導電塑料的推廣

1、導電塑料市場推廣指引導電塑料及抗靜電2009-03-12 10:21:51閱讀98評論0 字號：大中小訂閱在現(xiàn)代工業(yè)生產及日常生活中，靜電危害往往造成重大損失和災難。防止聚合物表面產生靜電的方 法主要有空氣離子化法、加濕法、金屬接觸放電法、輻射線法、導電物質導入法、表面形成吸濕膜法、化 學處理變性法及應用抗靜電劑等。目前應用最多的抗靜電方式是添加抗靜電劑?？轨o電劑是一種能防止產生靜電荷，或能有效地消散 靜電荷的以表面活性劑為主體的化學添加劑。使用抗靜電劑的方式是在制品表面涂覆或內添加。從抗靜電性能的檢測和評價指標表面電阻率可用于區(qū)分抗靜電材料和導電材料的區(qū)別，如表1所示：表1導電材料和抗靜電材

2、料的表面電阻率/Q （23C, RH50%）導電材料靜電消散材料抗靜電材料絕緣材料101210121013目前就導電、抗靜電材料的分界線說法不一，導電材料與靜電消散材料之間的界限為105或106Q, 靜電消散材料與抗靜電材料之間的界限為108或109Q，抗靜電材料與絕緣材料之間的界限為1012或1013Qo導電性高分子材料一般分為結構型和復合型兩大類。結構型導電高分子聚合物是1977年才發(fā)現(xiàn)的， 它是有機聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導率。而純粹的結構型導電高分子聚合物至今只有聚氮 化硫類，其它許多導電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學等手段進行摻雜之后才能有較高的 導電性。其代

3、表性的產物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱 分解導電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結構相近的物質，從而 獲得導電性。這些熱分解導電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。結構型導電高分子材 料的主要用途是導電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導體材料，其研究開發(fā)主要集中在以4個方 面：具有與金屬相同的電導率；在空氣中是穩(wěn)定的；具有高功能；具有良好的加工成型性。另一類被稱之為復合型導電高分子材料，它是由導電性物質與高分子材料復合而成。該類別成本 稍低，可以滿足各種成型要求，是一類巳被廣泛應用的功能性高分子材料。加入

4、的導電物質一般為金屬粉或金屬短纖維、導電炭黑、導電聚合物短纖維等，能使制品具有良好 的導電性（表面電阻率106Q）或抗靜電性（表面電阻率在106108Q之間）。金屬化合物的抗靜電效果 較好，但是價格較高，普通制品承受不了。復合型導電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為：半導電體、除靜電體、導電 體、高導電體；根據(jù)導電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系（炭黑、石墨等）、金屬系（各種金屬粉末、 纖維、片等）；根據(jù)樹脂的形態(tài)不同可分為：導電塑料、導電橡膠、導電涂料、導電膠粘劑、導電薄膜等； 還可根據(jù)其功能不同分為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料?？轨o電劑填充

5、型產品的優(yōu)點是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產品性能影響不大， 其表面電阻率為1010-1013Q。但低分子抗靜電劑填充型產品的電性能會隨著時間的推移而逐漸喪失。國外目前的主要開發(fā)動向是研制生產高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜 電劑，它不會像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時間使用后便喪失其導電性。高分子型抗靜電劑的主要 品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。主要生產廠家有日本的三洋化成、住友 精化、住友科學工業(yè)、第一工業(yè)制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電 劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，同時還要考慮其與樹

6、脂的相容性從而選擇適用的相容劑，因受 到成本的制約使其應用受到一定限制。國內目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究 所、北京市化工研究院等。這一系列的填充物主要是導電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Qcm。其中 炭黑填充是主流，炭黑填充型導電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導電炭黑價格較為低廉；其二是 因為炭黑能根據(jù)不同的導電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Q之間的寬廣范 圍內變化；其三是導電性持久、穩(wěn)定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料 性能影響較大，需要配套改性技術。表1,典型導電碳黑的性能炭黑填

7、充型導電塑料的主要用途是：與集成電路相關的領域集成電路塊、場效應管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運 輸?shù)壬a過程中，常常會因震動、摩擦產生的靜電而損壞，甚至造成整臺機器的報廢。這些電子元器件對 靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產生的，有實驗表明： 人在低溫度環(huán)境中的干燥地毯上行走時，可產生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產 生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會產生200伏的靜電。由此可見，在這 一領域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導電塑料的電阻值可在102-109Q間調節(jié)，完全可以滿 足這

8、類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產品有：電子元器件在周轉、保管、搬運過程中使用的周轉箱、 托盤、支架、封裝等。醫(yī)療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環(huán)境導電塑料在這些場合用作電器設備的外殼或結構件。高壓電纜、通訊電纜領域近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發(fā)展。為使制 造工程簡化，需要新的被覆構造，即用導電塑料作半導電層。這是為了緩和導體表面電位梯度，防止導體與半導體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Qcm。面狀發(fā)熱體 導電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產生焦爾熱量的原理，這類材料的體積電阻為100-104Qcm。在國外，碳系填充型導電

9、塑料巳經形成為一個十分成熟的市場，較大的生產廠商有美國的卡伯特 公司、原聯(lián)碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學、住友酚醛塑料是主要廠商，還有東麗、東洋 油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。與工程塑料相比，導電塑料是一個很小的品種。關于電子設備用導電塑料的市場用量，據(jù)一份日 文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機器(筆記本電腦、手機等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。 目前對于上述產品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導電涂料、導電塑料，其表面加 工費用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭

10、的PREMIX公司導電塑料生產 量約為200t/a，據(jù)稱在歐洲占有很大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜 精品文檔的半導電層屏蔽料，國內的市場需求約為數(shù)千噸，其中高壓電纜料基本依靠進口。國內碳系填充導電塑料業(yè)巳形成工業(yè)化生產，但在品種、質量穩(wěn)定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關的導電塑料的工業(yè)化生產基本空白。目前使用的材料大部分為進口。這類導電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，數(shù) 字化電子機器巳從工業(yè)用向民用品發(fā)展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、 高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波

11、與控制信號相接近。此外，電子設備也向外放射電磁 波，因此很容易造成電子機器的誤動作、圖象和聲音干擾。進入80年代，電子機器的殼體大多采用塑料材 料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質輕且強度高、耐腐蝕、易加工、生產效率高、總成本低等優(yōu)點。 但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個 有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導電層的方法和 將導電性填料混入到塑料中制成導電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優(yōu)缺點和適用范圍，以往應 用較多的是鋅噴鍍和導電涂料法。近年來，導電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究

12、報道很多，這是 由于導電塑料法具有3個顯著的優(yōu)點：無需二次加工；屏蔽性與成型制品一次完成（省力、經濟）； 在長期使用過程中（如震動、濕熱環(huán)境因素下）安全、可靠，不會像表面法那樣產生剝離和脫落現(xiàn)象。EMI屏蔽（Electro Magnetic Interference）塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要 是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳纖維等。制成品的體積電阻為101-103Qcm，電磁波屏 蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應用。 當一些制品在比較苛刻的使用環(huán)境中要求具有強度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動等特點

13、時，就要采 用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機殼體材料即是采用碳纖維填充的PC / ABS合金。黃銅短纖維填充的復合體系具有優(yōu)異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優(yōu)異的電性能，但由于價格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導電炭黑填充的復合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6-10pm，填加10%左右即可滿足實際應用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復合體系的物理機械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。國外金屬填充型導電塑料巳形成工業(yè)化生產規(guī)模，這類材料的價格較為昂貴。國內只有北京

14、市化 工研究院、中山大學、中科院、成都科技大等少數(shù)幾個單位對此開展了研究，但均沒有工業(yè)化生產我公司技術部從2007年4月份開始抗靜電/導電塑料的研究，研究的主要方向為導電塑料。目前導 電塑料的實驗室數(shù)據(jù)積累巳經基本完成，具體的市場認可程度需要銷售配合進行檢驗。1.產品命名方案：第一位字母抗靜電級別抗靜電系列（表面電阻率1091012 Q）： S；導電系列（表面電阻率105108 Q）： E；電磁屏 蔽系列（表面電阻率101104 Q）： M第二位字母+兩位數(shù)字一一填料類別+填料含量玻璃纖維增強的在材料名稱后面加-G*；硫酸鋇填充的在材料名稱后面B*;滑石粉填充的材料名稱后面加H*;碳酸鈣填充的

15、在材料名稱后面加C*;云母粉填充的在材料名稱后面加Y*;其他填充及無填充的在材料名稱后面加-Q*;有阻燃的在材料名稱后面加-R阻燃級別（V0、V1、V2）。按如此命名方法，抗靜電PP為：S101/PP;抗靜電增強20%玻纖為：S G20/PP;抗靜電阻燃V0級為：S RV0/PP;抗靜電增強20%玻纖阻燃V0級為：SG20RV0/PP;2, 產品典型數(shù)據(jù)及同行對比表：目前我公司重點生產產品主要是采用導電炭黑生產抗靜電系列（S系列）和導電系列（E系列）產品，對電磁屏蔽系列的產品還處在基礎研究階段。2.1我公司的SY10/ABS和舒爾曼的典型數(shù)據(jù)對比如下：性能項目試驗條 件狀態(tài)測試方數(shù)據(jù)單法ABS

16、/220/舒爾曼塑料我公司產品數(shù)據(jù)位能物理性比重ASTMD-7921.131.11g/cm3ASTM縮率模具收FlowD-9550.30機械性 拉伸強能度拉伸斷裂伸長率彎曲模量彎曲強度IZOD無缺口沖擊強度洛氏硬度電氣性 表面電能阻率體積電阻率熱性能 熱變形溫、Pa，溫度 Pa，ASTMD-63843.4ASTMD-6382.0ASTMD-7903520ASTMD-79057.223 CASTMD-25658.7ASTMD-785112ASTMD-2575.0E+3ASTMD-2575.0E+20.45M未退火ASTMD-6481001.80M未退火ASTMD-64891.739.88MPa7

17、.1%2875MPa58.71MPa63J/mR scale1.00E+06ohmsohm.cmCC撿伸強度（Mpa）EY33/PPSY70/PASY46/PCEY43/PBTEY88/ABS斷裂伸長率（）18.2215.215.599.387.10彎曲強度（Mpa）33.6391.845.7266.4458.71彎曲模量（Mpa）16073156378422772873簡沖強度（Kj/m2）6.698.012.745.016.30懸沖強度（Kj/m2）3.103.962.473.403.40表面電阻率105108106105106MFR（g/10min）10.8-2.4密度（g/cm3）1.

18、001.201.251.371.122.2目前實驗室各種材料的典型數(shù)據(jù)如下表：2.3各種無機填充導電PP拉驗項度（Mpa）EQ00/PPEB48/PPEY82/PPEQ30/PPEY46/PP斷裂伸長率（）18.2217.3016.6315.8816.47彎曲強度（Mpa）33.6335.1037.0136.6038.03彎曲模量（Mpa）16071787196119292125簡沖強度（Kj/m2）6.697.487.037.056.79懸沖強度（Kj/m2）3.103.693.413.153.65表面電阻率105103103103103MFR（g/10min）10.85.44.25.43.6密度（g/cm3）1.001.101.081.081.08目前市場上做抗靜電的產品按照表面電阻率的高低來分類，表面電阻率越高，越容易達成，價格相 對偏低。對于抗靜電系列的產品抗靜電體系有兩大類：有機抗靜電系列，炭及金屬系列；有機抗靜電系列