复合型导电塑料与结构型导电塑料介绍

复合型导电塑料与结构型导电塑料介绍

时间：2008-06-03 11:44:31 来源：中国防静电网文号：大中小

高分子材料代替金属材料是今后材料学科领域的发展趋势。由此带来导电性聚合物的市场需求日益增长，其应用领域逐步扩大

复合型导电塑料

复合型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，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。

复合型导电塑料根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)、碳系(炭黑、石墨等)，可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。

1、抗静电剂填充型

抗静电剂填充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1010-1013Ω。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。

2、碳系填充型

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

102-109Ω·cm。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102-109Ω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。

3、金属填充型

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，数字化电子机器已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，这方面的研究报道很多，这是由于导电塑料法具有3个显著的优点：①无需二次加工；②屏蔽性与成型制品一次完成(省力、经济)；③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10-1000Ω·cm，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―10μm，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。

结构型导电塑料

1977年三位科学家发现的是结构型导电聚合物，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导电聚苯胺，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下4个方面：①具有与金属相同的电导率；②在空气中是稳定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

导电塑料产品的的开发在国际上竟争十分激烈。目前美国（杜邦公司、IBM公司、AlliedSignal公司）、德国（Ormecon）、芬兰（NesteOy）和日本（NittoDenko）等国的公司已基本从原理上解决导电聚苯胺的吨级生产、溶液与熔融加工难题，进入工业规模的开发。欧美产业部门估计到2005年国际上相关产品产值将达到10亿美元，这当中电子化学品、抗静电材料、聚苯胺金属防腐蚀材料、电磁屏蔽材料占80％以上。世界各大公司在该领域拥有近150项专利技术，其中原创性专利3-5项。

在导电聚苯胺产品的开发中，目前最有成效的是德国的Ormecon公司，该公司主要生产导电聚苯胺防腐涂料和抗静电涂料，已经在美国、日本和韩国分别建立了OrmeconAmerica，OrmeconJapan及OrmeconKorea三家子公司，已经成为全球最有影响力的导电聚苯胺产品公司。