导电塑料

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。
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5—15ram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<5 m(最 佳为7岬)，添加量4—8 ，与集束剂混合时所 占比例以20—70％ 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。
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。
纤维添加量与屏蔽值
表3 品种 金 属 纤 维 不锈钢 铜 铝 添加量 （%） 5-10 5-20 10-30 30 3-5 屏蔽值 40 50 40 40 35-50
碳纤维 镀金属玻纤
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。
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。
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．
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。
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求日益增长， 其应用领域逐步扩大，这就必然对导电性聚合物提出 更高的要求。对于结构型导电性聚合物来说，要想进 一步实用化，必须解决目前存在的下述主要问题： （1）稳定性欠缺导电性高分子中的氧原子对水是极 不稳定的， 这是防碍其实用化的最大问题。 （2）掺杂剂多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。 （3）成型困难导电聚合物主链中的共轭结构使分子 链僵硬，不溶不融，从而给自由地成形加工带来困难。 （4）经济性差其价格比金属及普通塑料高，难以实 用化。
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。
导电塑料



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。
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l0 m。添加量以525(体积)为好。
金属纤维系导电塑料的成型
母粒法流程图
金属长纤维 切片（母粒） 混炼或捏 合
注射或其他成型方法
导电制品
金属纤维系导电塑料的成型
c．BMC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。
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<1Q· cm， 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。
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0．01ram。厚度约 0．001ram，长度3— 12ram，填加量18—22 。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。
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．
金属纤维系导电塑料成型
表2 几种纤维价格
品种
黄铜纤维 不锈钢纤维 中模量碳纤维 高模量碳纤维
价格（元∕kg）
100-200 400-600 750-800 1000
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
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1010Ω·cm以上的称为绝 缘体； 电阻值在104～109Ω·cm 范围内的称作半导体 或防静电体； 电阻值在104Ω·cm以下的称为导电体； 电阻值在100Ω·cm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。
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、W C、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．
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
碳 系
碳黑 石墨 云母
槽法、乙炔法，热裂法 粉状 鳞片状
金 属 系
金属粉
金属氧化物 金属箔片
铝、铜、镶 银、合金镍
ZnO、SiO SiO~-TiO2 铝、铜 银等
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．
金属纤维系导电塑料的成型
d．SMC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10 Q· cm。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。