导电粉末概述

导电粉末概述

摘要：导电粉末是一种功能材料，目前主要以导电填料的形式应用于高分子材料（包括导电涂料）上，使高分子材料具有导电性、抗静电、屏蔽电磁波等功能。本文综述了导电粉末的特点，详细介绍了导电粉末的分类，列举了目前国内导电粉末的生产状况及其性能指标，在简述其应用现状的同时预测了其发展前景。

关键词：导电粉末；无机复合；抗静电；粉末填料

各种金属材料、塑料、纤维、橡胶、涂料等的应用范围日益扩大。这些材料由于受摩擦、撞击等易产生静电，而静电聚集到一定程度就会引起放电，甚至可能引起击穿或发生火灾；也会对无线电接收机产生一定的干扰，使雷达无法正常工作。为防止或消除静电,就要在涂料、塑料、橡胶、纤维中添加导电粉末，使其具有导电、防静电等功能，从而消除静电带来的危害。导电粉末可以广泛应用于电子、电器、航空、涂料、化工、印刷、包装、船舶、军工等领域,适用于生产导电涂料、抗静电涂料、导电塑料、导电橡胶、导电静电纸、电子元件、电器设备外壳、印刷电路版等，还可建设无尘室及电磁屏蔽层。当前国外对导电粉末的应用相当广泛。尤其是浅色、白色、乃至透明的导电粉末,因具有装饰和高反射双重效果，并且价格便宜，所以被广泛用于电子工业、航空航天工业和军事工业的非金属制件表面，美国已将这一产品应用于飞机、导弹等高科技产品上。

导电粉末是一种功能材料，目前主要以导电填料的形式应用于高分子材料（包括导电涂料）上，使高分子材料具有导电性、抗静电、屏蔽电磁波等功能。

1.导电粉末的特点

评价一种导电粉末性能优越与否的关键应具备以下几个特点：

(1)导电性好。静电带电与一般电路所说的导体概念是不同的（见表1[1]），所以要求导电粉末的电阻率为10−5~109Ω?cm。

(2)透波性好。为了在雷达罩上应用，要求导电粉末对电磁波无干扰，透波率高，即电磁波损耗小。一般要求抗静电涂层的透波率>85%。

(3)颜色浅。为适应装饰性和高反射的要求，导电粉末的颜色应为白色、近白色、浅灰、浅蓝、浅驼色等。

(4)粉末细度高。粉末越细，比表面积越大，同样配比的导电涂料制成的同厚涂层的导电性越好。一般要求粉末细度在325目以下。

(5)与各种基料（树脂、橡胶等高分子材料）的相容性好，以便制成各种用途的抗静电材料。

(6)稳定性高。长期保持电性能不变,能够耐热、耐寒和耐一般化学药品腐蚀。

(7)成本尽可能低。

2.导电粉末的分类

按照材料的电导率可以将材料划分为绝缘材料、半导体和导体三大类。相关数据见表1。

表1静电带电与一般电路的导体、半导体、绝缘体的电阻率（Ω?cm）

一般电路静电导体

导体<10−5

半导体

10−5~1012

绝缘体

>1012

导体

10−6~104

绝缘体

>1012

导电粉末包括炭系填料（石墨、炭黑、碳纤维）、金属填料（银、镍、铜、铝、锌、锡、不锈钢等）、金属化合物（氧化锡、氧化锌、硫化铁等）、包覆型复合材料（氧化锡包裹的云母、聚合物表面沉积金属等）和抗静电剂。

导电填料按种类一般可分为抗静电剂系、碳系（碳黑、碳纤维、石墨）和金属系列（金属粉末、金属片、金属纤维、金属氧化物）[2]。碳黑的局限性主要表现在黑色之外的着色材料中的应用有一定的困难，着色性差，很难满足不同领域和用户的要求；石墨所需添加量较大（30%），使制品性能变脆；碳纤维价格昂贵；稳定性金属导电粉末价格相对较高；金属纤维混合分散不均,加工过程中易折断和发生取向，主要应用在导电性或电磁屏蔽要求非常高的场合；银粉的化学稳定性好、导电性高，可以制成球状、树枝状、针状、片状等，其中树枝状银粉的导电效果要比其它形状的导电效果高，金属银粉还有较好的抗菌性能。价格相对较低的金属粉末例如铜粉等存在氧化后电导率急剧下降等不稳定问题。氧化物导电粉末的研究开发相对较晚，具有应用前景的是掺锑氧化锡、氧化锌和氧化钦等也是具有半导体特性的材料。

碳系导电粉末

碳系填料价格便宜，原料易得，对它的研究也比较成熟。碳系填料主要包括炭黑和石墨，按形状来划分，有粉体和纤维两大类。大量研究表明，炭黑粒子的尺寸越小，结构越复杂，炭黑粒子比表面积越大，表面活性基团越少，极性越强，所制备的导电复合材料的导电性就越好。

炭系涂料中以炭黑填充的综合效果最好。林静等[3]采用V-2型高结构超导电炭黑制备了炭黑/醇酸树脂导电涂料，电导率可达10−3s/cm。实验表明：涂层的附着力随炭黑填充质量分数的增大而变弱；炭黑填充质量分数不超过25%时，涂层附着力较好，耐刮研,不易脱落,适宜做导电及面状发热体材料。除炭黑外，石墨也是常用导电填料之一，但其导电性能不如炭黑优良，而且加入量较大，对复合材料的成型工艺影响较大，但能提高材料的防腐蚀能力。石墨几乎不单独使用。一般是将炭黑(主要是电导率高的炉法炭黑和乙炔炭黑)、石墨和碳纤维混合使用。

为改善炭系材料的高填充量带来的加工和性能上的缺陷，还可以将各种炭系填料混和加入，以期尽量降低物理机械性能的损失。在这方面，碳纤维有较大的长径比，在提高导电性的同时，还能保持和提高涂层的原有机械性能。张振宁等[4]采用炭系复合填料（乙炔炭黑、石墨、碳纤维）制备了在安全电压下有明显的电发热特征的醇酸树脂导电涂料，在混合填料重量比率小于10%的条件下，电导率达到10−2s/cm，表明了三种炭系填料之间有较好的协同作用。一般来说，炭系导电填料的粒子越小，涂料的导电性就越好，片状填料比球状填料的导电性要好。目前国内外炭系导电涂料的发展主要包括以下几方面[5]：

(1)采用偶联热处理、化学接枝等方法对炭黑等炭素填料表面进行处理，从而提高其导电性；

(2)静电复印用炭粉的表面氟化；

(3)导电性粉末涂料用炭黑的表面处理。

另外，碳纳米管具有很好的导电性，同时又拥有较大的长径比，因而很适合做导电填料。相对于其他金属颗粒和石墨颗粒，用很少的量就能形成导电网链，且其密度比金属颗粒小得多，不易因重力的作用而聚沉。冯永成、瞿美臻等[6]利用碳纳米管的特性将其作为导电介质加入到涂料中，碳纳米管含量为%~8%时，涂料处于抗静电区域；碳纳米管含量大于8%时，涂料处于导电区域。并研究了碳纳米管的管径、长径比、分散度以及用量对导电涂料导电性的影响，指出碳纳