率，R電阻，vI電流，V電壓，S導電材料的截面積，l導電材料的長度載流子移動速度電流密度NqvSI VNqvSVIRGRlS1

2、1EvNqlVNqv/一、纖維的導電機理一、纖維的導電機理第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性2. 纖維的導電機理纖維的導電機理 自由電子、離子或空穴？自由電子、離子或空穴？ 纖維為高聚物，大分子鏈由共價鍵形成，無自由電子；能被電離的可能只有大分子頭端，然分子本身難運動?；祀s在纖維材料中的低分子物質可能被電離和運動，但數(shù)量少，故纖維高分子理論上為絕緣體。 通常高分子材料的電導率通常高分子材料的電導率10-20 S/cm，為絕緣體。但實際是 10-9 S/cm，即一般在10-15 S/cm 10-9 S/cm。一是，一是，實際值高于理論估算值，原因為纖維大分子上存在一些不纖維大分子上存在一些不

3、穩(wěn)定的極性基團和原子穩(wěn)定的極性基團和原子，并非所有電子都牢固束縛在分子和原子上，形成載流子（電子和離子)；二是二是，在外界電場、溫度和壓力作用下會增多，載流子數(shù)目增加在外界電場、溫度和壓力作用下會增多，載流子數(shù)目增加。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性3. 纖維導電機理的驗證纖維導電機理的驗證 導電主要物質來自于：水分、雜質、低分子物質，導電主要物質來自于：水分、雜質、低分子物質，以電離為主以電離為主。 纖維導電主要機制：離子導電。電子導電與離子導電區(qū)別電子導電離子導電分子排列緊密排列，利于電子跳躍，形成電子直接通道，加快電子遷移分子間空間增大而增大，即纖維自由體積越大，導電性越好光照霍爾

4、效應霍爾效應極不明顯，基本無電解物電極兩端不產(chǎn)生電極兩端產(chǎn)生外界壓力隨外界壓力增大，導電性增大因載流子體積大，受空間位阻和約束大，物質密度小，外界壓力低，環(huán)境溫度高，導電性好溫度隨溫度升高，初始變化不大，隨后下降溫度高，電離離子增加，遷移速率快，對離子定向移動干擾小，導電明顯增加極化時間電子極化時間短，與時間無關離子極化慢，與時間有關第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性二、影響纖維導電性的因素二、影響纖維導電性的因素1. 從電導率公式電離離子數(shù)從電導率公式電離離子數(shù)N看看N為被離解的載流子對數(shù)，n0為可以被電離的離子數(shù)，電離度a=n/n0 = Nq根據(jù)質量作用原理， A為平衡常數(shù)，是總體積對

5、離子占有體積的比；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為絕對溫度。纖維導電的必要條件值電離度，取決于分子的電離能、溫度。 根據(jù)纖維結構的熵S變化，因為在電場E中，中性粒子將發(fā)生離解和運動，纖維分子的構象熵w變化， 由熱力學原理，考慮正、負離子對稱性，纖維的自由能F變化方程為：令：第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性（1）n0為材料固有的極性或可被電離的離子數(shù)，與纖維中的含水、為材料固有的極性或可被電離的離子數(shù)，與纖維中的含水、含雜量有關；含雜量有關；（2）T為環(huán)境溫度，上升，被電離的離子數(shù)增加，電導率上升，為環(huán)境溫度，上升，被電離的離子數(shù)增加，電導率上升，電阻下降；電阻下降；（3） 為介電常數(shù)，越大，離子數(shù)

6、越多，導電越好；為介電常數(shù)，越大，離子數(shù)越多，導電越好；（4） E0為真空狀態(tài)的電離能，即粒子的最小逸出能，與材料組成為真空狀態(tài)的電離能，即粒子的最小逸出能，與材料組成元素有關，越小，元素有關，越小，N值越大。值越大。 又因為E = E0/，E0為真空中的電離能， 為纖維介電常數(shù)，則被電離的載流子數(shù)目N為：可得：第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性二、影響纖維導電性的因素二、影響纖維導電性的因素2. 從電導率公式離子遷移速率從電導率公式離子遷移速率 看看 離子遷移與熱運動有關，已離解離子受周圍原子作用，一般在固定位置上振動（振動頻率為v）。當熱運動超過周圍的束縛，才能遷移至相鄰的位置，其遷移

7、的能量成為離子活化能（u)。 根據(jù)玻爾茲曼統(tǒng)計概率，當溫度為T時，離子熱運動能超過u的概率為e-u/kT。 所以，單位體積內(nèi)的離子在單位時間內(nèi)發(fā)生的遷移次數(shù)P為 = Nq 在無電場時，這種遷移在x、y、z的正、反方向上均等為： 在外加電場E時，疊加作用使得原來原子間的作用位能曲線傾斜，離子順著電場方向遷移所需克服的位壘減少了u，即a為每次遷移的距離第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性離子在某方向上的正、反向逆移次數(shù)的差異為：在一般不太強的電場作用下， ukT，則 每個離子單位時間內(nèi)在電場方向遷移的平均有效次數(shù)為Px/n，每次遷移的距離為a，所以單位時間內(nèi)遷移的距離，即為離子的遷移速度v，或遷

8、移率，v= E， 從上式看出，纖維材料的導電性受離子的自振頻率v、所帶電荷量q、一次遷移（單位位壘間）距離的平法a2、離子發(fā)生遷移的活化能u以及溫度的影響。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性3. 從通常因素看 纖維的結構因素纖維的結構因素（1）纖維的相對分子量或聚合度，纖維大都為線型）纖維的相對分子量或聚合度，纖維大都為線型大分子，故相對分子質量大大分子，故相對分子質量大聚合度大聚合度大分子鏈長分子鏈長電子通道的連續(xù)性強電子通道的連續(xù)性強電子導電性好；電子導電性好； 而正由于相對分子質量大而正由于相對分子質量大端基數(shù)、游離基的分子少端基數(shù)、游離基的分子少離子導離子導電少。纖維以離子導電為主

9、，故相對分子質量增大，導電性下降；電少。纖維以離子導電為主，故相對分子質量增大，導電性下降；（2）纖維聚集態(tài)結構，隨結晶度和取向度增加）纖維聚集態(tài)結構，隨結晶度和取向度增加纖維自由體積減少纖維自由體積減少，各向異性，各向異性增大增大離子導電性下降，導電各向異性增大。盡管緊密結構和直通通道對電子導離子導電性下降，導電各向異性增大。盡管緊密結構和直通通道對電子導電有利，但纖維導電主要機制為離子導電。電有利，但纖維導電主要機制為離子導電。雜質與空隙：雜質與空隙： 雜質增加有利于可電離的離子數(shù)增加，提高纖維導電性；空隙增加，一是離子的遷移提供較多空間或通道，運動速度提高；二是有利于水分子進入和極性分子

10、在空隙表面留存，有利于導電粒子的增加，提高導電性。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性3. 從通常因素看 溫度：溫度： Hearle討論了纖維素纖維和羊毛與蠶絲，得出電阻R與溫度T的關系：積分可得a、b、c為常數(shù)，M為含水率， R0為含水率為0時的電阻。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性3. 從通常因素看 溫度：典型棉纖維質量比電阻Rm與環(huán)境溫度的實測曲線如下圖4-3；Sharman得出電導率的對數(shù)值lg與溫度的反比值1/T存在近似線性關系，且不同回潮率W的lg- -1/T曲線是近似平行的（如圖4-4）。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性 相對含水的作用：相對含水的作用：Hearl得

11、到質量比電阻Rm、含水率M的關系，其中n、K為常數(shù)。 與相對數(shù)濕度的關系：與相對數(shù)濕度的關系：質量比電阻Rm、相對濕度RH的關系，其中a、b為常數(shù)。三、纖維導電性的測量與表征根據(jù)比電阻定義和表征方法，比電阻分為表面比電阻、體積比電阻和質量比電阻。(1) 表面比電阻s 電流在通過纖維表面時，所呈現(xiàn)出的電子，為單位長度上施加的電壓（電場強度E）與單位寬度流過的電流（電流線密度）的比值，其測量對象一般為薄膜或纖維層，如圖4-7，即s是單位長度上的電壓（U/L）與單位寬度上流過的電流（I/H）之比，單位歐姆。 LHRHILUs/第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性纖維的表面比電阻 與平行纖維軸方向傳

12、導的表面比電阻 和垂直纖維軸方向傳導的表面比電阻 （纖維間的點接觸和面接觸的導電）影響， 本質上完全測量表面比電阻，理論和實用上的表征較為困難，在于無法避免電荷向內(nèi)層遷移。但對導電主要機制為表面的可采用。 對纖維網(wǎng)，表面比電阻與纖維的排列方式有關，如下表。 S第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性)(SS)(/ )(/ )1(SSShxhx(2) 體積比電阻體積比電阻v 體積比電阻是指體積比電阻是指單位長度上所施加的電壓單位長度上所施加的電壓U（電場強度（電場強度E），相對于單位截面），相對于單位截面上所流過的電流（電流密度）上所流過的電流（電流密度）I之比之比，其值是電阻率，單位，其值是電阻

13、率，單位cm。是電流通過纖。是電流通過纖維體積內(nèi)時所呈現(xiàn)出的電阻值。維體積內(nèi)時所呈現(xiàn)出的電阻值。式中，S為纖維體的截面積，cm2；l為兩電板間的距離，cm；R為纖維的電阻。LSRSILUv/第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性 體積比電阻即電阻率的表達概念。對單纖維理論可以，但測量極為困難。常采用纖維集合體填入截面積為S和長度為l的箱體時，存在填充密度（或空隙率）的影響，引入孔隙率，則纖維體積Vf與箱體體積V關系：W為纖維質量，為纖維密度，所以纖維體積比電阻：纖維密度較難測量，如何回避？纖維密度較難測量，如何回避？(3) 質量比電阻m 考慮纖維材料比電阻測量的方便，引入質量比電阻m概念，即單

14、位長度上的電壓（U/L）與單位線密度纖維上流過的電流(I/(W/L)之比，單位是歐姆克厘米2(g/cm2)。式中，為纖維的密度，gcm3，W是纖維的質量g。纖維材料的質量比電阻可以通過稱取纖維重量W和代入電極間距離L值，直接求得，還可除以纖維的密度，求得體積比電阻。從表中可以看出，棉纖維的質量比電阻較小，羊毛較高，合成纖維更高。在紡織加工過程中，質量比電阻高的纖維容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。一般紡織纖維質量比電阻的對數(shù)值在7以下為好，否則該采取防靜電措施；9以上必須采取防靜電措施。在紡紗過程中，羊毛纖維從和毛開始就要加油，合成纖維在制造時就要加紡絲油劑，主要為了降低纖維的質量比電阻，防止靜電。 vLWR

15、LWILU2/第一節(jié)第一節(jié) 纖維的導電性纖維的導電性 纖維導電性：指電場作用下自由電子或離子的定向移動；纖維導電性：指電場作用下自由電子或離子的定向移動； 纖維介電性能：在電場作用下舒服電荷運動的宏觀表現(xiàn)。特征纖維介電性能：在電場作用下舒服電荷運動的宏觀表現(xiàn)。特征是外加電場作用下電介質的偶極化。節(jié)電性能可用節(jié)點常數(shù)表示；在是外加電場作用下電介質的偶極化。節(jié)電性能可用節(jié)點常數(shù)表示；在外交電場作用下的動態(tài)節(jié)電性能可用復節(jié)點常數(shù)表示。本節(jié)主要介紹外交電場作用下的動態(tài)節(jié)電性能可用復節(jié)點常數(shù)表示。本節(jié)主要介紹介電常數(shù)、介電損耗，影響介電常數(shù)的因素和介電擊穿性能。介電常數(shù)、介電損耗，影響介電常數(shù)的因素和介

16、電擊穿性能。一、介電常數(shù)一、介電常數(shù)表征材料的介電性?？捎靡韵聝煞N方法定義表征材料的介電性。可用以下兩種方法定義：（：（1）兩塊相距）兩塊相距d，截面，截面積積A的電極板間材料的電容值的電極板間材料的電容值C；（；（2）用相距為）用相距為r的兩個電荷的兩個電荷Q1、Q2間的相互吸引力間的相互吸引力F表示。表示。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能真空條件下，上式為：相對介電系數(shù)表示材料的介電性能：通常，材料介電常數(shù)越大，材料電容越大，貯電能力越高，其能力用極化度通常，材料介電常數(shù)越大，材料電容越大，貯電能力越高，其能力用極化度P表示：表示：第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能 V為

17、極板間的電壓降（Ed）E為電場強度；Q0、Q分別為真空和有介質時的電荷量，Q為極化產(chǎn)生的電荷量。 由上式可知，介電常數(shù)是與纖維分子極化度P值有關的物理常數(shù)，而分子極化度從分子結構角度上說，是指分子在電場作用下的偶極矩的變化。1. 介電常數(shù)定義 一般指相對介電常數(shù)，是介質中的介電系數(shù)與真空的介電系數(shù)比值。反映材料在電場中被極化的程度。2. 極化與介電性 介電材料在電場中被極化，極化基團或分子或原子沿外加電場作用方向排列，形成電極相反的反向電場，造成外加電場作用降低，電容板電壓降低，電容增加。 引入極化率a，外加電場作用下單一分子的偶極矩為：第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能 V為極板間的

18、電壓降（Ed）E為電場強度；Q0、Q分別為真空和有介質時的電荷量，Q為極化產(chǎn)生的電荷量。 a為分子的極化率，ae為電子極化率，aa為原子極化率，ap為偶極取向極化率（ ），ai為界面極化率，或稱遷移極化率。E1作用在分子上的綜合電場強度， Ec為自由電荷的極化電場，Ed為其他偶極矩產(chǎn)生的附加電場，Ep為被極化電荷產(chǎn)生的電場，Es為球面電荷產(chǎn)生的電場，Em為球內(nèi)分子誘導偶極產(chǎn)生的電場。 則極化度： 極化度極化度P：單位體積內(nèi)分子偶極矩的矢量總和，若材料單位體積的分子：單位體積內(nèi)分子偶極矩的矢量總和，若材料單位體積的分子數(shù)為數(shù)為N，極性分子在外加電場作用下的平均偶極距為，極性分子在外加電場作用下的

19、平均偶極距為 ，則（矢量和為 ）第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能 E為作用于電介質的外加電場；E1為電介質分子上受到的局部電場。當電介質為氣體是，EE1；當為液體或固體，分子考得很近，分子極化后形成的誘導偶極相互影響，則E不等于E1. 由Lorentz模型可得：其中，為纖維的密度，M為相對分子質量； 為阿伏加德羅常數(shù)； a/30為摩爾極化溶度NN第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能 3. 介電常數(shù)的頻率特性介電常數(shù)的頻率特性 在交變電場中，介電常數(shù)與極化率a的關系為： a為頻率趨向無窮大時的極化率；aS為靜態(tài)電場時的極化率；為松弛時間，w0為自振角頻率。S為靜電場時的介電常數(shù)；

20、 為光頻時的介電常數(shù)，為n2，n為纖維的折射率。可得第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能 a為分子的極化率，為分子的極化率，ae為電子極化率，為電子極化率，aa為原子極化率，為原子極化率，ap為偶極取向極為偶極取向極化率化率 ，ai為界面極化率，或稱遷移極化率。為界面極化率，或稱遷移極化率。 4. 極化形式極化形式（1）電子極化：）電子極化： 電子云偏移的極化，使得原來對稱偏移的電子云，為偏態(tài)分布。極化時間為10-15，與時間無關。（2）原子極化：）原子極化： 分子中原子骨架發(fā)生相對位移或變形引起的極化。使得原來無極性堆成或弱極性對稱的原子骨架，變?yōu)闃O性非對稱或強極性狀態(tài)。極化時間為10

21、-13，與時間無關。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能（3）偶極極化：）偶極極化： 又稱取向極化、德拜（Deybe）極化。作用時間取決于極性分子或官能團的大小和周圍的約束條件，極化時間為10-910-2或更長。是極性分子或基團在電場作用下的轉動，并沿電場方向排列。作用機制，一是纖維中極性低分子的轉動取向極化；一是纖維大分子上的極性基團（主要是側基）的轉動取向排列。（4）界面極化：）界面極化： 纖維中的游離離子（或可游離的離子）在電場作用下的移動，向著材料的界面遷移和集聚，使得材料在界面處產(chǎn)生與電場作用相反的極化電荷層。這種極化發(fā)生在物質的表面，物質內(nèi)部的結構相界面、空隙表面和復合界面等

22、。由于纖維中存在雜質、低分子物質，可移動的游離粒子則有電子和離子。極化時間一般為1103或更長。三、介電損耗與介電松弛現(xiàn)象三、介電損耗與介電松弛現(xiàn)象1介電損耗介電損耗 在交變電場作用下，纖維的極性基團及纖維內(nèi)部的水分子會發(fā)生極化，部分沿著電場方向定向排列，并隨電場方向變換作扭轉交變?nèi)∠蜻\動，分子間發(fā)生碰撞、摩擦、生熱，消耗能量。這種電介質在電介質在電場作用下引起發(fā)熱的能量消耗和電荷的逃逸產(chǎn)生的電能的損耗，電場作用下引起發(fā)熱的能量消耗和電荷的逃逸產(chǎn)生的電能的損耗，稱為介電損耗稱為介電損耗。在交變電壓場條件下，介質材料導致介質漏電I1和介質損耗I2，有第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能3介

23、電松弛現(xiàn)象與介電損耗譜介電松弛現(xiàn)象與介電損耗譜 介電松弛：材料在交變電場作用下的介電響應及損耗的過程，介電松弛：材料在交變電場作用下的介電響應及損耗的過程，取決于電場頻率。采用介電損耗參數(shù)與頻率的介電損耗譜表征。取決于電場頻率。采用介電損耗參數(shù)與頻率的介電損耗譜表征。 介電損耗譜反映纖維分子中各種極化作用和極化程度的綜合值介電損耗譜反映纖維分子中各種極化作用和極化程度的綜合值與作用時間（或頻率）的相互關系，如纖維分子中的鏈段、基團、與作用時間（或頻率）的相互關系，如纖維分子中的鏈段、基團、側基等。側基等。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能（1）聚乙烯材料的介電損耗譜）聚乙烯材料的介電損

24、耗譜 低密度聚乙烯（低密度聚乙烯（LDPE)、高密度聚乙烯（、高密度聚乙烯（HDPE)和線型聚乙烯和線型聚乙烯（LPE)，其密度逐漸增大，側基逐漸減少，結晶度和熔融溫度逐漸增加，其密度逐漸增大，側基逐漸減少，結晶度和熔融溫度逐漸增加。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能（2）聚四氟乙烯的介電損耗譜和力學損耗譜）聚四氟乙烯的介電損耗譜和力學損耗譜不同結晶度的聚四氟乙烯在介電譜（不同結晶度的聚四氟乙烯在介電譜（1000Hz）和力學松弛譜（）和力學松弛譜（1Hz）具有相應關系。具有相應關系。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能三、影響介電常數(shù)的因素三、影響介電常數(shù)的因素 1、纖維分子的組

25、成、纖維分子的組成纖通常維分子極性越大，偶極矩越大，極化度越高，介電損耗越大。纖通常維分子極性越大，偶極矩越大，極化度越高，介電損耗越大。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能2、纖維的超分子結構、纖維的超分子結構纖維超分子結構主要指：如取向結構、結晶結構等集聚態(tài)結構； 取向越高，介電各向異性越大；順分子取向方向的介電常數(shù)高于取向越高，介電各向異性越大；順分子取向方向的介電常數(shù)高于垂直方向的，即排列密度越高，其集合體在此方向的介電常數(shù)越大。垂直方向的，即排列密度越高，其集合體在此方向的介電常數(shù)越大。 結晶度增加，電子極化和原子極化增加，但偶極矩和界面極化困難，結晶度增加，電子極化和原子極化

26、增加，但偶極矩和界面極化困難，后者為主，故介電常數(shù)變小。后者為主，故介電常數(shù)變小。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能3、水分和雜質的影響、水分和雜質的影響均為低分子物質，大都為極性分子。均為低分子物質，大都為極性分子。4. 溫度的影響溫度的影響 在常規(guī)溫度（-20-100），溫度升高，纖維膨脹，自由體積增大，有利于極性基團和低分子物質的極化，有利于纖維中帶電粒子的運動，即有即有利于取向、界面極利于取向、界面極化。化。 溫度升高導致極性基團、低分子物質和帶電粒子的熱運動，又弱化極化。但前者為主，故溫度高，介電常介電常數(shù)增大。數(shù)增大。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能5. 施加電壓

27、的影響施加電壓的影響電壓增加，填充纖維的極化程度非線性增加，介電常數(shù)增加電壓增加，填充纖維的極化程度非線性增加，介電常數(shù)增加。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能6. 電場頻率的影響電場頻率的影響 一般電場頻率增加，纖維介電常數(shù)變小，極化趨向于與時間無關的電子、原子極化，而與纖維中的水分和雜質無關。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能6. 電場頻率的影響第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能6. 電場頻率的影響 四、介電擊穿性1. 介電強度是一定環(huán)境條件下，材料因計劃破壞，或力學，或絕緣性質失效的最是一定環(huán)境條件下，材料因計劃破壞，或力學，或絕緣性質失效的最小電場強度，或用材料

28、不被破壞或失效的最大電場強度表示。小電場強度，或用材料不被破壞或失效的最大電場強度表示。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能2.介電擊穿原理介電擊穿原理 本質上是介電狀態(tài)向導電狀態(tài)的躍遷過程，其機理有：本質上是介電狀態(tài)向導電狀態(tài)的躍遷過程，其機理有：本征擊穿、本征擊穿、熱擊穿和放電擊穿熱擊穿和放電擊穿。（1）本征擊穿）本征擊穿 在高壓電場作用下，少數(shù)載流子高速運動，撞擊其他粒子，產(chǎn)生在高壓電場作用下，少數(shù)載流子高速運動，撞擊其他粒子，產(chǎn)生新的載流子，引發(fā)雪崩式的載流子及其運動，材料電流急劇上升，溫度新的載流子，引發(fā)雪崩式的載流子及其運動，材料電流急劇上升，溫度過熱，最終材料被擊穿。過熱，

29、最終材料被擊穿。 解釋的說法有：集聚電子擊穿；電子崩擊穿；場致發(fā)射擊穿。解釋的說法有：集聚電子擊穿；電子崩擊穿；場致發(fā)射擊穿。（2）熱擊穿在不太高的電壓作用下，由于材料本身電荷運動或介電損耗產(chǎn)生的熱量與散熱、導熱不相等。發(fā)熱量Q1； 散熱量Q2第二節(jié)第二節(jié) 纖維的介電性能纖維的介電性能（3）放電擊穿：高電壓（但低于擊穿電壓）和溫度不高條件下，聚合物表面、內(nèi)部空穴的其他被電離，帶電粒子空寂高聚物材料，缺陷擴大，分子解體。一、靜電現(xiàn)象一、靜電現(xiàn)象 是由靜電荷產(chǎn)生的，指在一定容積或一定表面上所產(chǎn)生的正、負電荷，在沒有泄露的情況下，保持不動，帶有一定電性的狀態(tài)。二、靜電產(chǎn)生的原因二、靜電產(chǎn)生的原因先決

30、條件是電荷集聚，即起電。如接觸起電、摩擦起電、變形起電（壓電效應）、光電和熱電效應等。第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質1 接觸起電接觸起電兩種物質只要接觸，分離后，就會產(chǎn)生靜電。（1）雙電層理論）雙電層理論因物質表面性質不同，物質接觸因誘導取向和界面極化，在表層產(chǎn)生雙電層排列，形成表面層與內(nèi)層不同的電荷和排列，分離時，某物質帶走電子，而形成電荷層和極化層。第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質（2）功函數(shù)理論）功函數(shù)理論 電子克服原子核的約束作用，從材料表面逸出所需的最小能量，為逸出功，或功函數(shù)。物質功函數(shù)不同，相互接觸就發(fā)生電荷的轉移。電子向功函數(shù)大的物質轉移。接觸時轉移電荷與

31、功函數(shù)的關系： 對于金屬物質，自由電子轉移是無疑的。對于高聚物來說，表面極化過程中轉移電荷在表面形成分布和取向，單位接觸面積上的電荷和功函數(shù)為：第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質2. 摩擦起電摩擦起電 通過擠、壓、拉、磨、剝離、粘附等物理機械作用，形成表面的靜電荷。通過擠、壓、拉、磨、剝離、粘附等物理機械作用，形成表面的靜電荷。其機理：其機理：（1）接觸電位差理論，即后來的功函數(shù)理論；（2）電解和吸附離子理論：電荷的離解或吸附，在于離子濃度梯度、費米能級差和電化學電位差，終止于反電勢和離子量的增加?；A

32、是電荷轉移基于游離態(tài)離子的轉移和吸附。（3）物質轉移的非對稱性：部分剝離、粘合以及溫度差引起的擴散，由于非對稱性引起電荷的轉移和質量的轉移，終止于分離和變形停止。第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質3. 壓電起電壓電起電一定壓力作用下，纖維的變形，尤其是晶格的變形會產(chǎn)生帶電現(xiàn)象，是因為電荷量或感應電勢的變化。4. 熱電效應熱電效應熱使得纖維表面的分子產(chǎn)生強力的布朗運動和降低纖維表面的功函數(shù)、費米能級以及價帶和禁帶作用。這都有利于電荷的逸出，熱解離子，纖維表面的晶格發(fā)生變化，產(chǎn)生附加電勢而帶電。第三節(jié)第三節(jié) 纖維的靜電性質纖維的靜電性質三、電荷散逸的途徑與靜電消除三、電荷散逸的途徑與靜電消

33、除1. 電荷的散逸途徑電荷的散逸途徑（1）空氣傳導）空氣傳導游離載流子向外層空間的轉移（或逸出）；空氣中游離的帶電粒子對纖維材料表面碰撞彈出和帶走電荷；空氣中帶電粒子直接進入材料與纖維帶電粒子結合。（2）纖維材料表面的傳導帶電粒子在表面的擴散，表面隧道效應，表面其他區(qū)域中反電性電荷的中和。（3）向纖維材料內(nèi)部的擴散填補內(nèi)層電荷空穴與中和，向內(nèi)層非帶電或低濃度區(qū)域的擴散。（4）量子隧道效應當分離機理小于2.5nm時，電荷穿過該空隙擴散與中和；雖然金屬分離時由于量子隧道效應的電子穿越可以返回；但是對于高聚物與金屬或聚合物間的量子隧道作用，僅有十分之一返回。2. 靜電消除的方法(1) 適當提高空氣的

34、相對濕度適當提高空氣的相對濕可以增加纖維的回潮率，降低纖維的比電阻，增加纖維材料的導電性。增加導電性能夠將產(chǎn)生的靜電荷及時導走而不產(chǎn)生過多的靜電積聚，達到消除靜電的作用。對于羊毛和醋酯纖維來說，要使其帶電量迅速下降，車間空氣的相對濕度一般要提高到65%以上才有效。這個方法在吸濕性差的纖維上應用效果不大，相反還可能惡化勞動條件、銹蝕機器，甚至成紗性能。(2) 使用抗靜電劑抗靜電油劑主要含有表面活性劑，借助于吸附在纖維上的表面活性劑伸向空氣的親水基團，吸收一部分空氣中的水份降低纖維表面比電阻，同時利用抗靜電劑中的一些潤滑劑降低纖維表面的摩擦系數(shù)，從而減少靜電荷的產(chǎn)生。采用抗靜電油劑的方法是一種暫時抗靜電處理方法，不能達到永久處理效果。(3) 采用不同纖維混紡采用不同纖維混紡的主要方法，一是在較易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的合成纖維中混入吸濕性較強的天然纖維或粘膠纖