| 单词 | 导电塑料 |
| 释义 | 【导电塑料】 随着塑料应用范围的日益发展，在生产、运输、使用过程中产生了静电危害。静电的存在对薄膜类制品产生许多不良影响。电影胶片、唱片由于静电吸尘而直接影响清晰度和音质，塑料包装袋由于静电作用而产生“粘闭”。在塑料薄膜的生产过程中，由于薄膜与牵引夹辊、导辊、张紧辊、档板、安装夹板之间的高速滚压或摩擦，使薄膜表面带有高电势静电荷，LDPE薄膜为800V，HDPE薄膜为2000V，PP、PVC薄膜为4000V。在夹辊紧压作用下，薄膜正反两面分别与金属辊或橡胶辊接触，产生异性电荷，因此，在薄膜卷取时，产生强烈的异性相吸作用，使卷取时发生卷皱或错位。由于静电的存在，人体在接触、装卸膜卷时会产生强烈的触电感，损害操作人员健康。 结构型导电塑料又称本征型导电塑料，是指本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。它们能够通过自身化学结构的作用，使其本质上能够导电，再通过化学方法进行掺杂以增加其导电性(常用的掺杂物为碘、五氟化砷、五氟化硼等)。这类塑料主要是使聚合物分子中的电子不定域(结构中有共轭双键、π键电子作为载流子)，在聚合物中引入导电性基团(如取代的苯胺、具有π电子的芳基等)或掺杂其它材料，通过电荷交换而形成导电性。聚乙炔是典型的导电高聚物。西德的BASF公司对纯度较高的聚乙炔进行掺杂，已制成体积电导率为铜的四分之一、质量电导率为铜的2倍的导电聚乙炔材料。聚乙炔将应用于太阳能电池、电磁开关、抗静电清漆、轻质电线材料、纽扣电池及高级电子器件等方面。聚对苯撑的导电性和热稳定性优良，但常态为粉末，难以成型加工。聚噻吩薄膜的质量和电导率最佳，聚噻吩中有取代基的电导率更高。聚3－甲基聚噻吩电导率达到510Ω－1cm－1，主要应用于电化学领域。聚噻唑是由S2N2固相聚合而制得的金黄色晶体，在温度接近绝对零度时显示超电导性，呈薄膜状不显示超电导性。在已知的导电聚合物中，聚苯硫醚具有较活泼的性质，其导电性稳定，容易操作，而且便宜。在聚苯硫醚中掺杂SO3使其获得了很好的导电性，湿度对其导电性影响不大。起初人们把AsF5、AsF3等氟化物用作聚苯硫醚的掺杂剂，并且AsF5、AsF3有协同作用，两者的混合能迅速进到聚苯硫醚中，这样掺杂量大，所以电导率高，但湿度能影响AsF5、AsF3掺杂聚苯硫醚薄膜的导电稳定性。掺杂SO3后，一旦体系抽真空，电导率立刻上升，若放入空气中，电导率的下降也是惊人的，再度抽真空又会恢复原状。掺杂AsF5、AsF3的聚苯硫醚薄膜对湿度敏感，掺杂SO3的聚苯硫醚薄膜对真空度敏感，进一步处理后可用于湿度、压力传感器。聚吡咯(PPY)是一种共聚高聚物，可用电化学氧化法制备。高导电率聚吡咯薄膜在空气中具有良好的稳定性，但机械性能不理想。由于这种原因，人们合成了聚吡咯／聚氯乙烯、聚吡咯／聚乙烯醇、聚吡咯／聚亚胺酯、聚吡咯／聚已内酰胺等导电复合材料，以改善聚吡咯的机械性能。还发现一些导电聚合物如聚萘乙烯、聚蒽乙烯、聚芘乙炔、聚乙烯咔唑、聚乙烯吡啶及其衍生物，它们的电导率一般都低于10－4Ω－1·cm－1。含金属络合物的聚合物也是导电聚合物的一类，例如由CuCl2和四氰基苯合成的聚酞菁铜，其电导率可达CpT=10－1～10－2Ω－1·cm－1，将聚二茂铁、聚乙炔基二茂铁用二氯二氰代苯醌(DDQ)或对氯苯醌(P-CA)进行氧化，电导率可以增加7个数量级。聚合物－盐体系的电导也有许多人研究，其中对聚环氧乙烷(PEO)的金属盐体系研究得最多。聚环氧乙烷的一个独特性质是与无机盐形成络合物的倾向，研究得较多的是聚环氧乙烷－碱金属盐体系，其电导率与温度、盐的类型和盐的浓度等有关。从综合效果看，LiClO4的效果比较好，75℃时，LiClO4的浓度为13%时，电导率为2．0×10－5Ω－1·cm－1。复合型导电塑料是由树脂与抗静电剂或导电填料复合而成。抗静电剂大多属于表面活性剂，无论是离子型还是非离子型的，其分子结构中都含有亲水基团和疏水基团。疏水基团的作用是使抗静电剂与高聚物有一定的相容性，而亲水基团使之具有一定的吸水性，在塑料表面形成一层“水膜”，使产生的电荷尽快消失。抗静电剂的作用是尽量控制电荷的产生和使已产生的电荷泄漏。因此抗静电剂既要与高聚物有一定相容性，又应具有润滑性和吸湿性，润滑性可以减弱摩擦，减少电荷的产生；吸水性则可以吸附空气中的水分，形成一层含水导电层，起导电作用。抗静电剂是在加工树脂时添加到树脂组成物中的，在树脂中分布不均匀，表面浓度高，内部浓度低。在使用过程中，由于拉伸、洗涤、摩擦等原因会导致树脂表面抗静电剂单分子层缺损，经过一段时间后，树脂内部的抗静电剂分子不断向表面迁移，使之得到补充。该系列属于半永久性导电塑料。可供选择的抗静电剂很多，但正确选用一种或配合使用几种抗静电剂达到抗静电目的是不容易的，一般都通过实验筛选。因为抗静效果受到树脂种类、成型方法、成型工艺条件、产品形状以及其它添加剂的影响。复合系导电塑料是不同树脂和不同的导电填料经各种加工方法复合制得的。填充型导电塑料的导电机理比较复杂，一般可分为导电回路如何形成和形成的导电回路如何导电两个方面。许多研究表明，当复合体系中导电填料的含量增加到一个临界含量之后，体系的电阻率突然下降，然后体系的电阻率变化又趋平缓。这是由于导电填料的分布状况发生改变所引起，表明体系在突变点附近开始形成导电网络。对填料复合导电体系研究得较多的是炭黑体系。并非所有的炭黑都可用于导电塑料，其导电性是由结构性、粒子尺寸分布和表面化学性质决定的。结构性是指炭黑粒子间聚结成链状的程度，结构性高，就易于形成网络结构，导电性也就越好。结构性在宏观上可用吸油值(DBP)表示，吸油值越高，其结构性也就越高。粒子尺寸越小，单位体积粒子越多，越易形成网络结构，导电性就越好。工业上常用测定比表面(BET)或黑色度来评定粒子尺寸，黑色度越高，比表面积越大，粒子尺寸越小。一般导电塑料用炭黑比表面积应大于500m2／g，但比表面积过大，使导电塑料熔体粘度高，难以成型加工，使其冲击强度降低。综合考虑的最佳比表面积为900m2／g。对炭黑导电性起决定作用的是表面化学性质，即表面活性基团的多少。活性基团会束缚载流子的迁移，降低导电性。导电塑料不宜选用含活性基团较多的炭黑。炭黑的表面化学情况常用在950℃±20℃下热失重的百分含量表示，热失重越多，含活性氧化物越多；也可采用测炭黑pH值的方法，表面官能团少的炭黑通常呈中性或弱碱性。高密度聚乙烯－炭黑体系研究得比较多，炭黑填充量增到一定值，电阻率突然下降，随着炭黑填充量的增加，聚乙烯的拉伸强度和硬度增加，冲击强度降低，加入炭黑对HDPE结晶度影响不大，对复合体系热变形温度提高很大，但复合体系的断裂伸长率下降很快，熔融指数上下降较快。炭黑／HDPE复合材料具有优良的抗静电性能，良好的综合性能和较为低廉的成本，可望用做管道、容器、板材和注射制品，在需要抗静电的场合得到广泛使用。金属填充的导电塑料可分为粉末状、箔片状和纤维状三大类。相同填充量下，纤维状和箔片状的填料的电阻比粉末状填料低，可用填充复合塑料导电机理解释：复合塑料的导电性取决于填料在其中能否相互接触形成导电网，在相同体积下，具有很大面积的纤维状和箔片状填料相互接触的几率最大。要达到能形成导电通路的程度，粉状填料的用量必须大大增加，使复合塑料的加工性能和机械性能变得很差，因此，宜选用纤维状和箔片填料制备导电塑料。用金属纤维填充的导电塑料具有良好的导电性，电磁屏蔽效率高，综合性能好，是一种屏蔽、导电塑料，已广泛应用于计算机壳、罩、接插件等方面。影响金属纤维填充导电塑料导电性的主要因素是纤维的长径比。不同金属中以不锈钢和铜纤维填充导电性好。不锈钢纤维细且强度高，在成型过程中不易折断，能保持较大的长径比，而且表面不会因生成氧化物而降低导电性。不锈钢纤维往往用量很少即可达到较理想的导电性，有报导94份ABS、5份硬脂酸酰胺和1份不锈钢纤维(直径8μm)注射成型，制品体积电阻率Rv为10－1Ω·cm，屏蔽值30～40dB．铜丝本身具有很好的导电性，而且铜的延展性好，可以拉成各种细丝，因此铜纤维及铜合金纤维在填充型导电塑料中获得广泛的应用。但是包括铜在内的大多金属很容易氧化，生成导电率低的氧化物，使用前应除去氧化层以获得更高的导电性。常用的方法是H2、I2还原或用酸洗。可直接使H2气体还原金属填料的氧化物；I2多半是配成浓度为15%的溶液，金属填料在其中浸泡一定时间后，再水洗，烘干后使用，酸洗是用10%稀盐酸，水洗后烘干使用。为防止铜纤维在加工过程中因受热再次氧化，有人提出用酸性磷酸盐处理纤维表面或在表面包覆一层橡胶类材料，还有人用比铜更容易氧化的金属如P6加入到配方中以保护铜不被氧化。也有人报导，把黄铜纤维在卤素非水性溶液中处理后，可以提高其抗氧化性和导电性能，并且在成型后可保持其性能，使用中导电性降低也小。碳纤维是一种新型的高强度、高模量材料，具有良好的导电性能，用它增强的热塑性树脂复合材料也赋予了导电性能。当碳纤维含量为20%～30%时，该复合材料的体积电阻率为100Ω·cm，具备实用的屏蔽效果。镀金属的碳纤维导电性能可能提高50～100倍。日本东邦人造丝公司用化学气相沉积法先在碳纤维上镀镍，再用聚苯醚树脂涂敷后与聚氯乙烯混合制成屏蔽材料。还有一种复合导电塑料，是使乙炔或吡咯在商品塑料上聚合可以得到电导率10－9～10Ω－1·cm－1可变的导电复合塑料，而且它保持了热塑性塑料的加工性。当这些复合塑料中导电高分子少于40%时，导电高分子通常凝聚成小于10nm的微区形式分散在热塑性塑料中。实验表明，它的力学性质尤其是热塑性塑料的模量得到了改善。导电塑料薄膜不仅能解决塑料薄膜在生产印刷、卷取、包装因静电带来的问题，而且新的功能可用于许多领域，在电器零件、集成电路、电子照相、静电记录、显示材料(包括电光、液晶显示)、电磁屏蔽、光记录、磁记录、热反射等方面都有广泛的应用。A．K．Sharma等将纯FeCl3加入重量浓度为15%聚苯乙烯的甲苯浓缩溶液中，通过流延法制得PS薄膜，在0．5%浓度下，施加电场强度为18．6×105V／m并且在温度较高时其电导率达c=10－10Ω－1·cm－1。N．V．Bhat和E．Sundaresan等以PAN为基体，用气相聚合技术制成PAN-PPY复合薄膜。聚吡咯(PPY)单体以真空蒸馏法纯化，无水FeCl3作为氧化剂。将PAN溶解在甲基甲酰胺中(2%W／V)，然后加入一定数量的FeCl3(10%W／V)。将这种溶液流涎在玻璃片上，然后放到红外灯下干燥，并且在真空下干燥o．5h，在室温下，将FeCl3PAN薄膜置于PPY单体蒸气中，时间从几分钟至几小时，PPY单体在PAN膜上聚合，于是制成了PAN-PPY复合薄膜，克服了PPY薄膜机械强度差的缺点。日本电报电话公司研究了使电解聚合型导电高分子与普通的绝缘性高分子薄膜相复合制作新型导电性薄膜的技术。将涂有通用PVC绝缘薄膜的电极浸于含吡咯、电解质的溶液中，加电压进行吡咯电解聚合，合成聚氯乙烯／聚吡咯复合导电性薄膜。这种复合薄膜的导电性和结构可以用PVC的薄厚，聚合时电压、电荷量等条件来调节。聚氯乙烯／聚吡咯复合导电膜比单一的聚吡咯薄膜延伸率提高40%左右。(成都科技大学黄锐、刘劲松、张雄伟撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。