導(dǎo)電塑料的推廣

1、導(dǎo)電塑料市場推廣指引導(dǎo)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(chǎn)及日常生活中，靜電危害往往造成重大損失和災(zāi)難。防止聚合物表面產(chǎn)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(dǎo)電物質(zhì)導(dǎo)入法、表面形成吸濕膜法、化 學(xué)處理變性法及應(yīng)用抗靜電劑等。目前應(yīng)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(chǎn)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(xué)添加劑。使用抗靜電劑的方式是在制品表面涂覆或內(nèi)添加。從抗靜電性能的檢測和評價指標(biāo)表面電阻率可用于區(qū)分抗靜電材料和導(dǎo)電材料的區(qū)別，如表1所示：表1導(dǎo)電材料和抗靜電材

2、料的表面電阻率/Q （23C, RH50%）導(dǎo)電材料靜電消散材料抗靜電材料絕緣材料101210121013目前就導(dǎo)電、抗靜電材料的分界線說法不一，導(dǎo)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(dǎo)電性高分子材料一般分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物是1977年才發(fā)現(xiàn)的， 它是有機(jī)聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導(dǎo)率。而純粹的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物至今只有聚氮 化硫類，其它許多導(dǎo)電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學(xué)等手段進(jìn)行摻雜之后才能有較高的 導(dǎo)電性。其代

3、表性的產(chǎn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)，從而 獲得導(dǎo)電性。這些熱分解導(dǎo)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(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材 料的主要用途是導(dǎo)電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導(dǎo)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(dǎo)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(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，它是由導(dǎo)電性物質(zhì)與高分子材料復(fù)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(yīng)用的功能性高分子材料。加入

4、的導(dǎo)電物質(zhì)一般為金屬粉或金屬短纖維、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電聚合物短纖維等，能使制品具有良好 的導(dǎo)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(fù)合型導(dǎo)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(dǎo)電體、除靜電體、導(dǎo)電 體、高導(dǎo)電體；根據(jù)導(dǎo)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(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑、導(dǎo)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(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)廠家有日本的三洋化成、住友 精化、住友科學(xué)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(yīng)用受到一定限制。國內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導(dǎo)電炭黑價格較為低廉；其二是 因為炭黑能根據(jù)不同的導(dǎo)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(nèi)變化；其三是導(dǎo)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(shù)。表1,典型導(dǎo)電碳黑的性能炭黑填

7、充型導(dǎo)電塑料的主要用途是：與集成電路相關(guān)的領(lǐng)域集成電路塊、場效應(yīng)管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運(yùn) 輸?shù)壬a(chǎn)過程中，常常會因震動、摩擦產(chǎn)生的靜電而損壞，甚至造成整臺機(jī)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(chǎn)生的，有實(shí)驗表明： 人在低溫度環(huán)境中的干燥地毯上行走時，可產(chǎn)生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產(chǎn) 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(chǎn)生200伏的靜電。由此可見，在這 一領(lǐng)域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導(dǎo)電塑料的電阻值可在102-109Q間調(diào)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(chǎn)品有：電子元器件在周轉(zhuǎn)、保管、搬運(yùn)過程中使用的周轉(zhuǎn)箱、 托盤、支架、封裝等。醫(yī)療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環(huán)境導(dǎo)電塑料在這些場合用作電器設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)件。高壓電纜、通訊電纜領(lǐng)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(gòu)造，即用導(dǎo)電塑料作半導(dǎo)電層。這是為了緩和導(dǎo)體表面電位梯度，防止導(dǎo)體與半導(dǎo)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(dǎo)電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導(dǎo)電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產(chǎn)生焦?fàn)枱崃康脑?，這類材料的體積電阻為100-104Qcm。在國外，碳系填充型導(dǎo)電

9、塑料巳經(jīng)形成為一個十分成熟的市場，較大的生產(chǎn)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(xué)、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(dǎo)電塑料是一個很小的品種。關(guān)于電子設(shè)備用導(dǎo)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(jī)器(筆記本電腦、手機(jī)等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。 目前對于上述產(chǎn)品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電塑料，其表面加 工費(fèi)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(dǎo)電塑料生產(chǎn) 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(dǎo)電層屏蔽料，國內(nèi)的市場需求約為數(shù)千噸，其中高壓電纜料基本依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳系填充導(dǎo)電塑料業(yè)巳形成工業(yè)化生產(chǎn)，但在品種、質(zhì)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(guān)的導(dǎo)電塑料的工業(yè)化生產(chǎn)基本空白。目前使用的材料大部分為進(jìn)口。這類導(dǎo)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(shù)的發(fā)展，數(shù) 字化電子機(jī)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(shè)備也向外放射電磁 波，因此很容易造成電子機(jī)器的誤動作、圖象和聲音干擾。進(jìn)入80年代，電子機(jī)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(zhì)輕且強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工、生產(chǎn)效率高、總成本低等優(yōu)點(diǎn)。 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(shí)施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導(dǎo)電層的方法和 將導(dǎo)電性填料混入到塑料中制成導(dǎo)電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以往應(yīng) 用較多的是鋅噴鍍和導(dǎo)電涂料法。近年來，導(dǎo)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(dǎo)電塑料法具有3個顯著的優(yōu)點(diǎn)：無需二次加工；屏蔽性與成型制品一次完成（省力、經(jīng)濟(jì)）； 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(chǎn)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?yán)w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(dǎo)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(yīng)用。 當(dāng)一些制品在比較苛刻的使用環(huán)境中要求具有強(qiáng)度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動等特點(diǎn)

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(jī)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(fù)合體系具有優(yōu)異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實(shí)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(dǎo)電炭黑填充的復(fù)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(shí)際應(yīng)用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復(fù)合體系的物理機(jī)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(dǎo)電塑料巳形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，這類材料的價格較為昂貴。國內(nèi)只有北京

14、市化 工研究院、中山大學(xué)、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(chǎn)我公司技術(shù)部從2007年4月份開始抗靜電/導(dǎo)電塑料的研究，研究的主要方向為導(dǎo)電塑料。目前導(dǎo) 電塑料的實(shí)驗室數(shù)據(jù)積累巳經(jīng)基本完成，具體的市場認(rèn)可程度需要銷售配合進(jìn)行檢驗。1.產(chǎn)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(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)20%玻纖為：S G20/PP;抗靜電阻燃V0級為：S RV0/PP;抗靜電增強(qiáng)20%玻纖阻燃V0級為：SG20RV0/PP;2, 產(chǎn)品典型數(shù)據(jù)及同行對比表：目前我公司重點(diǎn)生產(chǎn)產(chǎn)品主要是采用導(dǎo)電炭黑生產(chǎn)抗靜電系列（S系列）和導(dǎo)電系列（E系列）產(chǎn)品，對電磁屏蔽系列的產(chǎn)品還處在基礎(chǔ)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(chǎn)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(jī)械性 拉伸強(qiáng)能度拉伸斷裂伸長率彎曲模量彎曲強(qiáng)度IZOD無缺口沖擊強(qiáng)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(qiáng)度（Mpa）EY33/PPSY70/PASY46/PCEY43/PBTEY88/ABS斷裂伸長率（）18.2215.215.599.387.10彎曲強(qiáng)度（Mpa）33.6391.845.7266.4458.71彎曲模量（Mpa）16073156378422772873簡沖強(qiáng)度（Kj/m2）6.698.012.745.016.30懸沖強(qiáng)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(shí)驗室各種材料的典型數(shù)據(jù)如下表：2.3各種無機(jī)填充導(dǎo)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(qiáng)度（Mpa）33.6335.1037.0136.6038.03彎曲模量（Mpa）16071787196119292125簡沖強(qiáng)度（Kj/m2）6.697.487.037.056.79懸沖強(qiáng)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(chǎn)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(dá)成，價格相 對偏低。對于抗靜電系列的產(chǎn)品抗靜電體系有兩大類：有機(jī)抗靜電系列，炭及金屬系列；有機(jī)抗靜電系列