导电塑料的推广

1、导电塑料市场推广指引导电塑料及抗静电2009-03-12 10:21:51阅读98评论0 字号：大中小订阅在现代工业生产及日常生活中，静电危害往往造成重大损失和灾难。防止聚合物表面产生静电的方 法主要有空气离子化法、加湿法、金属接触放电法、辐射线法、导电物质导入法、表面形成吸湿膜法、化 学处理变性法及应用抗静电剂等。目前应用最多的抗静电方式是添加抗静电剂。抗静电剂是一种能防止产生静电荷，或能有效地消散 静电荷的以表面活性剂为主体的化学添加剂。使用抗静电剂的方式是在制品表面涂覆或内添加。从抗静电性能的检测和评价指标表面电阻率可用于区分抗静电材料和导电材料的区别，如表1所示：表1导电材料和抗静电材

2、料的表面电阻率/Q （23C, RH50%）导电材料静电消散材料抗静电材料绝缘材料101210121013目前就导电、抗静电材料的分界线说法不一，导电材料与静电消散材料之间的界限为105或106Q, 静电消散材料与抗静电材料之间的界限为108或109Q，抗静电材料与绝缘材料之间的界限为1012或1013Qo导电性高分子材料一般分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子聚合物是1977年才发现的， 它是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。而纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮 化硫类，其它许多导电聚合物几平均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的 导电性。其代

3、表性的产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。还有一种叫作热 分解导电高分子，这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而 获得导电性。这些热分解导电高分子的特征是无须掺杂处理，故具有优异的稳定性。结构型导电高分子材 料的主要用途是导电材料、蓄电池电极材料、光功能元件、半导体材料，其研究开发主要集中在以4个方 面：具有与金属相同的电导率；在空气中是稳定的；具有高功能；具有良好的加工成型性。另一类被称之为复合型导电高分子材料，它是由导电性物质与高分子材料复合而成。该类别成本 稍低，可以满足各种成型要求，是一类巳被广泛应用的功能性高分子材料。加入

4、的导电物质一般为金属粉或金属短纤维、导电炭黑、导电聚合物短纤维等，能使制品具有良好 的导电性（表面电阻率106Q）或抗静电性（表面电阻率在106108Q之间）。金属化合物的抗静电效果 较好，但是价格较高，普通制品承受不了。复合型导电高分子材料的分类有很多种，根据电阻值的不同可分为：半导电体、除静电体、导电 体、高导电体；根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、碳系（炭黑、石墨等）、金属系（各种金属粉末、 纤维、片等）；根据树脂的形态不同可分为：导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶粘剂、导电薄膜等； 还可根据其功能不同分为：防静电材料、除静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。抗静电剂填充

5、型产品的优点是制品着色不受限制，其中低分子型抗静电剂对产品性能影响不大， 其表面电阻率为1010-1013Q。但低分子抗静电剂填充型产品的电性能会随着时间的推移而逐渐丧失。国外目前的主要开发动向是研制生产高分子型抗静电剂，高分子型抗静电剂亦可称为永久性抗静 电剂，它不会像低分子型抗静电剂那样水洗后或长时间使用后便丧失其导电性。高分子型抗静电剂的主要 品种有：聚醚型、季氨盐型、磺酸型、酸的接枝共聚物、离子型。主要生产厂家有日本的三洋化成、住友 精化、住友科学工业、第一工业制药，瑞士的汽巴精化、科莱恩，美国的威科、大湖等。高分子型抗静电 剂的添加量是低分子型抗静电剂的5-15倍，同时还要考虑其与树

6、脂的相容性从而选择适用的相容剂，因受 到成本的制约使其应用受到一定限制。国内目前主要是低分子型抗静电剂，代表性的厂家有杭州塑料研究 所、北京市化工研究院等。这一系列的填充物主要是导电炭黑、石墨和碳纤维，制成品的体积电阻率为102-109Qcm。其中 炭黑填充是主流，炭黑填充型导电聚合物之所以被广泛采用，其一是因为导电炭黑价格较为低廉；其二是 因为炭黑能根据不同的导电性需求有较大的选择余地，它的制成品的电阻值可在102-109Q之间的宽广范 围内变化；其三是导电性持久、稳定；因此是理想的抗静电材料。但是它的制成品仅限于黑色，并对材料 性能影响较大，需要配套改性技术。表1,典型导电碳黑的性能炭黑填

7、充型导电塑料的主要用途是：与集成电路相关的领域集成电路块、场效应管、晶体管等电子元器件在加工、装配、包装、运 输等生产过程中，常常会因震动、摩擦产生的静电而损坏，甚至造成整台机器的报废。这些电子元器件对 静电的敏感程度小至100伏，大至上万伏不等。几百伏以至上千伏的静电是非常容易产生的，有实验表明： 人在低温度环境中的干燥地毯上行走时，可产生5000伏的静电，戴着橡胶手套与塑料容器接触时，可产 生6000伏的静电，即使是不戴手套用手直接与塑料容器接触，也会产生200伏的静电。由此可见，在这 一领域中防静电、除静电措施的重要。炭黑填充型导电塑料的电阻值可在102-109Q间调节，完全可以满 足这

8、类材料的防静电、除静电需求。其主要产品有：电子元器件在周转、保管、搬运过程中使用的周转箱、 托盘、支架、封装等。医疗、煤矿、纺织等洁净、易爆环境导电塑料在这些场合用作电器设备的外壳或结构件。高压电缆、通讯电缆领域近年来，随着用电量的增加，使电缆朝着高压化的方向发展。为使制 造工程简化，需要新的被覆构造，即用导电塑料作半导电层。这是为了缓和导体表面电位梯度，防止导体与半导体问的部分放电。这类材料的体积电阻为100-104Qcm。面状发热体 导电塑料还可以作为热源被利用。这是利用在导电塑料上施加电压，电流通过后电阻产生焦尔热量的原理，这类材料的体积电阻为100-104Qcm。在国外，碳系填充型导电

9、塑料巳经形成为一个十分成熟的市场，较大的生产厂商有美国的卡伯特 公司、原联碳公司、GE公司、3M公司等，日本的东芝化学、住友酚醛塑料是主要厂商，还有东丽、东洋 油墨制造、东京油墨、日本合成橡胶、神户制钢所等，芬兰的PREMIX，韩国的LG公司。与工程塑料相比，导电塑料是一个很小的品种。关于电子设备用导电塑料的市场用量，据一份日 文资料显示，日本1996年用于便携电子机器(笔记本电脑、手机等)的工程塑料为3500t，约为20亿日元。 目前对于上述产品的EMI屏蔽对策一般是采用无电解镀、高频离子电镀、导电涂料、导电塑料，其表面加 工费用的水平分别为：40亿日元、26亿日元、3亿日元、2亿日元。芬兰

10、的PREMIX公司导电塑料生产 量约为200t/a，据称在欧洲占有很大的市场份额。在碳系填充的品种中用量较大的是用于中、高压电缆 精品文档的半导电层屏蔽料，国内的市场需求约为数千吨，其中高压电缆料基本依靠进口。国内碳系填充导电塑料业巳形成工业化生产，但在品种、质量稳定性等方面与国外有较大差距。特别是与集成电路相关的导电塑料的工业化生产基本空白。目前使用的材料大部分为进口。这类导电塑料主要用于电磁波屏蔽场合。近年来由于集成电路和大规模集成电路技术的发展，数 字化电子机器巳从工业用向民用品发展。为了提高处理能力，使用的电子线路和元件越来越集成微型化、 高速化，其信号水平减小，这使从外部侵入的电磁波

11、与控制信号相接近。此外，电子设备也向外放射电磁 波，因此很容易造成电子机器的误动作、图象和声音干扰。进入80年代，电子机器的壳体大多采用塑料材 料代替金属。这是由于塑料作为壳体具有质轻且强度高、耐腐蚀、易加工、生产效率高、总成本低等优点。 但是，塑料是绝缘体，对于电磁波来说，完全可以透过。因此，赋予塑料壳体电磁波屏蔽能力就成为一个 有待研究的十分迫切的课题。目前，具体实施的屏蔽方法很多，大致分为在塑料表面形成导电层的方法和 将导电性填料混入到塑料中制成导电塑料的方法两种。不同的屏蔽方法各有其优缺点和适用范围，以往应 用较多的是锌喷镀和导电涂料法。近年来，导电塑料法引起了人们的兴趣，这方面的研究

12、报道很多，这是 由于导电塑料法具有3个显著的优点：无需二次加工；屏蔽性与成型制品一次完成（省力、经济）； 在长期使用过程中（如震动、湿热环境因素下）安全、可靠，不会像表面法那样产生剥离和脱落现象。EMI屏蔽（Electro Magnetic Interference）塑料多以各种工程塑料为基材，使用的金属填料主要 是不锈钢纤维，也有的使用黄铜短纤维、铝片、镍纤维等。制成品的体积电阻为101-103Qcm，电磁波屏 蔽效果为30-60分贝。碳纤维、特种导电炭黑虽然不是金属填料，但其制成品也可在电磁波屏蔽场合应用。 当一些制品在比较苛刻的使用环境中要求具有强度高、体积轻、壁薄、注射成型易流动等特点

13、时，就要采 用碳纤维填充的材料，目前市售的高档笔记本电脑、手机壳体材料即是采用碳纤维填充的PC / ABS合金。黄铜短纤维填充的复合体系具有优异的电磁波屏蔽效果，却难以满足实用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外观等要求；镍及镀镍石墨纤维虽也具有优异的电性能，但由于价格昂贵而限制了其使用性；碳纤维、特种导电炭黑填充的复合体系屏蔽效果较差，适用性受到限制；不锈钢纤维的直径一般为6-10pm，填加10%左右即可满足实际应用中要求的电性能，由于填加量少，因此对复合体系的物理机械性能影响较小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。国外金属填充型导电塑料巳形成工业化生产规模，这类材料的价格较为昂贵。国内只有北京

14、市化 工研究院、中山大学、中科院、成都科技大等少数几个单位对此开展了研究，但均没有工业化生产我公司技术部从2007年4月份开始抗静电/导电塑料的研究，研究的主要方向为导电塑料。目前导 电塑料的实验室数据积累巳经基本完成，具体的市场认可程度需要销售配合进行检验。1.产品命名方案：第一位字母抗静电级别抗静电系列（表面电阻率1091012 Q）： S；导电系列（表面电阻率105108 Q）： E；电磁屏 蔽系列（表面电阻率101104 Q）： M第二位字母+两位数字一一填料类别+填料含量玻璃纤维增强的在材料名称后面加-G*；硫酸钡填充的在材料名称后面B*;滑石粉填充的材料名称后面加H*;碳酸钙填充的

15、在材料名称后面加C*;云母粉填充的在材料名称后面加Y*;其他填充及无填充的在材料名称后面加-Q*;有阻燃的在材料名称后面加-R阻燃级别（V0、V1、V2）。按如此命名方法，抗静电PP为：S101/PP;抗静电增强20%玻纤为：S G20/PP;抗静电阻燃V0级为：S RV0/PP;抗静电增强20%玻纤阻燃V0级为：SG20RV0/PP;2, 产品典型数据及同行对比表：目前我公司重点生产产品主要是采用导电炭黑生产抗静电系列（S系列）和导电系列（E系列）产品，对电磁屏蔽系列的产品还处在基础研究阶段。2.1我公司的SY10/ABS和舒尔曼的典型数据对比如下：性能项目试验条 件状态测试方数据单法ABS

16、/220/舒尔曼塑料我公司产品数据位能物理性比重ASTMD-7921.131.11g/cm3ASTM缩率模具收FlowD-9550.30机械性 拉伸强能度拉伸断裂伸长率弯曲模量弯曲强度IZOD无缺口冲击强度洛氏硬度电气性 表面电能阻率体积电阻率热性能 热变形温、Pa，温度 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捡伸强度（Mpa）EY33/PPSY70/PASY46/PCEY43/PBTEY88/ABS断裂伸长率（）18.2215.215.599.387.10弯曲强度（Mpa）33.6391.845.7266.4458.71弯曲模量（Mpa）16073156378422772873简冲强度（Kj/m2）6.698.012.745.016.30悬冲强度（Kj/m2）3.103.962.473.403.40表面电阻率105108106105106MFR（g/10min）10.8-2.4密度（g/cm3）1.

18、001.201.251.371.122.2目前实验室各种材料的典型数据如下表：2.3各种无机填充导电PP拉验项度（Mpa）EQ00/PPEB48/PPEY82/PPEQ30/PPEY46/PP断裂伸长率（）18.2217.3016.6315.8816.47弯曲强度（Mpa）33.6335.1037.0136.6038.03弯曲模量（Mpa）16071787196119292125简冲强度（Kj/m2）6.697.487.037.056.79悬冲强度（Kj/m2）3.103.693.413.153.65表面电阻率105103103103103MFR（g/10min）10.85.44.25.43.6密度（g/cm3）1.001.101.081.081.08目前市场上做抗静电的产品按照表面电阻率的高低来分类，表面电阻率越高，越容易达成，价格相 对偏低。对于抗静电系列的产品抗静电体系有两大类：有机抗静电系列，炭及金属系列；有机抗静电系列