2024年-導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展

導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展摘要:概述了導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電原理,闡明了導(dǎo)電塑料的種類和影響導(dǎo)電的因素,分析了不同導(dǎo)電塑料的制備方法、工藝研究等,最后綜述了導(dǎo)電塑料的應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢(shì),并進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:導(dǎo)電塑料;導(dǎo)電原理;制備方法;應(yīng)用導(dǎo)電塑料廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、防靜電材料、導(dǎo)電性材料等領(lǐng)域,可分為結(jié)構(gòu)型和填充型。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料是高聚物本身或經(jīng)摻雜之后具有導(dǎo)電性的材料,而填充型導(dǎo)電塑料是本身不具有導(dǎo)電性,但通過加入導(dǎo)電性填充物獲得導(dǎo)電性的材料,它是由電絕緣性能較好的合成樹脂、塑料和具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的填料及其它添加劑通過混煉造粒,并采用注射、壓塑或擠出成型等方法制得。目前90%以上導(dǎo)電塑料屬于復(fù)合型。本文綜述的是復(fù)合型導(dǎo)電塑料。導(dǎo)電填料一般選用纖維狀與片狀導(dǎo)電材料,包括金屬纖維、金屬片材、導(dǎo)電碳纖維、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、碳納米管、金屬合金填料等。其中導(dǎo)電炭黑和碳纖維是應(yīng)用最廣的兩種導(dǎo)電填料。常用的合成樹脂有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、乙烯2醋酸乙烯共聚物(EVA)、丙烯腈2丁二烯2苯乙烯共聚物(ABS)、尼龍(PA)、聚酯(PET)、聚苯醚(PPO)、聚硫醚(PPS)和高性能熱塑性塑料合金等。1導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電原理1.1滲濾理論復(fù)合材料的電導(dǎo)率在一定導(dǎo)電填料濃度范圍內(nèi)的變化是不連續(xù)的,在某一溫度下材料電阻率會(huì)發(fā)生突變,表明此時(shí)導(dǎo)電粒子在聚合物基體中的分散狀態(tài)發(fā)生了突變,即當(dāng)導(dǎo)電填料達(dá)到一定值時(shí),導(dǎo)電粒子在聚合物基體中形成了導(dǎo)電滲濾網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)電粒子的臨界體積分?jǐn)?shù)稱為滲濾閥值。1.2有效介質(zhì)理論有效介質(zhì)理論是處理二元無(wú)規(guī)對(duì)稱分布體系中電子傳輸行為的有效方法,無(wú)規(guī)非均勻復(fù)合材料的每個(gè)顆粒看作處于相同電導(dǎo)率的一種有效介質(zhì)中。導(dǎo)電填充粒子能填充滿復(fù)合材料中所有的空穴和空間,并且絕緣相具有高的絕緣性。1.3量子力學(xué)隧道理論在二元組分導(dǎo)電復(fù)合材料中,當(dāng)高導(dǎo)組分含量較低(在滲濾閥值附近)時(shí),隧道導(dǎo)電效應(yīng)對(duì)材料的導(dǎo)電行為影響較大。材料導(dǎo)電依然有導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的問題,但不是靠導(dǎo)電粒子直接接觸來(lái)導(dǎo)電,而是電子在粒子間的躍遷造成的。隧道效應(yīng)能合理地解釋聚合物基體與導(dǎo)電填料呈海島結(jié)構(gòu)復(fù)合體系的導(dǎo)電行為。量子力學(xué)隧道導(dǎo)電理論能與許多導(dǎo)電復(fù)合體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符,證明是討論和分析復(fù)合材料導(dǎo)電行為的有力工具。2復(fù)合型導(dǎo)電塑料的種類2.1炭黑填充型導(dǎo)電塑料炭黑是一種天然的半導(dǎo)體,其體積電阻率為0.1～1000Ω·cm。炭黑資源豐富、價(jià)格低廉,導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定,可大幅改善材料的導(dǎo)電性能,易加工,對(duì)塑料有增強(qiáng)作用。因此,炭黑填充導(dǎo)電塑料是目前用途最廣、用量最大的一種填充型導(dǎo)電塑料。影響炭黑導(dǎo)電性能的因素主要有炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等?？刂铺亢诘牧皆谶m當(dāng)范圍,才能使炭黑在塑料中良好地分散,并增加塑料中單位體積內(nèi)炭黑粒子數(shù),提高塑料的導(dǎo)電性能。炭黑的結(jié)構(gòu)由聚集體的尺寸、形態(tài)和每一聚集體中粒子數(shù)量所決定,組成聚集體的粒子越多,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的幾率越大,導(dǎo)電性越好。炭黑的表面狀態(tài)也影響導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性能[7]。在生產(chǎn)炭黑過程中,其表面常形成一些活性含氧基團(tuán)。這些基團(tuán)影響電子的遷移,使導(dǎo)電性下降,可采用pH值來(lái)表征該項(xiàng)指標(biāo)。表面官能團(tuán)少的炭黑通常呈弱堿性或中性。對(duì)炭黑導(dǎo)電性起決定作用的是表面性能,即表面活性基團(tuán)的多少。由于活性基團(tuán)會(huì)束縛載流子的遷移,降低導(dǎo)電性。因此,導(dǎo)電塑料不宜選用含活性基團(tuán)較多的炭黑。(1)炭黑結(jié)構(gòu)性炭黑結(jié)構(gòu)性是炭黑粒子與粒子之間形成鏈狀結(jié)構(gòu)的程度。組成炭黑聚集體的粒子越多,結(jié)構(gòu)性越高,形成網(wǎng)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的幾率越大,導(dǎo)電性越好。高結(jié)構(gòu)性炭黑比低結(jié)構(gòu)性炭黑的聚集體具有較發(fā)達(dá)的鏈接和纖維結(jié)構(gòu),堆積時(shí)更松散,孔隙較多。對(duì)于導(dǎo)電炭黑,結(jié)構(gòu)性越高,其鏈接結(jié)構(gòu)越容易在聚合物基體中相互接觸,交織連接形成空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)電性較好。結(jié)構(gòu)性高的炭黑具有較大的孔隙率,一般用吸油值(DBP)來(lái)表征炭黑的孔隙率,即結(jié)構(gòu)性。DBP小于0.9mL/g為低結(jié)構(gòu);DBP在0.9～1.2mL/g為中結(jié)構(gòu);DBP大于1.2mL/g為高結(jié)構(gòu)。(2)比表面積比表面積越大,炭黑粒子尺寸越小,單位體積內(nèi)的顆粒就越多,越容易彼此接觸形成網(wǎng)絡(luò)通路,因此導(dǎo)電性就越高。(3)炭黑pH值在炭黑生產(chǎn)過程中炭黑表面常形成一些含氧的官能團(tuán),它的存在影響了電子的遷移,使導(dǎo)電性下降。表面官能團(tuán)少的炭黑呈弱堿性或中性,因此,炭黑pH值高,導(dǎo)電性強(qiáng)。(4)滲濾閥值在導(dǎo)電復(fù)合材料中,隨著炭黑用量的增加,復(fù)合體系的體積電阻率逐漸減小,當(dāng)炭黑濃度達(dá)到某一臨界值時(shí),復(fù)合體系的體積電阻率突然急劇減小,出現(xiàn)由絕緣體到導(dǎo)電體的突變。這一臨界值被稱為滲濾閥值。不同的炭黑、不同體系的聚合物、不同的聚合物結(jié)構(gòu)、不同的加工工藝得到的滲濾閥值也不相同。滲濾閥值越小,性能越好。(5)增容樹脂導(dǎo)電塑料由于其顯著的聚合物基正溫度系數(shù)(PTC)效應(yīng),是應(yīng)用最廣泛的復(fù)合材料之一,這類具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電材料,在一定的轉(zhuǎn)變溫度下,共混材料的電導(dǎo)率會(huì)在滲濾閥值附近迅速降低到一極限值(可增大1.5～8個(gè)數(shù)量級(jí)),產(chǎn)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的跳躍,發(fā)生從(半)導(dǎo)體到絕緣體的相互轉(zhuǎn)變。由于炭黑的加入,對(duì)材料的加工性能有著顯著的影響,為了在導(dǎo)電率和可加工性之間尋得平衡,需要加入增容樹脂。李曉林研究不同含量EVA增容樹脂對(duì)HDPE/EVA/CB復(fù)合材料性能的影響。炭黑在復(fù)合材料中存在于HDPE相中,EVA的加入增加了復(fù)合材料的室溫電阻率,同時(shí),提高了材料的熔體指數(shù)。當(dāng)EVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)在37%～50%之間時(shí),可以得到較理想的加工性與導(dǎo)電性能的平衡點(diǎn)。楊波在導(dǎo)電炭黑/聚丙烯(PP)體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%的乙烯2丙烯酸共聚物(EAA)時(shí),炭黑與EAA有較好的親和性,可使炭黑選擇性分散在EAA中,體系的電阻率降低了8個(gè)數(shù)量級(jí)[9]。目前,炭黑填充型導(dǎo)電塑料領(lǐng)域的研究和開發(fā)主要集中在炭黑填料的改性、新型導(dǎo)電炭黑的開發(fā)和納米炭黑等方面。對(duì)炭黑改性通常是進(jìn)行高溫?zé)崽幚?以增加炭黑表面積,并改善表面化學(xué)特性;用高溫裂解法從石油和焦油中制得的導(dǎo)電炭黑是一種新型導(dǎo)電炭黑。其比表面積達(dá)900～1400m2/g,孔隙率為80%～90%,灰分為0.1%～1.5%,將其填充到線型低密度聚乙烯中,可使復(fù)合材料的表面電阻率降至(0.62～1.10)×104Ω,而力學(xué)性能基本不變。國(guó)外的有美國(guó)Cabot公司、哥倫比亞化學(xué)公司和日本三菱化成公司生產(chǎn)超細(xì)導(dǎo)電炭黑,我國(guó)的中橡集團(tuán)也生產(chǎn)塑料專用導(dǎo)電炭黑。它具有比表面積大、結(jié)構(gòu)高、分散性好和導(dǎo)電性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了特別的生產(chǎn)工藝和使用了特殊的活性劑,更容易控制炭黑的形態(tài)(聚集體結(jié)構(gòu)和空殼狀外形等)。新型炭黑雖然價(jià)格相對(duì)昂貴,但由于其導(dǎo)電率比普通炭黑高2～3倍,只要很少的填充量就能滿足材料的抗靜電要求。因此,對(duì)基體聚合物的原有性能影響不大。納米炭黑粒子比表面積大、極易團(tuán)聚。為了得到單分散的納米炭黑,目前新的方法是采用具有活性基團(tuán)的有機(jī)小分子原位接枝到炭黑表面,接枝后的炭黑在高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中表現(xiàn)出很好的相容性、導(dǎo)電性和透明性。2.2超導(dǎo)炭黑填充型導(dǎo)電塑料超導(dǎo)炭黑可改善導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性能及加工性能,其效率比普通炭黑填充的導(dǎo)電塑料高出6～8倍。用超導(dǎo)炭黑來(lái)生產(chǎn)抗靜電粒料,其性能損失可降至最小,用其生產(chǎn)導(dǎo)電粒料,能克服充模、翹曲和表面質(zhì)量方面的缺陷。荷蘭阿克蘇化學(xué)公司生產(chǎn)的超導(dǎo)炭粉,因具有較大的表面積而導(dǎo)電性優(yōu)異,大約為傳統(tǒng)爐法炭黑的6倍。荷蘭DSM工程塑料公司生產(chǎn)消除靜電的PC新產(chǎn)品(PC250/EC)時(shí),僅用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的炭黑,表面電阻率達(dá)到(0.11～1.00)×104Ω,而通常用碳纖維時(shí),則需添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%,其表面電阻率才能達(dá)到這個(gè)數(shù)值,大多數(shù)普通炭黑無(wú)法達(dá)到該數(shù)值。用該超導(dǎo)炭粉生產(chǎn)的PC250/EC,其拉伸性能、彎曲性能及熱變形溫度雖比同等的纖維(填充)粒料低,但其斷裂伸長(zhǎng)率和無(wú)缺口懸梁沖擊強(qiáng)度是同等粒料的2倍,而成為它的一半,容易成型薄斷面制品,而且更耐翹曲。陸長(zhǎng)征等[10]將來(lái)源廣泛的乙炔炭黑、國(guó)內(nèi)的超導(dǎo)炭黑及進(jìn)口超導(dǎo)炭黑對(duì)比,從炭黑的性價(jià)比考慮,選擇了結(jié)構(gòu)高、比表面積大及灰分少的超導(dǎo)炭黑為主要導(dǎo)電填料,采用共混方法制備導(dǎo)電塑料。超導(dǎo)炭黑的使用較大地提高了導(dǎo)電塑料的性能,而采用共混的方法則可在提高制品性能的同時(shí)保證了復(fù)合材料的機(jī)械性能。2.3碳纖維填充型導(dǎo)電塑料碳纖維是一種高強(qiáng)度、高模量的高分子材料,不僅具有導(dǎo)電性,而且綜合性能良好,與其它導(dǎo)電填料相比,具有密度小、力學(xué)性能好、材料導(dǎo)電性能持久等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維的電磁屏蔽性能主要源于自身良好的導(dǎo)電性,其電導(dǎo)率隨熱處理溫度的升高而增大。因此,經(jīng)高溫處理得到的碳纖維的導(dǎo)電率已逐步接近導(dǎo)體,具有較高的電磁屏蔽性能,如經(jīng)高溫處理后的聚苯胺(PAN)基碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合制得的復(fù)合材料在頻率為500MHz時(shí)的屏蔽效能可達(dá)37dB。雖然碳纖維具有碳素材料的固有特性和金屬材料的導(dǎo)電性,但要使導(dǎo)電塑料具有良好的導(dǎo)電效果,需加入較高填充量的導(dǎo)電碳纖維,這會(huì)對(duì)導(dǎo)電塑料的機(jī)械強(qiáng)度與成型加工性能產(chǎn)生不利影響。近年來(lái),對(duì)碳纖維用適當(dāng)?shù)慕饘侔?可提高其導(dǎo)電性和電磁屏蔽性,降低它在導(dǎo)電塑料中的填充量。提高導(dǎo)電塑料的性能,已成為研究熱點(diǎn)。如美國(guó)已開發(fā)出一種高導(dǎo)電性的鍍鎳碳纖維,其填充的體積分?jǐn)?shù)為12%～67%,密度為1.27～1.64g/cm3,屏蔽效能為40～85dB,可用于制造具有電磁屏蔽性能的導(dǎo)電塑料。我國(guó)開發(fā)的金屬包覆碳纖維填充型熱塑性導(dǎo)電塑料(PC/丙烯腈2丁二烯2苯乙烯三元共聚物),其填充的體積分?jǐn)?shù)為10%～15%,屏蔽效能可達(dá)47dB,可注塑加工成型,同時(shí)具有很好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能,已應(yīng)用在汽車配件、電子電器產(chǎn)品的殼體屏蔽材料上。此外,采用金屬包覆由丙烯腈生成的碳纖維,與環(huán)氧樹脂、ABS、聚烯烴等基體復(fù)合后制得的導(dǎo)電塑料,在頻率10～800MHz下測(cè)得其屏蔽效能平均為50dB,最高達(dá)60dB;如將體積分?jǐn)?shù)為15%的鍍鎳碳纖維與PA、PC以及改性的PS樹脂復(fù)合制成的屏蔽塑料,不僅屏蔽效果好,而且具有優(yōu)良的耐老化性能,在60℃時(shí)其導(dǎo)電性能基本穩(wěn)定。碳纖維具有較高的強(qiáng)度和模量,導(dǎo)電性能優(yōu)良,用它來(lái)代替炭黑或石墨添加到熱塑性樹脂(如PA和PP等)中制成的復(fù)合型導(dǎo)電塑料的綜合性能優(yōu)良,電阻率低,電磁屏蔽效果好。但由于其價(jià)格昂貴,目前碳纖維填充型導(dǎo)電塑料僅限于航空航天等高科技產(chǎn)品中的應(yīng)用。2.4碳納米管填充型導(dǎo)電塑料碳納米管自1991年被Lijima發(fā)現(xiàn)以來(lái),引起了物理、化學(xué)和材料等科學(xué)界的廣泛興趣。碳納米管是石墨中一層或多層碳原子卷曲而成的管狀纖維,內(nèi)部是空的,直徑在1～20nm,分單壁和多壁。由于碳納米管具有很好的導(dǎo)電性,同時(shí)又擁有較大的長(zhǎng)徑比,因而很適合作導(dǎo)電填料,相對(duì)于其它導(dǎo)電填料,用很少量的碳納米管就能形成導(dǎo)電網(wǎng)鏈,且其密度很小,不容易因重力的作用而聚沉。碳納米管作為導(dǎo)電相和加強(qiáng)相添加到聚合物中使材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能得到改善。但碳納米管很容易團(tuán)聚,難以分散。為改善和提高碳納米管的相容性和分散性,需對(duì)碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾,使其在端頭部分帶上羧基,從而使碳納米管表面活化。研究表明:碳納米管加入到PP、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯和PMMA中可使材料的導(dǎo)電性大幅度提高。碳納米管加入到PS和環(huán)氧樹脂可使材料的力學(xué)性能提高。張景昌制備了納米導(dǎo)電ABS,表面電阻和體積電阻率可降到104Ω和102Ω以下,這是因?yàn)椤捌咸褷睢睂?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成[11]。3復(fù)合型導(dǎo)電塑料的制備3.1導(dǎo)電塑料的三種制備方法復(fù)合型導(dǎo)電塑料根據(jù)制備的方法不同,又可分為以下三種:(1)表面處理法。是指在塑料表面進(jìn)行導(dǎo)電處理以達(dá)到較高的導(dǎo)電率,包括金屬熱噴涂法、干法鍍層法、濕法鍍層法和導(dǎo)電涂層法,經(jīng)表面處理后的塑料可以使電荷快速泄漏,防止電磁波和射頻干擾(EMI/RFI)。表面處理法的工藝復(fù)雜、成本高,而且表面導(dǎo)電層容易在外力作用下破壞,其應(yīng)用受到一定限制。(2)填料分散復(fù)合法。是在塑料內(nèi)混入導(dǎo)電填料而制成導(dǎo)電塑料。分散相的形態(tài)主要有:①“海島”結(jié)構(gòu),以顆粒狀(或棒狀或橢球狀)分散;②分散相纖維化,以大量微細(xì)纖維形式分散;③分散相層化,以片狀或細(xì)筋狀的層狀形式分散。顆粒狀導(dǎo)電填料主要有炭黑、石墨、金屬粉末等,這種導(dǎo)電塑料用在集成電路、醫(yī)療、礦山等易燃易爆領(lǐng)域的防靜電及面狀發(fā)熱體等;金屬粉末填充的膠粘劑中制成的導(dǎo)電膠主要用于微型線路板、光電子線路及集成線路的粘接。纖維狀填料主要有碳纖維、金屬纖維、鍍金屬的碳或玻璃纖維,主要用于電子儀器儀表殼體,起防止電磁信號(hào)外泄和EMI/RFI屏蔽作用。分散相的層狀分散技術(shù)是目前被廣泛重視的新技術(shù),是將兩種或兩種以上的聚合物復(fù)合組成多組分體系,使聚合物呈薄層狀分散,形成類似微細(xì)筋狀分布的多層結(jié)構(gòu),使聚合物合金呈現(xiàn)優(yōu)異的性能。(3)導(dǎo)電填料層積復(fù)合法。是將金屬網(wǎng)、板、絲氈等作為中間層,兩側(cè)再層壓上塑料或利用雙層平行擠出方法制成一層為導(dǎo)電樹脂,另一層為普通樹脂的雙層制品,用作電磁干擾/射頻干擾(EMI/RFI)屏蔽,控制和減小無(wú)線電噪音、電氣噪音或者無(wú)線電干擾。EMI會(huì)影響廣播接收、電視接收以及導(dǎo)航設(shè)備的準(zhǔn)確性,更嚴(yán)重者,甚至?xí)蓴_醫(yī)療設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備和汽車系統(tǒng)。目前該技術(shù)正處在發(fā)展階段[12]。3.2填料分散復(fù)合法制備工藝導(dǎo)電塑料的配方確定以后,共混方法的選擇和工藝控制是影響電性能的關(guān)鍵。為了得到電性能均勻的產(chǎn)品,炭黑填充導(dǎo)電塑料的加工采取如下四種方式。(1)雙螺桿造粒工藝過程先將聚合物和偶聯(lián)劑均勻混合,然后加入導(dǎo)電炭黑及其它助劑,將上述混合物通過雙螺桿擠出造粒得到成品。雙螺桿造粒時(shí)采用了強(qiáng)制下料,由于炭黑含量多,體積大,下料不均勻,有時(shí)局部炭黑過多,使下料困難甚至堵塞出料孔,這些現(xiàn)象造成制品導(dǎo)電性不均勻,為此采取如下措施:第一,反復(fù)造粒對(duì)提高混合料的熔體指數(shù)是很有效的;第二,采取炭黑分次加入方法,一般采取兩次加入造?？墒辜庸ば阅艿玫礁纳?且制品均勻性好;第三,采取樹脂分次加入方法,留取少量樹脂在擠出過程中加入可使熔融擠出的流動(dòng)性變好或添加硬脂酸鋅擠出的流動(dòng)性變好；(2)開煉機(jī)碾壓混合這種方法有利于在配方中添加更多的炭黑。用此方法應(yīng)注意的是碾壓次數(shù)及時(shí)間要加以控制,否則炭黑結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞,影響其導(dǎo)電性。(3)雙輥壓延與雙螺桿造粒配合應(yīng)用由于炭黑飛揚(yáng)且同粒料混合時(shí)下料不均勻,為改善環(huán)境,根據(jù)試驗(yàn)得出以下較理想的工藝路線。用該工藝路線生產(chǎn)的破碎料是濃縮的,可根據(jù)需要調(diào)整濃縮料的含量來(lái)達(dá)到生產(chǎn)電阻值不同的系列化產(chǎn)品。這樣改善了造粒時(shí)生產(chǎn)環(huán)境,使顆粒電性能均勻。將部分樹脂、偶聯(lián)劑、改性劑和部分炭黑混合,通過雙輥壓延,加入其余炭黑成片,然后破碎,將破碎料和剩余樹脂混合,通過雙螺桿造粒,切粒得到成品。李維新通過雙輥壓延制備了EVA/LEPE/炭黑發(fā)泡復(fù)合材料。也有通過雙階雙螺桿擠出造粒,第一階段相當(dāng)于雙螺桿熔融共混,將導(dǎo)電炭黑與樹脂助劑等混合均勻;第二階段是單螺桿造粒,使得導(dǎo)電炭黑的分散性更好[13,14]。董先明用原位聚合法制備炭黑/聚甲基丙烯酸酯導(dǎo)電復(fù)合材料,由于炭黑的阻聚作用,當(dāng)復(fù)合材料的炭黑含量增加時(shí),均聚物的數(shù)均分子量呈下降趨勢(shì),多分散性系數(shù)變大,而且炭黑粒子表面發(fā)生了接枝聚合反應(yīng),這有利于炭黑粒子在聚合物基體中的分散。當(dāng)聚合物基體的玻璃化溫度較高時(shí),復(fù)合材料滲濾閥值較低[15]。將部分樹脂、偶聯(lián)劑、改性劑和部分樹脂在高速混合機(jī)中混合,在雙輥機(jī)中壓延并加入剩余炭黑成片后,破碎的工程中加入其余樹脂,將破碎料通過雙螺桿擠出造粒,得到導(dǎo)電PP顆粒[16]。(4)導(dǎo)電泡沫塑料加工李茁實(shí)采用熔融共混方法制備PVC/炭黑復(fù)合物泡沫體,當(dāng)導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),泡沫體(以偶氮二甲酰胺為發(fā)泡劑,模壓發(fā)泡法制備的導(dǎo)電塑料)具有良好的室溫電阻值和負(fù)溫度效應(yīng)(NTC),得到的泡孔結(jié)構(gòu)及泡沫性能較理想;過氧化二異丙苯(DCP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,偶氮二甲酰胺(AC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%是較好的配方量,其導(dǎo)電泡沫阻溫特性較好;PVC/炭黑導(dǎo)電泡沫在升溫過程中,主要表現(xiàn)出NTC效應(yīng),當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大(>13%)時(shí),存在較弱的PTC效[17]。將炭黑、膠粘劑和表面活性劑充分?jǐn)嚢柚瞥蓪?dǎo)電膠液,把聚氨酯泡沫塑料裁成所需尺寸,加入浸泡,反復(fù)加壓、烘干,制得導(dǎo)電聚氨酯泡沫塑料[10,18]。4導(dǎo)電塑料的應(yīng)用4.1抗靜電以及電磁屏蔽上的應(yīng)用導(dǎo)電塑料是一種理想的抗靜電、電磁屏蔽材料。靜電荷的積累與釋放、電磁干擾及無(wú)線電波干擾是電子行業(yè)面臨的兩大難題。靜電荷的積累與釋放會(huì)使各種精密儀器、精密電子元件被擊穿而報(bào)廢。電磁干擾及無(wú)線電干擾會(huì)直接或間接引發(fā)電子元器件誤動(dòng)作或系統(tǒng)失靈。因此,在電子設(shè)備、集成電路等精密元器件的涉及、生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、運(yùn)行過程中必須考慮抗靜電和電磁屏蔽問題。金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電性,是傳統(tǒng)的抗靜電、電磁屏蔽材料,但金屬材料存在密度大、價(jià)格貴、難加工、易腐蝕、抗靜電和屏蔽性能難以調(diào)解等缺點(diǎn)。一般工程塑料雖然具有質(zhì)量輕、價(jià)格低、耐腐蝕、易成型的特點(diǎn),但是一般為絕緣體,易積累靜電荷,且對(duì)電磁場(chǎng)幾乎無(wú)任何屏蔽作用,尤其是對(duì)1GHz以下和低頻電磁波幾乎是完全“透過”,因此無(wú)法應(yīng)用于抗靜電、電磁屏蔽領(lǐng)域。導(dǎo)電塑料具有普通塑料的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)擁有類金屬的導(dǎo)電特性,是一種理想的抗靜電、電磁屏蔽材料,在電子、電器領(lǐng)域中可廣泛用作集成電路、晶片、傳感器護(hù)套等精密電子元件生產(chǎn)過程使用的防靜電周轉(zhuǎn)箱、托盤、晶片載體、薄膜袋、導(dǎo)電鉗、電焊把、抗靜電滑輪等。中、高壓電纜中使用的半導(dǎo)電屏蔽,防爆產(chǎn)品的外殼及結(jié)構(gòu)件,如:煤礦、油船、油田、粉塵及可燃?xì)怏w等場(chǎng)合中使用的電器產(chǎn)品的外殼及結(jié)構(gòu)件。全國(guó)統(tǒng)配煤礦自1991年1月起全部使用阻燃抗靜電運(yùn)輸帶、安全網(wǎng)、導(dǎo)風(fēng)筒、電纜等,這為阻燃抗靜電材料的研究開發(fā)和應(yīng)用起到了極大的推動(dòng)作用。但目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上塑料阻燃抗靜電管材專用料尚不多見,專用料和管材都具有較高的附加值。如果能將現(xiàn)有的聚乙烯(PE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材進(jìn)行阻燃和導(dǎo)電方面的改性,相信在礦業(yè)和要求抗靜電和阻燃的領(lǐng)域?qū)?huì)有廣闊的研發(fā)空間。復(fù)合型電磁屏蔽塑料是目前普遍采用并具有廣闊發(fā)展前景的一種電磁屏蔽材料[20],它不僅具有較好的屏蔽效果,而且工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。復(fù)合型電磁屏蔽塑料在不同目的和使用條件的工程第2期陳勇,等.導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展·79·中應(yīng)用,往往需要兼顧各方面的因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。開發(fā)綜合性能好、方便使用且成本低的復(fù)合型電磁屏蔽塑料成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)[21]。4.2聚合物基正溫度系數(shù)(PTC)電阻復(fù)合材料聚合物基正溫度系數(shù)(PTC)電阻復(fù)合材料由導(dǎo)電粒子與聚合物復(fù)合而成,其聚合物基體的熔融溫度常決定復(fù)合材料電阻突變的溫度區(qū)間。高密度聚乙烯PTC復(fù)合材料的電阻突變區(qū)間主要集中在125～140℃,而低密度聚乙烯復(fù)合材料則集中在80～120℃。管材連接件,用擠出成型方法制成導(dǎo)電塑料環(huán),置于被焊接的塑料管中,對(duì)其通電后,利用發(fā)熱特性對(duì)塑料管材加熱,實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料管的焊接[22]。4.3塑料芯片在微芯片的開發(fā)上,塑料芯片有可能取代硅芯片。塑料芯片的價(jià)格僅為硅芯片的1%～10%,極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)際上已研制出集成了幾百個(gè)電子元器件的塑料芯片,采用這種導(dǎo)電塑料制造的新款芯片可以大大縮小計(jì)算機(jī)的體積,提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。到2004年,全球塑料芯片行業(yè)的年平均銷售額達(dá)到一百億美元,塑料芯片成為未來(lái)極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮酒?.4便攜式電源在便攜電源開發(fā)上,導(dǎo)電塑料用途廣闊。傳統(tǒng)的鎳和鉛等重金屬電池逐漸無(wú)法滿足輕薄小巧的移動(dòng)電話市場(chǎng)要求。美、德、日等國(guó)家已先后推出了小巧輕薄的導(dǎo)電塑料電池。同時(shí),與易造成環(huán)境污染的重金屬電池相比,使用導(dǎo)電塑料電池更有利于環(huán)境保護(hù)。因此,未來(lái)塑料電池可應(yīng)用在電動(dòng)汽車上使汽車真正實(shí)現(xiàn)“零污染”。導(dǎo)電塑料作為釩電池集流板的研究:以聚乙烯為基體、炭黑為導(dǎo)電填料制備導(dǎo)電塑料板,考查該導(dǎo)電塑料板的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能;制作由導(dǎo)電塑料板、銅網(wǎng)和聚丙烯腈基石墨氈組成的復(fù)合電極用于釩電池的正極和負(fù)極,組裝釩電池;體積電阻率為6.2×10-2Ω·cm,集流板表面無(wú)宏觀改變,實(shí)驗(yàn)電池?zé)o漏液現(xiàn)象[23]。4.5顯示器領(lǐng)域在顯示器領(lǐng)域,旋轉(zhuǎn)覆膜是一種很先進(jìn)的技術(shù),它可以提供厚度僅為100～200nm的塑料薄膜,幾近完美。制作時(shí),把溶液倒在處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的基底上,立刻就可以形成同質(zhì)薄膜。當(dāng)溶劑蒸發(fā)之后,塑料薄膜就緊繃在基底上,成為一層導(dǎo)電或半導(dǎo)電的材料。在飛利浦公司的實(shí)驗(yàn)室里,聚合物發(fā)光二級(jí)管和塑料芯片的樣品都是使用旋轉(zhuǎn)覆膜的方法制作的?？梢栽O(shè)想,如_______果以這種方式制作大面積的聚合物半導(dǎo)體就可以生產(chǎn)聚合物顯示器。導(dǎo)電塑料制造的顯示屏可以用于移動(dòng)電話、太陽(yáng)能電池和微型電視等。5結(jié)語(yǔ)展望未來(lái),導(dǎo)電塑料的發(fā)展趨勢(shì)為:(1)綜合考慮成本、加工方便、屏蔽性能的穩(wěn)定性、環(huán)保及回收等因素,未來(lái)導(dǎo)電塑料的研究方向是以高導(dǎo)電性的導(dǎo)電填料開發(fā)為主,并以降低添加量、提高導(dǎo)電能力、降低填料對(duì)基體工程塑料性能影響及改善加工適應(yīng)性為主要研究及開發(fā)方向;(2)加強(qiáng)導(dǎo)電塑料導(dǎo)電機(jī)理研究。完備和成熟的導(dǎo)電機(jī)理·80·彈性體第18卷不僅可以為導(dǎo)電塑料的配方和生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)控制提供理論指導(dǎo)而且還會(huì)為研究和開發(fā)熔點(diǎn)高、軟化點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、抗靜電性能優(yōu)異的新型碳材料,并使產(chǎn)品向功能化、系列化方向發(fā)展提供新的動(dòng)力和指導(dǎo)方向。參考文獻(xiàn):[1]陳立軍,方宏鋒,張欣宇,等.碳系填充型導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展[J].合成樹脂及塑料,2007,24(2):78～81.[2]楊明錦,陸長(zhǎng)征.結(jié)構(gòu)型與復(fù)合型導(dǎo)電塑料研究進(jìn)展[J].塑料,2005,34(3):15～18.[3]DKumar,RCSharma.Advancesinconductivepolymers[J].EuropeanPolymerJournal,1998,34(8):1053～1060.[4]LuJinrong,Wengui,ChenGuohua,etal.Piezorealstivemaeterialsfromfirectedshearinducedassemblyofgraphitenanosheetsinpolyethylene[J].AdvancedFunc