导电涂料的研究现状及发展趋势
导电涂料的研究现状及发展趋势3
石 玉1 孟祥飞1 郑建龙2
(1西安工业大学材料与化工学院 西安 710032 2总后建筑工程研究所 西安 710032)
摘 要:导电涂料是一种特种功能涂料。根据导电原理可分为添加型导电涂料和本征型导电涂料。本征型的导电涂料主
要有聚苯胺型和聚吡咯型。添加性的导电涂料主要有碳系、金属系、金属氧化物系和复合类。本文主要介绍了各种导电涂料的
发展现状,国内外的导电涂料发展概况,以及导电涂料的今后发展方向。
关键词:导电涂料;导电性;导电填料
Abstract:Theconductiveisakindofspecialfunctioncoating.Itcanbeclassifiedadditivetypeconductingcoatingsandintrinsic
typeconductivecoatings.theintrinsictypeconductivecoatingsmainlyincludepolyanilineandpolypyrrole,etc.theadditivetypeconduc2
tingcoatingsmainlyincludecarbon-filled,metal-filled,fillingmetaloxidesandfillingcompounds.Webrieflydiscussthecurrentde2
velopmentofallkindsoftheconductivecoatings,thedevelopmentinlandandabroad,andthefuturedevelopmentaldirection.
Keyword:conductivecoating;electricalconductivity;conductivefillers
导电涂料是涂于高电阻率的高分子材料上,使
之具有传导电流和排除积累静电荷能力的特种涂
料,可涂覆于任何形状基材的表面或内部。导电涂
料按组成及导电机理可分为两大类:结构型(亦称本
征型)导电涂料与复合型(亦称添加型)导电涂料。
本征型导电涂料的导电材料是高聚物自身。添加型
导电涂料的导电材料是在绝缘高聚物中添加的导电
物质(金属、石墨等),利用导电物质的导电作用,使
高聚物具有导电性能。
1 本征型导电涂料的研究现状
美国的MacDiarmid与日本的白川用I2和AsF5掺杂聚乙炔后发现经过掺杂的聚乙炔导电率增加了
10-12个数量级,接近于金属导体。这一发现,突破
了“高分子是绝缘体”的观念,引起了人们的关注。
1980年左右,人们认识到聚乙炔的导电率虽高,但是
其稳定性难以解决,所以研究方向转向了聚吡咯、聚
苯胺等导电高聚物。
1.1 聚苯胺导电涂料研究现状
聚苯胺导电性能好,空气中稳定及热稳定性高,
但是其不溶不熔、难以加工成型的难题一直困扰着人们。曹镛等[2]用樟脑磺酸掺杂的聚苯胺100%溶
于间甲酚,用十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺完全溶
于甲苯,这种溶解性来源于掺杂剂本身的溶解性,掺
杂剂中的SO3H基团与聚苯胺结合,可溶性基团分布
在聚苯胺/掺杂剂复合物的外围,致使聚苯胺可溶。
这种“掺杂剂诱导增溶”法对解决聚苯胺等导电高分
子难以加工问题取得了突破性的进展。目前利用
“掺杂剂诱导增溶”法已制得了可溶于水系[3]的聚苯
胺。由于聚苯胺有良好的导电性能,所以可应用在
导静电涂层方面。填加量为5%—8%时,其导电效
果可与导电填料40%时相比。谷亚新[4]等以聚苯胺
为导电填料,聚酰胺为固化剂制备了聚苯胺/环氧树
脂的导静电涂料。高额的合成费用增加了聚苯胺涂
料的生产成本,刘谊君等[5]采用氧化缩聚合成法制
备了无机酸掺杂低成本、高电导率的导电聚苯胺,并
以该导电聚苯胺为导电填料,以环氧树脂为成膜物,
制备出了成本低,电导率可调的导电涂料。近年来,
聚苯胺较多用于导电防腐领域。聚苯胺防腐机
理[6-7]非常复杂,对其研究已取得很大进展。中国科
学院长春应化所王献红等认为聚苯胺防腐机理是中
53第27卷 第2期
2008年11月 中国生漆
JournalofChineseLacquer Vol.27No.2Nov.2008
3收稿日期:2008-06-13间态聚苯胺将铁氧化成致密的氧化膜,本身还原;在
水的存在下,还原的聚苯胺被空气中的氧氧化到中
间态,继续发挥保护作用。聚氨酯和环氧树脂能与
聚苯胺结合形成性能优异的防腐涂料。Mari[8]开发
出了聚苯胺环氧树脂防腐蚀涂料。王建雄等[9]人正
在研究用有机大分子酸掺杂乳液聚合的方法合成聚
苯胺,来提高聚苯胺的可溶性,与环氧树脂结合制备
防腐涂料。目前,聚苯胺导电涂料在防腐[10-11]领域
有着广泛的应用。
1.2 聚吡咯导电涂料的研究现状
导电高分子聚吡咯与其他导电高分子相比具有
电导率高、易成膜、无毒等优点。由于与聚苯胺一样
不易加工,所以对它研究主要集中在改性研究
上[12-13]。由于其电导率高,可用做导静电涂料。李
田,曾幸荣,许均[14]用聚吡咯和有机蒙脱土制成的纳
米复合材料作为导电添加剂,聚酰胺作为固化剂,制
备了水性的环氧抗静电涂料。当导电添加剂用量为
4%时,涂层电导率达到了3.2×10-8S/cm,而且在用
量小于12%时,涂层的附着力、耐水性、冲击强度等
均很好。Iribarren[15]等人在聚氨酯树脂中添加聚吡
咯制备了防腐涂料,实验表明:没有加导电聚吡咯的
涂膜很快降解,加入导电聚吡咯涂膜具有很好的耐
酸耐碱性,对碳钢有很好的保护性。
同传统的复合导电涂料相比其具有质轻、环境
稳定性好等特点,在诸多领域都有潜在应用价值,极
具发展前景。
2 添加型导电涂料的研究现状
添加型涂料由于导电填料不同可分为碳系、金
属粉末系、金属氧化物系及复合型。其中,以碳系和
金属粉末系导电涂料研究较多。
2.1 碳系导电涂料的研究现状
碳系填料主要有炭黑、石墨、碳纤维等。使用碳
系填料制备导电涂料时,通常将石墨、碳纤维等混合
使用,尤其是石墨几乎不单独使用。涂川俊等用石
墨、炭黑、碳纤维及碳化硅粉末等复合型碳系填料与
合成树脂制成了并联导电发热涂料并作了研究。当
填料含量相同时,复合型填料比单一填料具有更优
良的导电特性。碳系填料与纤维匹配后构成了三维
空间网络导电粒子链结构,更有利于导电和发热。
碳系导电填料的研究主要包括几方面[16]:(1)采用
偶联热处理、化学接枝法对碳表面进行处理,提高导电性。(2)静电复制用碳粉的表面氟化,该技术被美
日两国垄断。(3)导电性粉末用炭黑的表面处理。
目前采用基体树脂和炭黑化学接枝制得的导电填料
已被用于印刷电路的导电涂料中。为提高碳系导电
涂料的导电性,减少碳粉的用量,在碳粉表面镀铜、
镍、银等金属已成为研究课题。张露露、游敏等[17]以
自制的化学镀银鳞片石墨对传统无溶剂型环氧玻璃
鳞片涂料进行改性,既提高了导电性,又提高了耐蚀
性。此外,碳纳米管具有很好的导电性,相对于其它
金属颗粒,量很少时就能形成导电的网链,且密度
小,不易沉降,很适合做导电填料。冯辉昌等用碳纳
米管为导电填料制备了导电防腐涂料,解决了涂膜
防腐与导静电不能兼顾的问题,石玉、张飞龙等[18]利
用碳系导电填料,研制出了漆酚导静电防腐涂料,其
既保持了生漆原有的优异性能,又突出的综合防腐
及导静电特性,为石油化工行业提供了一种比较理
想的导静电防腐涂料。
2.2 金属系导电涂料的研究现状
金、银等金属的导电性能虽好,但是其价钱昂
贵,只能是用于航空等特殊领域。有人研究采用纳
米技术[19]降低银作为填料时的成本。Li-RongBao
等[20]人通过在银粉中掺杂带有聚合物乳化粒子的金
属粒子,来降低渗滤阈值,从而减少了银粉的用量,
降低了涂料的成本。由于铜粉在空气中极易氧化而
在其表面生成氧化物,导致铜系导电涂料导电性降
低。李哲男[21]等人用二月桂酸丁基锡活化处理纳米
铜粉表面,然后采用置换反应法制备了与原来铜粉
大小大致相同的核壳形铜-银双金属粉末,既降低
了成本又解决了铜粉易氧化的问题。镍系导电填料
由于价格适中,导电效果也较好,化学稳定性好,屏
蔽效果优良已经被应用于电磁屏蔽等很多领域[22]。
吴行等用自制的钛酸酯偶联剂改性镍系电磁屏蔽涂
料后,镍系电磁屏蔽涂料屏蔽效能在9kHz~1.3GHz
范围SE≥35dB。
2.3 金属氧化物系导电涂料的研究现状
金属氧化物系导电填料产品目前较多的是对纳
米ATO和纳米ZAO的研究。由于纳米ATO导电粉
表面能高,在涂料制备与储存过程中易凝聚而导致
性能劣化,傅敏等[23]人采用物理与化学结合的分散
方法对纳米ATO进行预处理,解决了纳米粒子的分
散与团聚的难题。杜仕国[24]等制备了以纳米ATO
632008年第2期 石 玉等:导电涂料的研究现状及发展趋势 导电粉为填料,醇酸树脂为基体的复合导电涂料,并
讨论了纳米ATO含量对涂膜性能的影响。当纳米
ATO含量为60%~65%时,涂料的导电性能较好,表
面电阻率能够达到103Ω/cm2。目前,有关纳米ZAO
的研究主要集中在薄膜制备及相关性能研究上,关
于粉体研究的报道较少,其合成方法也仅局限于共
沉淀法。罗重霄等[25]人采用超声-膜板法高效合成
出了分散好、导电性能优良的白色掺铝ZAO纳米晶,
将制得的导电纳米晶加入到抗静电涂料体系中,不
仅导电性好,而且还大大提高了涂料的抗紫外光等
性能。由于金属氧化物系导电填料导电性能好,比
重小,颜色浅,在空气中稳定和装饰效果好等优点,
极具发展潜力。
2.4 复合系导电涂料研究现状
复合类导电填料一般呈灰白色或浅灰色粉末,
具有导电性好,稳定性高,耐热耐腐蚀等特点。其中
导电云母以其比重较小,导电性好,有光泽,颜色可
调等优点而受到各国的重视,导电云母可获得永久
的导电性,已被应用于导电涂料中。张学卿和王志
超[26]以环氧聚氨酯为基料、导电云母为导电填料制
备了浅色聚氨酯导静电涂料,并对导电性能进行了
研究。实验表明:当导电云母添加量为20%~28%
时,表面电阻率达到105~109Ω。
3 导电涂料的国内外研究概况
欧美等生产导电涂料的主要厂家有美国的
Chemicals&InsulatingBEE,Electro-KineticSystem
公司,英国的RFShieldingLTD,NutwoodUKLTD公
司。产品的大部分是电磁屏蔽涂料,主要品种为镍
系导电涂料。这是由于镍系导电涂料价格低,抗氧
化性好,电磁屏蔽效果好[27]。随着铜抗氧化技术的
发展,铜系导电涂料使用逐渐增多。RSF公司的RSF
-31Cu/Ag[28]就是在铜粉表面镀银,这样得到的导
电涂料既提高了导电性,又解决了铜粉易氧化的问
题,同时也降低了成本。日本的神东涂料、日立化成
等公司也生产导电涂料,他们填充的导电填料[29]主
要有铜粉、银粉、镍粉和炭黑等。
国内开发的导电涂料以添加型为主,导电填料
的种类虽然多样化了,但是仍然以金属类导电填料
和碳系导电填料为主。金属氧化物和复合型在特别
领域也有使用。随着电子、电气、通讯信息技术的发
展,电磁波干扰、电磁波辐射等成为人们所关心的问题,近几年对铜系和镍系电磁屏蔽涂料研究较多。
四川大学金属材料系电磁屏蔽材料研究室对镍系电
磁屏蔽涂料的研究取得显著成绩。由涂铭旌院士等
研制的镍基电磁屏蔽复合涂料在10kHz~1GHz范围
内,经过检测能达标。虽然国内铜系、镍系电磁屏蔽
导电涂料已取得了一定的发展,但是大多数仍处于
导电高分子材料的简介
导电高分子材料的简介、应用和发展前景
摘要:与传统导电材料相比较,导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。
关键词: 导电高分子 制备方法 导电机理 性能 应用 发展趋势
1. 简介
高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围,一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料。导电高分子又称导电聚合物,自从1976年,美国宾夕法尼亚大学的化学家Mac Diarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔(Poly acetylene,简称PA)具有类似金属的导电性(导电高分子的导电性如图); 1977年,日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质,电导率达到10S/m。这是第一个导电的高分子材料。人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入。以后,相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念,而且它的发现和发展为低维固体电子学,乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献,进而为分子电子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。
现有的研究成果表明,发展导电高分子兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能 , 具有密度小,易加工成各种复杂的形状 ,耐腐蚀,可大面积成膜及可在十多个数量级的范围内进行调节等特点,因此高分子导电材料不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品,而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
1.1导电高分子材料的分类
按结构和制备方法不同将导电高分子材料分为复合型与结构型两大类。复合型导电材料是由高分子和导电剂(导电填料)通过不同的复合工艺而构成的材料。结构型结构型导电高分子又称本征型导电高分子(Intrinsically conducting
探讨有机导电高分子材料的导电机制
探讨有机导电高分子材料的导电机制
摘要:导电高分子的研究起源于二十世纪七十年代,其应用前景十分广阔,因此受到了十分广泛的关注与重视,甚至逐渐成为了国际上十分活跃的一种研究领域,对其的研究也开始由实验室的研究朝着实践应用方面的发展,并广泛及普遍的将其推广到能源、信息与传感器等方面。本文首先分析了导电高分子材料的种类与发展趋势,继而重点分析了有机导电高分子材料的实际导电机制,并且在研究的过程中逐步提出其未来的发展方向。
关键词:导点高分子;导点机制;导点材料
引言
高分子材料的机械性相对明显,并且其同样可以用作结构类材料。现如今的高分子材料已经逐渐的覆盖了绝缘体、金属与半导体等领域。所谓有机化合物,主要包含有P电子与R电子两类。R电子作为成键电子,有着较高的键能,但是其离域性小,同时还被称为定域电子。P电子的出现,是两个成键原子中P电子重叠所得。一旦P电子出现了被孤立的情况,十分可能会导致出现有线离域性,电子可以围绕着原子核的四周转。伴随着P共轭体系数量的逐步增加,离域性同样逐步提升。
一、导电高分子材料的种类
(一)复合型导
复合导电高分子材料发挥作用的主要是充负荷材料,其获得的方式主要包含表面混合或者是层压普通聚合物材料与各种导电材料。负荷型导电高分子材料有着比较的种类,具体来说主要包含有涂料、塑料与橡胶等。其具体的性质与导电填料的实际种类、使用料,实际的颗粒度和状态与其在聚合物材料中的世界处于一种紧密连接的状态。往往会选择与其在聚合物材料中的世界分散状况连接起来。普遍情况下可以选择使用粉末金属、炭有金属纤维等,将其用作高分子的导电类的填料用处。
(二)结构型
这一材料指的是具备电功能的聚合物类材料,它不仅有着导电功能,同时也掺杂了其他的材料。这一次材料的导电率并不同,具体可以将其分之为聚合物金属、聚合物超导体、高分子半导体等。从导电机制的差异角度看来,其可以充分分之为离子导电聚合物与电子聚合类材料。电子导电聚合物材料其结构特征之时,一般包含平面大共轭体系或者是线性,将光与热的作用充分发挥出来,将π电子激活,继而逐渐将导电的效用利用起来,在半导体的范围中,主要包含有电导率。并且在高分子聚合物的材料中,要提升其实际的导电性能,适当的添加一些其他的物质。
石墨烯导电油墨的应用及研究现状
石墨烯导电油墨的应用及研究现状
管麟书
【摘 要】随着印刷电子日益小型化、集成化,传统的减法电路板印制技术已经无法满足市场的需要.导电油墨作为关键电子材料,在印刷电子技术中的应用越来越广泛.本文总结了常见的导电油墨的类型,包括金属导电油墨、导电高分子导电油墨、碳系导电油墨,其中,石墨烯导电油墨导电性能优异、机械性能强,具有广阔的应用前景.本文综述了石墨烯导电油墨在智能标签、印刷电路、薄膜开关等方面的应用,并进一步简要介绍了石墨烯导电油墨的制备方法,以期为该领域的科研人员的研究提供一定的参考.
【期刊名称】《化工中间体》
【年(卷),期】2018(000)012
【总页数】3页(P137-139)
【关键词】石墨烯;导电油墨;应用;制备
【作 者】管麟书
【作者单位】南京市第二十九中学 江苏 210036
【正文语种】中 文
【中图分类】T
1.引言
随着印刷电子日益小型化、集成化,传统的减法电路板印制技术已经无法满足市场的需要。导电油墨作为关键电子材料,在印刷电子技术中的应用越来越广泛,在无线射频识别系统、柔性印制电路板、薄膜开关、电磁屏蔽等领域应用日益增多,得到人们广泛关注,如Flint Ink投资导电油墨以降低RFID成本,韩国ABC公司开发的纳米导电油墨应用于RFID、柔性印制电路、电磁屏蔽等。自2004年英国科学家发现石墨烯以来,石墨烯优良的导电性、力学性能、单原子厚度、价格低廉等优势受到广泛的关注,可作为一种新型的碳系石墨烯导电油墨。据英国《每日电讯报》报道,剑桥大学开发出可打印的石墨烯导电油墨,可制作穿戴监视器;美国西北大学的研究人员喷墨打印石墨烯油墨,生产出性能优异的高导电柔性电极,与普通电极相比,导电性能提高了250倍,折叠时电导率仅轻微下降;国内在石墨烯油墨领域的发展也取得可喜进展,2015年,由青岛瑞利特新材料科技有限公司投资的国内首条石墨烯导电油墨生产线在青岛落成投产,可实现年产30吨导电油墨。据预测,今后20年内,印刷电子的市值将突破3000亿美元。因此,研究开发高性能石墨烯导电油墨具有巨大的经济价值。
绝缘粉末涂料研究及其应用进展
了较大变化。即尽量选用聚酯材料减少环氧材料的使用以最大限度地降低成本。我
们不难看出环氧树脂价格上涨过快带来的负面影响。年原材料供应情况发生了变化。
今年以来全球资源短缺特别是周边地区近几年环氧树脂生产与消费量大幅度增加而并没有新的产能增加加剧了区域性资源失衡导致今年价格大幅上涨这是造成环氧树
脂价格上调的主要原因。这与年双酚价格上涨有所不同由于全球的双酚产能过剩所
以年的环氧树脂价格上涨在一段时间后可以得到缓解。但的紧缺状况短时间内难以
缓解所以高位平台会在相当长时间内得到保持直到供需平衡得到根本改善。在此同
时聚酯树脂生产的主要原材料新戊二醇和对苯二甲酸发生紧缺造成聚酯树脂价格大幅上涨目前聚酯树脂的价格已经接近环氧树脂的价格纯聚酯树脂突破元大关有
的已经达到元。市场分析表明原材料尤其是新戊二醇的短缺状况到年底前很难
有缓解的可能。这种原材料供应状况应当引起粉末企业的高度重视。年我国粉末涂
料用环氧树脂和聚酯树脂的主要供应商见表和表。数据统计显示我国粉末涂料用助
剂以国产助剂为主宁波南海化学有限公司是我国最大的助剂供应商所占市场份额在左右。宁波志华六安捷通达、无锡万利、肇庆十盈等企业组成了第二梯队。一些高
档粉末涂料需要配用国外进口产品这些助剂在中国市场都有销售成为我国粉末助剂
市场很好的补充。年主要统计了纯聚酯粉末涂料用的和一羟烷基酰胺固化剂和一
羟烷基酰胺的国内主要供应商见表。由于的毒性问题在欧洲的使用受到限制因此
的生产转入环保和安全健康法规尚不完善的第三世界国家。我国的产量中有左右出口。从产品质量来看国产的环氧氯丙烷残留量远远高于进口产品尽管环氯残留对粉
末涂料产品质量影响不大但危害人体健康需要引起充分重视。制粉设备行业状况年
行业数据统计中我们共统计到制粉设备企业家主要分布在我国烟台地区。年设备企
业共为粉末涂料行业提供台套左右的生产线。应该说制粉设备企业为我国粉末涂料
行业的发展作出了不可磨灭的经过多年的发展制粉设备企业已经逐步走向威熟并在产品研发方面投入资金邦定混料设备立体薄涂生产线、采用了防爆技术的磨粉
导电胶的应用和研究1.导电胶的概述导电胶是一种固化或干燥后
导电胶的应用和研究 1. 导电胶的概述 导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂,它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分, 通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起, 形成导电通路, 实现被粘材料的导电连接。由于导电胶的基体树脂是一种胶黏剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 如环氧树脂胶黏剂可以在室温至150℃ 固化, 远低于锡铅焊接的200℃以上的焊接温度, 这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤和内应力的形成。同时, 由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展, 铅锡焊接的0.65mm的最小节距远远满足不了导电连接的实际需求, 而导电胶可以制成浆料, 实现很高的线分辨率。而且导电胶工艺简单, 易于操作, 可提高生产效率, 也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。所以导电胶是替代铅锡焊接, 实现导电连接的理想选择。 目前导电胶已广泛应用于液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、集成电路(IC)芯片、印刷线路板组件(PCBA)、点阵块、陶瓷电容、薄膜开关、智能卡、射频识别等电子元件和组件的封装和粘接, 有逐步取代传统的锡焊焊接的趋势。 2. 导电胶的分类及组成 2.1 导电胶的分类 导电胶种类很多, 按导电方向分为各向同性导电胶(ICAs,Isotropic Conductive Adhesive)和各向异性导电胶(ACAs,Anisotropic Conductive Adhesives)。ICA是指各个方向均导电的胶黏剂, 可广泛用于多种电子领域;ACA则指在一个方向上如Z方向导电, 而在X和Y方向不导电的胶黏剂。一般来说ACA的制备对设备和工艺要求较高, 比较不容易实现, 较多用于板的精细印刷等场合, 如平板显示器(FPDs)中的板的印刷 。 按照固化体系导电胶又可分为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶、紫外光固化导电胶等。其中uninwell International只从收购Breakover-quick以后,成为导电胶全球产品线最齐全的企业集团,产品涵盖室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶、紫外光固化导电胶等。 室温固化导电胶较不稳定, 室温储存时体积电阻率容易发生变化。高温导电胶高温固化时金属粒子易氧化, 固化时间要求必须较短才能满足导电胶的要求。目前国内外应用较多的是中温固化导电胶(低于150℃), 其固化温度适中, 与电子元器件的耐温能力和使用温度相匹配, 力学性能也较优异, 所以应用较广泛。紫外光固化导电胶将紫外光固化技术和导电胶结合起来, 赋予了导电胶新的性能并扩大了导电胶的应用范围, 可用于液晶显示电致发光等电子显示技术上, 国外从上世纪九十年代开始研究,其中uninwell International的BQ-6999系列紫外光固化导电银胶属于行业首创,得到客户的普遍认可和高端客户的大力追捧。 2.2 导电胶的组成 导电胶主要由树脂基体、导电粒子和分散添加剂、助剂等组成。目前市场上使用的导电胶大都是填料型。 填料型导电胶的树脂基体, 原则上讲, 可以采用各种胶勃剂类型的树脂基体, 常用的一般有热固性胶黏剂如环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚 醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶黏剂体系。这些胶黏剂在固化后形成了导电胶的分子骨架结构, 提供了力学性能和粘接性能保障, 并使导电填料粒子形成通道。由于环氧树脂可以在室温或低于150℃固化, 并且具有丰富的配方可设计性能, 目前环氧树脂基导电胶占主导地位。 导电胶要求导电粒子本身要有良好的导电性能粒径要在合适的范围内, 能够添加到导电胶基体中形成导电通路。导电填料可以是金、银、铜、铝、锌、铁、镍的粉末和石墨及一些导电化合物 3. 国内外研究状况及前景 目前, 国内生产导电胶的单位主要有上海合成 树脂研究所, 国外企业有uninwell International,美国Epoxy的公司、Ablistick公司,Loctite公司、3M公司,日本的日立公司、Three-Bond公司等。已商品化的导电胶种主要有导电胶膏、导电胶浆、导电涂料、导电胶带等组分有单、双组分。导电胶一般用于微电子封装、印刷电路板、导电线路粘接等各种电子领域中。现今国内的导电胶无论从品种和性能上与国外都有较大差距。 导电胶作为锡膏的换代产品有着广阔的前景,但是目前与锡膏或锡焊相比仍存在着成本高的问题, 而且导电稳定性和耐久性仍有待于提高。今后的研究方向首先是对现有粘接体系的改进, 如对环氧树脂的稀释、复合和改性, 使其既有着良好的力学性能又与导电粒子有良好的配合和适宜的润湿作用。通过对固化动力学的研究, 分析固化过程中活性基团的变化以及交联网络的形成过程中导电粒子聚集态的变化规律, 优化固化体系。第二是制备出导电率高、性能稳定、耐腐蚀和环境影响的导电粒子, 降低成本, 并提高导电胶的稳定性和可靠性。第三是发展新型的固化方式, 提高其工艺性, 实现低温或者室温固化, 如固化、电子束固化等。这方面的研究工作虽已开展, 但大多仍局限于研究阶段, 还有很多工作仍待进行。 4.导电胶的应用领域 (1)导电胶粘剂用于微电子装配,包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的金属层、金属底盘连接,粘接导线与管座,粘接元件与穿过印刷线路的平面孔,粘接波导调谐以及孔修补。 (2)导电胶粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊。导电胶粘剂作为锡铅焊料的替代晶,其主要应用范围如:电话和移动通信系统;广播、电视、计算机等行业;汽车工业;医用设备;解决电磁兼容(EMC)等方面。 (3) 导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电胶粘剂的又一用途。 (4)导电胶粘剂能形成足够强度的接头,因此,可以用作结构胶粘剂。 5.国内外导电胶的应用情况 目前国内市场上一些高尖端的领域使用的导电胶主要以进口为主:uninwell International,Ablistick公司,3M公司几乎占领了全部的IC和LED领域,日本的住友和台湾翌华也有涉及这些领域。日本的Three-Bond公司则控制了整个的石英晶体谐振器方面导电胶的应用。国内的导电胶主要使用在一些低档的产品上,这方面的市场主要由上海合成树脂所占有。 uninwell InternationalBQ的系列的导电胶主要适用于LCM,LED发光二极管,FV太阳能电池组件,TP触摸屏,光通讯器件,电子标签,电子纸,智能卡封装,EL冷光片,无源器件,封装测试,SMT表面贴装,摄像头,手机组装,电脑装配,DVD,数码产品,半导体芯片,传感器,电气绝缘,汽车电子,医疗器械等行业的各种电子元件和组件的封装以及粘结等。 5.导电胶的应用及面临的技术难题 电胶主要存在以下问题: (1)电导率低,对于一般的元器件,大多导电胶均可接受,但对于功率器件,则不一定。 (2)粘接效果受元器件类型、PCB(印刷线路板)类型影响较大; (3)固化时间长。 由基体树脂和金属导电粒子组成的导电胶,其电导率往往低于Pb/Sn焊料。为了解决这一问题,国内外的科研工作者做了以下的努力:增加树脂网络的固化收缩率;用短的二羧酸链去除金属填充物表面的润滑剂;用醛类去除金属填充物表面的金属氧化物;采用纳米级的填充粒子等。 (4)导电胶的另一个技术问题是相对较低的粘接强度,在节距小的连接中,粘接强度直接影响元件的抗冲击性能。 6.结束语 微电子封装技术正处于高速发展阶段, 导电胶以其诸多优点成为锡铅焊料未来可能的替代品, 但仍存在许多制约其广泛应用的缺陷, 目前对导电胶的研究主要集中在下述几个方面。 (1) 新体系的开发 现在使用的导电胶大部分都是环氧树脂体系。但是,环氧树脂存在固化温度高、易吸水等缺点,环氧树脂导电胶的粘接强度相对Pb /Sn 体系偏低,银系导电胶有银迁移和腐蚀作用; 铜和镍易氧化,导电胶中多用胺类等污染环境的固化剂及偶合剂,导电率较低且固化时间相对较长。因此, 聚合物的共混( 导电胶和导电聚合物的共混, 改善其综合性能) 和改性、固化剂的改性以及导电粒子的表面活性处理、覆镀合金或低共熔合金和由此制备的新型导电聚合物是近几年的研究重点。 (2) 固化动力学的研究 通过固化动力学的研究, 可以对导电胶的聚合过程得到更深的认识, 为选择高效率的固化剂提供指导固化动力学的研究可以通过原位红外光谱分析来实现。通过对固化过程中活性基团红外光谱的原位分析推断固化过程中发生的反应, 进而优化固化体系。 (3) 新固化方式的实现 UninwellInternational开发的低温固化导电银胶,室温快速固化导电银胶BQ-6880系列得到全球很多大客户的青睐,是未来连接材料的发展趋势。BQ-6999系列紫外光固化导电银胶也为很多客户极大提高了生产效率,成为今后需要提高效率的首选导电银胶。此产品利用UV固化、电子束固化得到接近金属焊料的连接强度。 目前我国电子产业正大量引进和开发SMT 生产线, 导电胶在我国必然有广阔的应用前景。但我国在这方面的研究起步较晚, 目前所需用的高性能导电胶主要依赖进口, 因此必须大力加强粘接温度和固化时间、粘接压力、粒子含量等因素导电胶可靠性的影响的研究和应用开发, 制备出新型的导电胶, 以提高我国电子产品封装业的国际竞争力。
浅色环氧导静电油舱涂料的研究
echnology 技 术 】
浅色环氧导静电油舱涂料的研究
口张淑彦
丽茜
舰船油舱的腐蚀主要出现在油 舱的底部、积水部分的舱壁和与油
水接触的管道。其原因是舱底积水 中残留有无机酸(如盐酸、硫化氢)、
有机酸(如环烷酸)等腐蚀性物质,还
有来自大气及碳氢化合物对油舱内 壁的腐蚀。在水、氧和电解质的共同
作用下,钢铁发生电化学反应,生成
Fe,O 、Fe O 、Fe(OH),等,导致舱 体腐蚀。另外,油舱在制造过程中
的断续焊缝也有可能产生缝隙腐蚀 等。同一种金属材料,其腐蚀速度
在沿海地区要比内陆大几十倍,原
因是海洋环境下盐份含量高,腐蚀 严重。 油舱内的油品在运输、贮存和
使用过程中,存在着摩擦、撞击、挤
压、喷射等一系列接触分离过程,静
电荷的产生速度有可能高于静电荷 的泄漏速度,产生静电积聚。当积聚
的静电荷放电能量大于可燃混合物
的最小引燃能,并且在放电间隙中
油品蒸汽和空气混合物处于爆炸极
限范围时,将会引起静电危害。据文 献介绍,材料的体积电阻率在1 0 Q・cm数量级以下,产生的静电荷
可在瞬时消失。因此,油舱内部的防
静电问题是油舱涂料需要解决的重
要内容。
舰船油舱内壁涂层除了应具备
良好的防腐蚀、抗老化、耐温、耐油 性能外,还应具有导静电性,而且导
CHrN E中TROL删EU” c s 34 静电性能不会因长期的使用发生大
的变化,导电材料不易发生迁移。为
便于维修保养和观察,涂层需制成 白、浅白、浅灰等浅颜色。
实验部分
环氧涂料的防静电性有多种方 式获得,如添加防静电助剂、添加炭
黑、石墨、金属粉末、导电纤维、导
电云母粉等等。目前,通过在环氧涂 料中添加浅色导电云母粉获得稳定
的浅色导电性涂层已成为主流,这几
年已几乎应用于所有防静电领域,得 到了广泛好评。
表1 在确定导电云母粉这一关键原
料之后,环氧树脂、环氧固化剂、助
剂及颜填料的选择得当则可起到锦 上添花之效。
国内外导电银粉和银浆以及导电胶市场概要状况
国内外导电银粉和银浆以及导电胶市场概要状况
银粉银浆市场状况, C/ p! y3 m/ E5 S" X5 M
一.前言
银有如下几方面特性:
最优常温导电性 最优导热性 最强的反射特性 感光成像特性 抗菌消炎特性。
由于以上特性以及相对化学稳定性(高温下不氧化的最廉价金属),使其广泛应用于现代工业中,随着电子工业的发展,银的导电性和导热性使其成为电子工业不可缺少的材料。目前银在电子工业中应用已成为其使用的最主要方面。在电子工业中银也存在着自身的缺点。主要反映在三个方面即:抗焊锡浸蚀能力差、银离子迁移、硫化。因此有些情况下要加入铂、钯来改善其缺陷。银在电子工业中应用,可以分为微电子(小功率、低电压)和电气(高功率、高电压)两个方面,随着民用电气的不断发展的轻、小、薄趋势。在微电子方面的使用将成为最主要的方面。而银在微电子工业中的应用形式是薄层化,源于电子机器轻、小、薄以及成本的要求,要实现薄层化目前主要的技术包括厚膜浆料技术、电镀技术、其它物理方面(汽相沉积、溅射),其中厚膜浆料技术由于投资少、量化生产容易,适用于各种基材,成膜条件简单,使其成为实现导电膜层的最主要方式。% |: S- O3 u; t*
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在电子工业中厚膜和薄膜的区别不是膜厚,而是不同的成膜方式。以印刷、烧结成膜方式为厚膜工艺。而厚膜工艺的核心就是银导体浆料。厚膜浆料(Thick
film pastes)始于上世纪三十年代的美国,当时在BaTiO3单板电容器基板上如何形成电极,联想到历史上的陶瓷上釉工艺,将玻璃粉作为粘接相与银粉和载体(有机聚合物+溶剂)混合加工为具有一流变特性的“膏状物”或称油墨,通过印刷烧结方式在陶瓷上形成引导电膜,从而产生了厚膜浆料。' v:
厚膜浆料(Thick film pastes)分为三类即导体、电阻、介质,其中最主要的,使用量最大是导体浆料,而导体浆料的主体是银导体浆料,是由银粉、粘接相、有机载体三部分组成。随着微电子工业的迅速发展厚膜浆料也不断发展,突破了原始基本概念。目前以银粉作为主体功能材料的“油墨类”材料可分为三类:
导电塑料发展综述
导电塑料发展综述
摘 要:2000年,诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树通过研究发现:塑料是可以导电的。他们的研究成果挑战了人们的传统观念,同时在近年来导电塑料在现实中得到了广泛的运用。
关键词:导电塑料;发展;前景
导电塑料是指将树脂和导电类的物质混合,通过塑料加工方式加工而成的功能型高分子材料。被广泛地运用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。
导电性高分子材料通常分为结构型和复合型两类。结构型导电高分子聚合物是有机聚合掺杂后的聚乙炔,在1977年被发现,它具有类似金属的导电率。其它导电聚合物通常必须通过离子化、电化学、氧化还原等方法加工处理后才能具备高导电性。另一种热分解导电高分子是把聚酰亚胺和聚丙烯等物质在高温下进行热处理以获得与石墨结构类似的物质,从而产生导电性这种热分解导电高分子的特性是不需要进行掺杂处理,具有较好的稳定性。复合型高分子材料是由高分子材料和导电性物质复合而成的,应用较为广泛。复合型高分子材料按照树脂形态的不同可分为导电塑料、导电橡胶、导电胶粘剂、导电涂料等。其中,本文所论及的导电塑料其主要用途为:
(1)作为中、高压电缆中的半导电屏蔽料。
(2)作为防爆产品的外壳和结构件,如煤矿、油船等场合中使用的电器产品外壳及结构件。
(3)作为电子产品的集成电路、晶片等精密电子元器件生产过程中所需的防静电薄膜袋、ic封装、ic及lcd托盘等。
(4)作为电讯、电动化系统、消费电子产品、车载电子产品等电器产品的emi屏蔽外壳。
导电塑料除了在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕及智能窗等领域得到高速的发展,在太阳能电池、发光二极管、微型电视屏幕等领域也被广泛看好。人类在未来不仅能通过导电塑料提高计算机的运行速度,而且还能减小计算机的体积。
1 国内外对导电塑料的研究成果
塑料向来被视作导电性极差的物质,因而被广泛地用作导线的绝缘外皮。然而两位来自澳大利亚昆士兰大学的专家领导(保罗·麦里迪斯(paul meredith)教授和助理教授本·鲍威尔(ben powell),新南威尔士大学的亚当·米考林(adam micolich) 教授取得的一项研究发现,将一层薄金属膜覆盖在绝缘层上面,通过离子束把它融入高分子聚合体表面,能够生成一种新的塑料膜,价格低、强度高、韧性好、可导电。
纳米导电炭黑防静电PTFE涂层的研究
第5O卷第7期 2012年7月 上海涂料 SHANGHAI C0ATINGS Vol_5ONo.7 Ju1.2012
纳米导电炭黑防静电PT F E涂层的研究
凌玲 黄华成 王晓媛 许国栋 张建荣 孙凌
(1.华东理工大学化学与分子工程学院,上海200237;2.上海涂料有限公司技术中心,上海200062)
摘 要:以纳米导电炭黑粉体XC-72R作为导电填料对高分子材料进行防静电处理。先对纳米
导电炭黑粉体进行球磨分散,制得固含量为35wt%的高稳定性导电浆料,再将该浆料添加到聚四氟
乙烯(PTFE)乳液中,并涂布到玻璃纤维布上,经380 ̄C烧结制得防静电PTFE涂层。当炭黑粉体的添 加量为3.98wt%时,涂层的电阻率可达10o n・em,具有很好的防静电效果。
关键词:导电填料 炭黑纳米粉体;防静电涂料
中图分类号:TQ 630.7 文献标识码:A 文章编号:.1009-1696(2012)07—0016—04
0引言
高分子材料具有质量轻、成本低等优点,已得到
广泛应用。但高分子材料的电阻率通常较高,在使用
环境下很容易产生静电,每年因静电导致的火灾、爆
炸事故经常见诸报道,因此必须对高分子材料进行
防静电处理。在高分子材料表面涂布表面活性剂是
成本最低的方法,但该方法存在防静电性能不持久,
特别是在湿度较低的环境下,如冬季,材料的防静电
性能大幅度降低。也有在高分子表面涂布防静电涂 层的办法,但该方法也存在随着使用时间的延长,表 面磨损使其防静电性能逐步消失的问题。向高分子
材料体相中添加永久防静电剂(导电填料),从而在
绝缘基体中形成导电网络,很好地解决了上述问题,
也成为高分子材料防静电的趋势_l J。
现有的永久防静电导电材料主要有金属粉体,如
银、铜、镍、铝粉等。银的导电能力强,抗氧化能力也
强,已成为太阳能电池工业、微电子工业中主要的导
电粉体材料,已经有关于将银纳米颗粒制备成透明导
导电高分子材料的发展现状及未来发展趋势
科技论坛 民营科技2014年第3期 导电高分子材料的发展现状及未来发展趋势 袁玫 (黑龙江省经济技术联合发展总公司,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:现介绍了导电高分子材料的类型,对其在实际中的应用进行了研究和总结,并且在此基础上展望了导电高分子材料的未 来发展趋势。目的在于对导电高分子材料的实用性进行有效提升,扩大其应用的范围,并对该材料的新研究产生积极地影响。 关键词:导电;高分子材料;现状;趋势 社会的快速发展使得许多新型材料得到了较高的关注与研究, 这是科学发展的必然要求,也是提升生活品质的前提条件。高分子材 料是由质量较高的分子聚合而成,该材料的优势特| 是其在生产和生 活中得到了较为广泛的应用。在高分子材料中有一种具有较强导电功 能的材料,被称之为导电高分子材料,这种材料既具有高分子材料易 加工和耐腐蚀的特点,又具有导电性良好的优势,成功地代替了无机 导电材料的应用。导电高分子材料是能够产生导电性和电化学可递l生 的优质材料,在充电电池的电极的生产中被加以应用,同时该材料在 尖端科技的开发和研究中也是非常重要的原材料之一。在社会的发展 中,需要这种材料的地方有很多,这也使得对进行加工和应用的研究 受到了人们着重地关注。 1导电高分子材料分类 导电高分子材料可以通过产生的方式和结构的不同分为复合型 材料与结构型材料两类,这两类材料虽然具有较为相似的特陛,但是 也存在着较大的差别,而且应用的方向和范围也有所不同。正确认识 这两种导电高分子材料的特 和特性,能够使对其的应用更加科学化 和合理化。下面将对这两种材料分别进行研究。 1.1复合型导电高分子材料。由通用的高分子材料与各种导电性物 质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导 电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导 电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高 分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属 粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 l_2结构型导电高分子材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后 具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导 体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分 子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具 有线型威面型大共轭体系,在热或光的作用下通过共轭竹电子的活 化而进行导电,电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类 材料的导电性能大大提高。如在聚乙炔中掺杂少量碘,电导率可提高 12个数量级,成为“高分子金属”。经掺杂后的聚氮化硫,在超低温下 可转变成高分子超导体。结构型导电高分子材料用于试制轻质塑料蓄 电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体元器件 等。但目前这类材料由于还存在稳定性差(特别是掺杂后的材料在空 气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械陛能方面的问题,尚未进 入实用阶段。 2导电高分子材料的应用 导电高分子材料的应用是对其进行研究和生产的主要目的,其 应用的研究与拓展一直是人们专注的问题,在经过多年的努力之下, 导电高分子材料能够应用的方位得到了极大的扩展,这也使得其材料 的优势得到了更大的发挥。在导电高分子材料的应用方面,既要对其 应用的范围进行总结和研究,更需要注意其特点和优势的发挥。下面 就导电高分子材料的应用就行分析,主要有以下几个方面。 2.1显示材料。电解合成的导电高分子材料在电化学掺杂时会伴随 着颜色的变化,利用这一特陛可以将其用作变色器材。这一类导电高 分子能够进行电化学脱掺杂和再掺杂,并且发生还原可逆的电化学反 应,通过电化学掺杂可以使导电高分子材料变为绝缘体,氧化掺杂又 可以使其变为导体,并且材料的导电性会随着掺杂与脱掺杂的程度不 同而相应变化。通过对施加电量的控制就可以使导电高分子材料在导 体、半导体和绝缘体之间变化,并且随着导电度的变化,导电高分子材 料的光学特『生也会随之变化,根据这个特性,可以将导电高分子材料 用作显示材料。这类变色功能高分子材料还可以作为节能玻璃窗的涂 层,在炎热的夏天它会阻止太阳能热辐射到室内和汽车内,保持内部 的凉爽舒适。此外,这类材料还在显示元件、仪器仪表等方面有广泛的 应用。 2.2电池。如前所述,导电高分子具有可逆的电化学氧化还原特性, 而且还有相对密度小、室温电导率大和比表面积较大等特点,所以它 可以作为电池极好的电极材料。比如聚吡咯有较高的掺杂程度和较强 的稳定性,并且对电信息的变化也十分敏感,例如在传统的纺织物上 涂上聚吡咯,就可以使其变成导电体。用导电高分子材料做成的二次 电池具有易生产加工成膜、可绕曲、小型轻便、能量高等特点,如果解 决了有机物的耐久性和高压下有机溶剂的稳定性问题,那么以导电高 分子材料为基础的二次电池就有可能实现商品化。 2.3导体。将金属粉、炭黑等导体粉末与高分子材料经过填充复合、 表面复合等方式进行合成,就可制成具有导电性的高分子材料。经复 合合成的导电高分子材料与传统金属导体相比具有如下优点:加工性 能强,适于更多场合的应用;耐腐蚀、弹性高、密度低;电导率可调节, 使用范围相对更广,方便实际应用;适于批量生产,价格便宜。导电高 分子作为超级电容器电极拥有很多优点,例如柔韧性好、电导性高、易 加工而且可被制成薄膜。很多导电高分子材料显示出高比容量和电 容,并且可以在—个高相对速度下传递能量,但是作为超级电容器电 极的主要觇 就是循环使用寿命短。 2.4药物释放。导电高聚物的掺杂和脱杂过程实际上是一个对阴离 子嵌入和脱嵌入过程,离子电疗法是借助电化学过程来驱动药物通过 皮肤而进入体内,利用这两点就可以制作一种含药物的导电高分子电 池,接通电流的时候药物就能释放出来,并通过皮肤而进入血液。聚吡 咯是在这方面研究最早也是应用最广泛的一种导电高分子。 3导电高分子实用化发展趋势 下面对其有待发展的方面进行研究和展望。 3.1解决导电高聚物的加工性和稳定性。现有的导电高分子聚合物 多数不能同时满足高导电性、稳定性和易加工性。合成可洛『生导电高 聚物是实现可加工性和研究结构与性能的有效途径。 3.2自掺杂或不掺杂导电高分子。掺杂剂不稳定或聚合物脱杂往往 影响聚合物的导电性。因此,合成自掺杂或不掺杂导电高分子可以解 决聚合物稳定『生问题。 3.3在分子水平研究和应用导电高聚物。开发新的电子材料和相应 的元件已引起各国科技工作者的重视。如果技术上能很好地解决导电 高分子的加工性并满足绿色化学的要求,使其实现导电高分子实用 化,必将对传统电子材料带来一场新的技术革命。 高分子合成材料被广泛地应用于生产与生活之中,在现代技术 发展与科技进步的要求下,导电高分子材料的应用也得到了普遍的应 用。社会的发展需要新型材料的不断支持,同时也需要对现有材料进 行更加深入和完善的研究。通过以下的研究可以发现,在导电高分子 材料的应用中,仍有许多方面没有充分发挥出其真正的使用价值,这 也就表明该材料的应用具有广阔的发展空间。因此,对导电高分子材 料进行继续研究,使其能够充分利用到实际的生产和生活中是非常重 要的。 参考文献 [1]屈莹莹,赵帅国,代坤,等.各向异性导电高分子复合材料的研究进 展IJI.塑料工业,2o12(5):182.
