导电金属纤维在塑料中的应用

导电金属纤维在塑料中的应用 丁长坤天津工业大学材料科学与工程学院 Email dingchangkun 2012 04 21上海 天津工业大学简介 天津工业大学是教育部与天津市共建 天津市重点建设的全日制普通高等学校 学校目前总占地面积230 8102万平方米 总建筑面积97 0527万平方米 一级学科博士点 2个二级学科博士点 14个一级学科硕士点 17个二级学科硕士点 71个专业硕士 4个工程硕士授予领域 15个本科专业 49个高职专业 5个博士后流动站 2个 学校现有 国家重点学科 1个天津市 重中之重 学科 3个天津市重点学科 8个天津市重点发展学科 1个国家级特色专业 6个省部共建国家重点实验室培育基地 1个教育部重点实验室 2个天津市重点实验室 4个教育部工程研究中心 2个天津市工程技术中心 3个天津市技术推广中心 1个 学校现有专任教师1500余人 其中具有高级职称人员700余人 特聘两院院士和国外兼职教授50余人 学校产学研结合走出特色之路 形成了以纺织复合材料 中空纤维膜分离技术 特种功能纤维材料 纺织油剂助剂 半导体照明与材料 机电设备集成制造等研究为特色的科研优势 多项科研成果被成功应用于节能环保 新材料等国家战略性新兴产业和国防高科技产业 科研特色 科研团队 2009年度国家科技进步二等奖 复合型导电纤维系列产品研制与应用开发 获奖人 程博闻 施楣梧 李杰 黄庆 丁长坤 盛平厚 肖长发 杨春喜 金欣 崔宁 中国纺织科学研究院天津工业大学总后勤部军需装备研究所 直线位移传感器 位移传感器 抗静电中空板 笔记本电脑 手机壳 电位器 导电镊子 良好的导电性 导热性柔韧性和耐蚀性大长径比和接触面积易形成导电网络导电塑料的导电率高 电磁波屏蔽材料 10 3 100 cm 金属纤维特性 拉拔法金属纤维表面光滑 尺寸精确 但工序复杂 生产周期长 价格昂贵 切削法以固态金属为原料 用刀具将其切削成纤维屑 方法简单 生产周期短 成本较低 但纤维截面不易均匀 光滑 熔抽法从液态金属直接生产金属纤维 成本较低 需专门设备 金属纤维的制造方法 常用金属纤维 铜纤维 银纤维 镍纤维 不锈钢纤维 预处理除去纤维表面粘附的灰尘和杂质 然后用清水漂洗干净 表面处理增强纤维与聚合物的相容性和结合程度改善加工性能和机械强度降低导电位垒和提高材料导电性能表面活性剂 硅烷 有机硅 偶联剂和钛酸酯偶联剂等 金属纤维填充导电塑料的制备 混料 单螺杆挤出机剪切作用较小 纤维分散不易均匀 双螺杆挤出机剪切作用大提高螺杆转速和延长混炼时间有助于纤维分散均匀可能会降低纤维长径比 流变仪可使纤维有一定长径比且分散较均匀 但生产能力有限 金属纤维填充导电塑料的制备 成型注射时宜降低螺杆转速和注射压力提高机筒和模具温度可加入适当的加工助剂纤维在流动过程中有取向纤维适宜的长径比 40 200 金属纤维填充导电塑料的制备 逾渗现象 Percolation 普遍存在于粒子填充型聚合物复合材料中 是指当填充粒子达到一定的浓度时 体系的某种物理性质发生突变的行为 不锈钢纤维 6 9 体积分数 时 复合材料体积电阻率下降5 6个数量级 导热系数增大 国内外研究现状及关键技术问题 填充量与渗滤阀值 范五一 表面改性对不锈钢纤维 HDPE复合材料性能的影响 高分子材料科学与工程 1997 13 2 104 108 谭松庭等 金属纤维 聚合物导电复合材料的性能研究 材料工程 1998 12 15 17 38 混炼时间的影响 国内外研究现状及关键技术问题 高结晶度聚合物比低结晶度聚合物导电性好 长度的影响没有含量大 TheSEvaluesoftheSSFfilledcompositeswithvariouslengthsandweightpercentages SEincreaseswithweightpercentageandfiberlength 国内外研究现状及关键技术问题 POLYMERCOMPOSITES 2002 23 1003 1013 Taiwan POLYMERCOMPOSITES 2002 23 1003 1013 Taiwan 国内外研究现状及关键技术问题 SEMphotomicrographsofthecrosssectionofcompositesfilledwithNGFandSSF a theshortNGFliesidebysidehardtoformconductivenet b theSSFtwistandbendtoformconductivenet 纤维越长越容易团聚 TheSSFdistributioninthecrosssectionofthecompositewith120 ringgate Theopticalmicrographstaken a nearthesurface b betweenthesurfaceandthecentralpart c nearthecenterofthepart POLYMERCOMPOSITES 2002 23 1003 1013 Taiwan Photographsshowingdispersionof4wt SSFincompositesmoldedwiththesameringgateangles 120 andinjectionspeed 60 fordifferentlengths a 4mm b 6mm 15wt 56vol polyamide633wt ofalow meltingtin zincalloywithameltingpointof199 52wt offinecopperfibers averagelength 0 65mm diameter 35um PolymerEngineeringandScience 2009 49 1511 1524 Germany Thecriticalconcentrationsofvolumerequiredforthisescalation calledpercolationthresholdrangebetween20and25vol forboththemetal thermoplastichybridmaterialandthepolymerexclusivelyfilledwithcopper 国内外研究现状及关键技术问题 电阻率均匀性 Photographof4wt 6mmSSForientationanditsfinalcontentsinthematrixobservedatlocationsfromthegatetotheremoteendofthemoldat a lowinjectionspeed b highinjectionspeed 国内外研究现状及关键技术问题 POLYMERCOMPOSITES 2002 23 1003 1013 Taiwan 国内外研究现状及关键技术问题 JournalofAppliedPolymerScience 2006 100 3280 3287 France Germany CorrelationbetweenresistivityandLSSFcontentasafunctionofdistancefrominjectionpointforPP 1 66 v vLSSF depth0 5mm 纤维缠结 呈无规线团 而不是硬棒状或螺旋 SEMobservationoftransversecutinzone1and2respectively fromrighttoleft Fromlefttoright spherulitesofPPandcylindritesofPP 0 56 v vLSSFisothermallycrystallizedat135 for21min JournalofAppliedPolymerScience 2006 100 3280 3287 France Germany PhotooftheLSS