Согласно существующим представлениям, ионы, обусловлива­ющие заряд поверхности твердой фазы, образуют внутреннюю об­кладку двойного электрического слоя

Согласно существующим представлениям, ионы, обусловлива­ющие заряд поверхности твердой фазы, образуют внутреннюю об­кладку двойного электрического слоя (ДЭС) (см. рис., I). Противоионы составляют внешнюю обкладку ДЭС. Часть противоионов, близко расположенных у поверхности твердой фазы и подверга­ющихся действию ее электрического поля, закрепляется около поверхности наиболее прочно; это плотная часть внешней обкладки двойного слоя, или слой Штерна (см. рис. 3, I I). Иногда внутреннюю обкладку двойного слоя и слой Штерна рассматривают вместе как слой Перрена или Гельмгольца (см. рис., V)’. Расстояние между внутренней обкладкой ДЭС и слоем Штерна составляет несколько десятых нанометра и определяется радиусом сорбированного противоиона. Более удаленные от поверхности противоионы образуют слой Гюи (см. рис., III). Толщина слоя Гюи зависит от концен­трации раствора. Количество ионов в слое Штерна увеличивается с повышением концентрации электролита, и диффузная часть внеш­ней обкладки двойного слоя (слоя Гюи) “сжимается”. В разбавлен­ных растворах, наоборот, диффузионный спой Гюи распространяется на расстояние нескольких сотен нанометров от поверхности.

Ионы, находящиеся в диффузионной части внешней обкладки двойного слоя, при наложении на систему поля электрических или механических сил могут смещаться вместе с раствором относительно твердой фазы. Ионы, находящиеся в слое Штерна, остаются в этом случае у поверхности твердой фазы. Таким образом, между слоем Штерна и слоем Гюи условно может быть проведена «граница скольжения АА,».ζ – электрокинетический потенциал, который составляет часть электрохимического потенциала (φ) φ=4πσδ/ε

В обычном случае у материалов с высокой проводимостью двой­ной электрический слой исчезает сразу же после разделения поверх­ностей соприкосновения за счет компенсации зарядов, т. е. снова восстанавливается первоначальное состояние. Соприкасавшиеся по­верхности становятся электрически нейтральными. Если же по край­ней мере одно из соприкасавшихся тел обладает очень незначитель­ной электропроводностью, то заряды в этом случае малоподвижны. Отвод образующихся зарядов и тем самым их компенсация становятся невозможными. Возникшие заряды в результате разделения сопри­касавшихся поверхностей сохраняются, т. е. на них остается элек­тростатический потенциал.

Рассмотренный выше случай образования двойного электриче­ского слоя при контакте твердого тела и жидкости принципиально объясняет появление статической электризации, особенно заряжение гидрофобных материалов, каковыми являются и полимерные ди­электрики.

В обычных атмосферных условиях на поверхности большинства твердых тел находится тонкий слой воды, загрязненный ионами диссоциированных молекул примесей. Эти слои имеют тощину по­рядка 100 нм и визуально не могут быть обнаружены. Усилие при разрушении таких пленок воды не превышает несколько граммов на квадратный сантиметр. Пленки тощиной выше 100 нм сильно повышают (Поверхностную проводимость, и утечка зарядов при отрыве пленки становится так велика, что электризация не обнаруживается. Что касается более тонких пленок воды (5—10 нм и ниже), силы сцепления которых с твердой по­верхностью слишком велики, то вряд ли такие тонкие пленки будут в значительной мере способствовать процессу контактного заряжения. Известно, что на загрязненной поверхности гидрофобных материалов образуются пленки воды толщиной 10 мкм, которые могут способствовать процессу контактного заряжения. Вероятно, электролитический механизм контактного заряжения твер­дых тел применим и для полимеров, на поверхности которых могут находиться влага, низкомолекулярные ионогенные и неионогенные вещества (остатки катализатора, мономер, различные органические вещества, пыль, газы и т.д.).

Известно, что во многих случаях наряду с механизмом электро­литического заряжения одновременно имеет место механизм контакт­ного заряжения. В частности, это должно наблюдаться в том случае, когда контактная электризация сопровождается значительным да­влением, разрушающим пленку воды на поверхности. Работы Боудена  подтверждают возможное присутствие жидких пленок на поверхности твердых тел, обнаруживающих контактное заряжение или электризацию при трении.

Вели­чина заряда при контакте и разделении тел повышается с уменьше­нием шероховатости и увеличением числа и улучшением качества контактов. Кроме того, величина заряда статического электричества возрастает при повышении давления между трущимися телами. Это обусловлено увеличением эффектив­ной поверхности контакта. С повышением давления можно изменить знак заряда, причем при малых давлениях вероятен переход электронов, в то время как при больших давлениях создаются условия для обмена зарядами пу­тем переходов ионов. С повышением давления можно изменить знак заряда, причем при малых давлениях вероятен переход электронов, в то время как при больших давлениях создаются условия для обмена зарядами пу­тем переходов ионов. При электризации трением, особенно при высоких давлениях, вследствие сильного разогрева контактиру­ющих поверхностей электрона и ионы могут переходить с поверх­ности на поверхность и на большие расстояния, чем указывал Харпер  для электронов (2,5 нм) и ионов (десятые доли нано­метра) при нормальной температуре. Фрикционный нагрев может играть двоякую роль в электризации тел трением. С одной стороны, он увеличивает интенсивность электризации за счет повышения ак­тивности носителей заряда, а с другой, снижает ее за счет повыше­ния общей, и в том числе поверхностной, проводимости материала.

При электризации трением существенное значение имеет скорость движущихся тел. С увеличением скорости трения поливинилбутираля, поликапроамида, ПП, фторопласта, ПВХ и ПЭВП в паре с латунью скорость утечки заряда уменьшается и величина предельного заряда возрастает до тех пор, пока не начинает сказываться интенсивный разогрев по­верхности. По этой причине, по-видимому, в ряде случаев наблюдали уменьшение заряда с увеличением скорости трения триацетилцеллюлозы о найлон.

Заряжение однородных тел при трении обусловлено асимметрич­ностью процесса трения. Электризация при трении тел по­вышается с увеличением их удельной поверхности; так, мелкие ча­стицы электризуются сильнее крупных, а пленки — сильнее пластин.

Исследование электроадгезионных явлений при нарушении кон­такта полимеров  показало, что при отрыве полимеров во всех случаях величина остаточного заряда на отрываемых поверхностях растет с увеличением скорости отрыва. Всегда заряжается отрица­тельно тот полимер, к которому приложено усилие отрыва (который деформируется при отрыве). При отрыве полимеров от металла последний заряжается положительно.

Заряд на поверхности полимера, возникающий при трении, за­висит от соотношения между скоростью трения и величиной удель­ного поверхностного электрического сопротивления [94]. Обычно при малых плотностях заряда его значение пропорционально произ­ведению скорости переработки материала на удельное электрическое сопротивление. При величине этого сопротивления 5•10й Ом -м/с и выше заряд определяется в верхнем пределе электрической проч­ностью воздуха.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector