1、国外导电性聚合物改性应用进展作者：饶兴鹤 来源：国外塑料2004-12 加入时间：2005-8-23 前言塑料聚合物具有质量较轻、易加工成各种复杂形状，化学稳定性好等特殊物理化学性能和使用性能而得到了很大发展，广泛应用于国民经济各领域。但普通塑料是电绝缘的、妨碍了在一些场合的使用，众所周知，塑料电绝缘性在许多应用环境中产生静电作用，如塑料梳子产生头发竖立现象，合成纤维制成衣服产生放电，吸尘器外壳吸附大量灰尘，电视屏幕吸附灰尘、电视和收音机干扰等，有些场合静电泄漏甚至会产生严重火灾或爆炸事故。1 塑料聚合物电绝缘性危害塑料聚合物电绝缘性在应用中可能产生静电积累，进而发生静电泄漏（ ESD ）、电
2、磁波和射频干扰（ EMI/RFI ）。塑料制品静电积累在日常生活中造成灰尘及其他污物吸附、接触纤维毯和塑料手柄时产生电击不适感，引起易燃品发生静电火灾或爆炸，电视及计算机、通讯等信号干扰，由于静电产生电磁波和射频干扰（ EMI/RFI ）甚至影响航空领域的导航系统干扰，医疗监控仪器信号失真等。2 塑料聚合物导电改性原理及方法塑料聚合物导电改性的目的是采取一定措施降低体电阻或表面电阻，使聚合物本身具有导电性或使电荷在聚合物中很快泄漏。通常是在聚合物中加入各种填料或在表面形成导电膜，通过复合而形成导电性，具体方法有四种：（ 1 ） 表面处理。表面处理是指在塑料聚合物表面进行导电处理以达到较高的导电
3、率，包括金属热喷涂法、镀层法和导电涂层法。（ 2 ） 填料分散复合法。填料分散复合法是在塑料聚合物体内混入不同填料，通过分散复合而制成导电塑料聚合物的方法。（ 3 ） 导电填料层积复合法。导电填料层积层合法是将金属网、板、丝、毯等作为中间层、两侧再层压上塑料基材或利用双层平行挤出方法制成一层为导电树脂，另一层为普通树脂的双层制品。（ 4 ） 外用暂时性抗静电剂。在塑料聚合物表面使用暂时性抗静电剂使塑料表面具备暂时性抗静电功能。2.1 塑料聚合物抗静电添加剂应用进展抗静电剂已广泛应用于通用塑料如聚苯乙烯（ PS ）、聚丙烯（ PP ）；工程塑料如 ABS、尼龙 6/6、尼龙6、聚碳酸酯（ PC
4、）、POM、聚对苯二甲酸丁二酯（ PBT ）、PPO、PPS ；专用功能塑料如 PEI、PEEK 以及塑料合金 PC/PMMA、PC/ABS 中。抗静电剂应用方法有两种：一是外用法，即在塑料聚合物表面喷洒、浸渍和涂敷抗静电剂使材料表面接枝上抗静电剂，使材料具有抗静电性能。二是内用抗静电剂法，即将抗静电剂掺和到材料中，或将高分子材料与导电材料混用，使之成为具有抗静电性能的材料。塑料用有机类抗静电剂通常有：烷基磺酸盐、酰胺、胺、酯、季胺盐、脂肪酸皂等。目前，国外广泛使用的塑料抗静电剂如表 1。 抗静电剂具有极性，而塑料聚合物为非极性材料，和抗静电剂相容性一般较差。表 2 总结了部分塑料适用相容性抗
5、静电剂关系。对于食品包装用途的塑料制品所有抗静电剂，必须符合当地相关标准如 FDA 要求。为了更便于使用和使用更经济，国外部分公司开发了部分抗静电剂母料，可应用于聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、丙烯酸、ABS、PC、尼龙和缩醛塑料等，表面电阻范围在 107108 欧姆，如表 3。 2.2 塑料聚合物导电填料改性电子设备受到外界电磁波以及内部产生的电磁波干扰（ EMI/RFI ）后，容易产生误动作。为了防止电磁波的干扰，保持其正常工作，必须对电子设备进行屏蔽。导电性塑料以其设计自由、质量轻、成本低、成型加工容易、适于大批量生产等优点，因此常用作电子设备的屏蔽材料。导电性塑料聚合物是在聚合物基体内混入不同
6、填料和/或抗静电剂，如碳黑、纤维、金属粉末、金属纤维、石墨、纳米碳管等，通过分散复合而制成导电塑料聚合物。2.2.1 导电性碳黑在塑料聚合物中添加导电性碳黑后可显著提高其导电性，但最终电阻值主要取决于碳黑分布状况及表面含量、碳黑总添加量、聚合物本身性质、混合方法及加工条件等，通常碳黑用量为 10%20%。2.2.2 导电性纤维金属纤维导电性能优良，可显著降低填充率，工业上广泛使用。此外，由 TITK 公司开发的导电性纤维素纤维和高填充量碳黑一起使用也可获得良好的电阻性能。其最终电阻值取决于：纤维尺寸、外形如长径比、化学性质、纤维用量、混合方法等。有研究表明：长径比大的黄铜纤维改性聚丙烯材料，当
7、黄铜纤维体积百分数达到临界填充率 6%时，材料体电阻率急剧下降而具有导电性，用量达到 7%时体电阻率达到 0.1 欧姆 厘米。2.2.3 金属粉末或片在塑料聚合物基体中掺入金属铝、铜、镍、银粉末或碎片填料，亦可显著提高材料导电性能。其电阻值受金属粉末尺寸、金属、种类、金属含量以及混合方法影响。2.2.4 暂时或永久性涂层在塑料聚合物表面涂覆一层或涂刷一层导电涂料亦可获得良好的导电性能，其关键是解决聚合物表面的附着力，而且比较困难。同时还要求涂层耐磨持久。通常镍基涂层表面电阻可达到 1 欧姆，铜基涂层表面电阻可低至 0.5 欧姆。暂时性涂层一般不使用，因为在使用过程中可能磨损或冲刷掉，需经常修补
8、。如 EMI/RFI 屏蔽的塑料电气设备外壳使用的涂层通常为 19%60%纯镍粉丙烯酸涂料，涂刷两层后电磁屏蔽效果大约为： 51800MHz 频率衰减值为 4050 分贝。表面电阻 1 欧姆。2.2.5 碳纳米管据研究，加入 1%电阻率很低的碳纳米管（ CNT ）即可使聚合物获得良好的 EMI 屏蔽效果。目前，由于成本高且加工困难仍未推广。据预测，到 2005 年时使用碳纳米管的导电塑料电气构件将占到总量的 20%。2.2.6 导电薄层在聚合物中间加入金属箔层使塑料聚合物具有导电性，金属箔层拥有屏蔽性能，而塑料基材又可保证不发生电气短路，并提高金属箔层强度，通常使用丙烯酸粘合剂使塑料基材与金属
9、箔层粘合。此类导电聚合物屏蔽效果大约为：体积电阻：12 欧姆厘米。电磁波衰减值可达到 6575 分贝。3 结语塑料聚合物导电改性是一个异常活跃的领域，用途广泛。为了预防塑料聚合物的静电积累和泄漏，防止电磁波和射频干扰（ EMI/RFI ），通常处理方法有：选用特种功能塑料聚合物，对塑料聚合物添加抗静电剂或导电填料改性、或是采用永久/暂时导电保护涂层等措施。 参考文献1Michel Biron. Polymers and electrical behaviour I-Outline and antistatic solutions to make ESD polymers.Specical Chem，June 9，20042Michel Biron. Polymers and electrical behaviour II - Solutions to make EMI and RFI shieldings. Specical Chem，Jul 8，20043赵敏等. 改性聚丙烯新材料，北京：化学工业出版社，2002，9作者单位：湖北中国石化荆门分公司信息中心/448002
