导电塑料1.ppt

导电塑料,塑料能导电吗？,在人们印象中，塑料无疑是良好的绝缘体，很少有人想到塑料也能导电。1977年，白川英树等人发现，在名为聚乙烯的塑料中添加碘这一杂质后，聚乙烯便像金属那样具有导电性。白川英树因此成为2000年诺贝尔化学奖得主,一导电塑料简介,塑料一直被人们作为绝缘材料使用因其高绝缘性，带来加工和应用的一些问题。随着现代电子工业和信息产业的发展，各种工业自动化设备、徽电脑、家用电器及电子产品进入国民经济各个领域和人们工作生活环境之中。静电消除、电磁屏蔽、微渡吸收等技术已引起人们的关注。因此。应用领域对塑料提出了导电性能的要求近十几年来，世界各国对具开展了广泛的研究，力求推出新一代的塑料材料、使之既保持塑料固有的优点又赋予新的导电性能。,二定义,导电塑料是将树脂和导电物质混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。,三导电塑料的用途,（1）在电子、电器领域中作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转箱、IC及LCD托盘、IC封装、晶片载体、薄膜袋等。（2）防爆产品的外壳及结构件，如：煤矿、油船、油田、粉尘及可燃气体等场合中使用的电器产品外壳及结构件。（3）中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料。（4）电讯、电脑，自动化系统、工业用电子产品、消费用电子产品、汽车用电子产品等领域中的电器产品EMI屏蔽外壳。,四导电塑料的分类,按照电性能分类，可分为：绝缘体、防静电体、导电体、高导体。通常电阻值在1010cm以上的称为绝缘体；电阻值在104109cm范围内的称作半导体或防静电体；电阻值在104cm以下的称为导电体；电阻值在100cm以下甚至更低的称为高导体。按导电塑料的制作方法分类，可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。按用途的不同分类，可分为：抗静电材料、导电材料和电磁波屏蔽材料。,4.1结构型导电塑料,结构型导电塑料是指高聚物车身具有导电性或经过化学改性后具有导电性的塑料。这是一类新型的高聚物。它们能发挥自身化学结掏的作用，使其本质上能够导电。再通过化学方法进行掺杂以增长其导电性(常用的掺杂物为碘、五氟化砷、五氟化硼等)通常这类化学物都是带有共轭双键结构的结晶性高聚物现已研制的有：聚乙炔(PAC)、聚对苯捧(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚苯硫醚(PPS)、聚噻吩、聚苯胺、聚喹啉等到目前为止有重要意义的是前四种。,结构型导电塑料,目前，结构型导电塑料大多仍处于研究和实验试用阶段，只有少数进入实用领域但与复合型导电塑料相比，因不需要使用价格昂贵的导电填料而成本较低，又在保持高聚物本身特性方面较佳，并比较容易达到所需的导电性，故其潜在的技术用途和市场前景乐观,4.2复合型导电塑料,复合型导电塑料是指经物理改性后具有导电性的塑料它在研究和应用方面较结构型导电塑料更成熟，不少产品已商业化生产。,复合型导电塑料,制作复台型导电塑料必须选择合适的基本树脂和复合方式：(1)基本树脂几乎所有正在使用的树脂均可采用。如PE、PP、WC、PS、ABS以及TPO等热塑性塑料和酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等热固性塑料(2)复合方式可分为下列三类：a.分散复合法(填充导电填料)在基本树脂中添加导电填料并使之均匀分散b层积复合法(金属纤维系导电塑料)在基本树脂中添加或层积金属纤维并使之呈层状分散c.表面橡覆法(表面滁覆导电塑料)在塑料表面涂覆金属层,五导电塑料的成型,5.1结构型导电塑料的成型结构型导电塑料的稳定性和加工性目前仍是工业化生产和实际应用的主要问题工业已研制的太多数结构型导电高聚物很不稳定，加热时容易分解。有些对氧十分敏感，有些在储存时会失去原有性能。而且它们不熔不溶，至今还不能很好地将它们分散在有机溶剂或粘性树脂之中，因此无固定的成型方法为了解决这个问题，国外已研制了聚合物共混物以改善其稳定性和加工性或先制备成能溶解的璜聚体，使之可在溶液中加工成胰或采用共聚和接技的方法，引入可加工成分近年来已研究出可用热塑性加工方法成型的导电高聚物，从而在加工和应用出现突破预料将会更多地开发出掺杂前能加工，掺杂后能稳定的新品种,导电塑料的成型,5.2复合型导电塑料的成型对复合型导电塑料来说，现有的塑料加工成型方法均可采用挤出、注射、层压等方法加工成型的导电塑料制品，其导电性已完全可以达到使用要求。,复合型导电材料的成型,5.2.1填充导电塑料的成型这类导电塑料是采用分散复合法成型的将导电填料与基本树脂在捏和机中混合均匀，然后挤出造粒，再将粒料用合适的方法成型,填充导电塑料工艺流程,基体树脂导电填料,捏合,挤出造粒,注射或其他成型方法,导电制品,常用导电填料,表1常用导电填料,常用导电填料,碳黑碳黑是使用最早最常用的导电填料。添加碳黑的最终产品的电阻率可通过选择合适的填加量及加工条件予以调节加入少量碳黑电阻率不会有明显变化，填加量提高到一定比例之后，电阻率可下降几个数量级，但下降到低限之后，再增加填加量，电阻率变化就很不明显,常用导电填料,铝箔片铝箔片因其成本低目前用于多种热塑性塑料。其效果优于碳黑常用的铝箔片宽度约001ram。厚度约0001ram，长度312ram，填加量1822。铝箔片的加入将降低制品的冲击强度并容易引起表面斑点。当要求外观质量高的制品时，需再作表面涂饰。总之导电填料的填加量，填料的品种和形状，填料的分散性以及制品的厚度对导电性均有直接的影响。,5.2.2金属纤维系导电塑料的成型,目前有四种成型方法a直接法就是在基本树脂中直接加入金属短纤维，其工艺流程与填充导电塑料相同也可以在添加金属纤维同时添加导电填料。使用金属短纤维没有什么限定，拉丝法或熔纺法制成的金属纤维和舍金纤维均可使用。通常纤维的长度为2ram。直径10一l0m。添加量以5-25(体积)为好。,金属纤维系导电塑料的成型,b母粒法就是将金屑长纤维用集束剂进行集束，然后将其切成长度为515ram的切片(母粒)，再将切片与基本树脂一起混练或捏和，使其均匀分散3)各种材质的金属长纤维均可使用理想的纤长度100ram，直径5m(最佳为7岬)，添加量48，与集束剂混合时所占比例以2070为宜。通常使用的集束剂是热塑性树脂溶液或裂液。集束切片与基本树脂混合时应选用低速和剪切应力小的设备。,金属纤维系导电塑料的成型,母粒法流程图,金属长纤维,导电制品,切片（母粒）,混炼或捏合,注射或其他成型方法,金属纤维系导电塑料的成型,cBMC法(预制整体模塑料)就是将金属长纤维先织成网张织物(体积腭或丝毯)，然后将其置于两层塑料基材之阉压制成型。也可将织同浸渍树脂溶液烘塑成型又可将织网作为嵌件预置模具中注射成型(包括双层注射)。BMC法的优点是金属鲢纤维在加工过程中不受损伤，因而导电性极好，使用中能保持导电性。,金属纤维系导电塑料的成型,dSMC法(片状摸塑料)就是将多股金属长纤维与基本树脂混合，经过反复滚压和牵伸，制成片状摸塑料，然后用干法”模压成型。SMC法特别适用于热固性塑料。,金属纤维系导电塑料的成型,添加金属纤维比添加导电填料对基本树脂的性能影响较小，对加工成型性、对设备摸具的损伤及污染都较小，且不影响制品着色。目前金属纤维系导电塑料电阻率可达到10Qcm。电磁珲蔽效高，综合性能好，是程有发展前途的导电塑料。但是，多数金属纤维价格较高，囤而可采用混杂，金属纤维或混合导电填料以降低成本，其效果往往超过单一体系。,金属纤维系导电塑料成型,表2几种纤维价格,5.2.3表面涂覆导电塑料的成型,涂覆的方法包括电镀法、喷涂法、真空蒸镀法、磁控溅射法、表面处理法以及贴膜法等。因存在牯接性等问题，一旦表面导电层划破、剥离或脱落，就会影响导电性，甚造成事故。近年来发展的多层复合法在一定程度上避免了上述问题,六导电塑料的应用,目前，导电塑料已在计算机及通讯领导、电子仪表、家电电器和高技术领域得到广泛的应用。用作电磁屏蔽材料尤其引人注目。通常材料的电阻率1Qcm，屏蔽值可达到30一40dB。即能满足大部分电子设备的电磁屏蔽要求。用填充导电塑料或金属纤维系导电塑料制作的电器壳体已能达到新需的屏蔽值。表3是各种纤维的添加量与屏蔽值的关系表3是各种纤维的添加量与屏蔽值的关系。达到电磁屏蔽要求的导电塑料可用于制作各种电器壳体及电子部件。,纤维添加量与屏蔽值,表3,七导电塑料的国内外发展状况,7.1抗静电剂填充型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、第一工业制药等。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。,导电塑料的国内外发展状况,7.2碳系填充型在国外，碳系填充型导电塑料已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。,导电塑料的国内外发展状况,7.3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。,八发展展望,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