導電塑料知多少？

塑料能導電，不要說普通人不相信，就是科學家中也沒有幾個人相信。可是一次偶然事件讓它成為現實，參與這項工作的三位科學家也有幸成為2000年度譜貝爾化學獎得主。這三位科學家是美國的艾倫·黑格教授和艾倫·馬克迪爾米德教授以及日本的白川英樹教授，他們是因1977年發現導電聚合物——聚乙炔而獲獎的。

導電塑料是將樹脂和導電物質混合，用塑料的加工方式進行加工的功能型高分子材料，主要應用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領域。

導電塑料分類

1.按電性能分類，可分為：絕緣體、防靜電體、導電體、高導體。通常電阻值在1010Ω·cm以上的稱為絕緣體;電阻值在104～109Ω·cm 范圍內的稱作半導體或防靜電體;電阻值在104Ω·cm以下的稱為導電體;電阻值在100Ω·cm以下甚至更低的稱為高導體。

2.按導電塑料的制作方法分類，可分為結構型導電塑料和復合型導電塑料。

3.按用途分類，可分為：抗靜電材料、導電材料和電磁波屏蔽材料。

結構型導電塑料

指高聚物本身具有導電性或經過化學改性后具有導電性的塑料。它們能發揮自身化學結構的作用，使其本質上能夠導電;再通過化學方法進行摻雜以增長其導電性。(常用的摻雜物為碘、五氟化砷、五氟化硼等)通常這類化學物都是帶有共軛雙鍵結構的結晶性高聚物。現已研制的有：聚乙炔(PAC)、聚對苯捧(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚苯硫醚(PPS)、聚噻吩、聚苯胺、聚喹啉等。

復合型導電塑料

指經物理改性后具有導電性的塑料，不少產品已商業化生產。制作復臺型導電塑料必須選擇合適的基本樹脂和復合方式：

(1) 基本樹脂 幾乎所有正在使用的樹脂均可采用。如PE、PP、WC、PS、ABS以及TPO等熱塑性塑料和酚醛樹脂、氨基樹脂、環氧樹脂等熱固性塑料。

(2) 復合方式 可分為下列三類：

a. 分散復合法(填充導電填料)—— 在基本樹脂中添加導電填料并使之均勻分散;

b.積復合法(金屬纖維系導電塑料)—— 在基本樹脂中添加或層積金屬纖維并使之呈層狀散;

c.表面橡覆法(表面滁覆導電塑料)—— 在塑料表面涂覆金屬層。

導電塑料的成型

1、結構型導電塑料的成型

結構型導電塑料的穩定性和加工性目前仍是工業化生產和實際應用的主要問題。工業已研制的太多數結構型導電高聚物很不穩定，加熱時容易分解。有些對氧十分敏感，有些在儲存時會失去原有性能。而且它們不熔不溶，至今還不能很好地將它們分散在有機溶劑或粘性樹脂之中，因此無固定的成型方法。為了解決這個問題，國外已研制了聚合物共混物以改善其穩定性和加工性。或先制備成能溶解的璜聚體，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。近年來已研究出可用熱塑性加工方法成型的導電高聚物，從而在加工和應用出現突破。預料將會更多地開發出摻雜前能加工，摻雜后能穩定的新品種。

2、復合型導電塑料的成型

對復合型導電塑料來說，現有的塑料加工成型方法均可采用。擠出、注射、層壓等方法加工成型的導電塑料制品，其導電性已完全可以達到使用要求。

3、填充導電塑料的成型

這類導電塑料是采用分散復合法成型的。將導電填料與基本樹脂在捏和機中混合均勻，然后擠出造粒，再將粒料用合適的方法成型。

4、金屬纖維系導電塑料的成型

a.直接法 在基本樹脂中直接加入金屬短纖維，其工藝流程與填充導電塑料相同。也可以在添加金屬纖維同時添加導電填料。使用金屬短纖維沒有什么限定，拉絲法或熔紡法制成的金屬纖維和舍金纖維均可使用。

b.母粒法 將金屑長纖維用集束劑進行集束，然后將其切成長度為5-15ram的切片(母粒)，再將切片與基本樹脂一起混練或捏和，使其均勻分散;各種材質的金屬長纖維均可使用.理想的纖長度>100ram，直徑<5 m(最佳為7岬)，添加量4-8，與集束劑混合時所占比例以20-70%為宜。

通常使用的集束劑是熱塑性樹脂溶液或裂液。集束切片與基本樹脂混合時應選用低速和剪切應力小的設備。

c.BMC法 (預制整體模塑料將金屬長纖維先織成網張織物(體積腭或絲毯)，然后將其置于兩層塑料基材之閹壓制成型。也可將織同浸漬樹脂溶液烘塑成型又可將織網作為嵌件預置模具中注射成型(包括雙層注射)。BMC法的優點是金屬鰱纖維在加工過程中不受損傷，因而導電性極好，使用中能保持導電性。

d.SMC法 (片狀摸塑料)將多股金屬長纖維與基本樹脂混合，經過反復滾壓和牽伸，制成片狀摸塑料，然后用干法”模壓成型。SMC法特別適用于熱固性塑料。

添加金屬纖維比添加導電填料對基本樹脂的性能影響較小，對加工成型性、對設備摸具的損傷及污染都較小，且不影響制品著色。目前金屬纖維系導電塑料電阻率可達到10Q·cm。電磁琿蔽效高，綜合性能好，但是，多數金屬纖維價格較高，囤而可采用混雜，金屬纖維或混合導電填料以降低成本，其效果往往超過單一體系。

常用導電填料

1、碳黑

碳黑是使用最早最常用的導電填料。添加碳黑的最終產品的電阻率可通過選擇合適的填加量及加工條件予以調節。加入少量碳黑電阻率不會有明顯變化，填加量提高到一定比例之后，電阻率可下降幾個數量級，但下降到低限之后，再增加填加量，電阻率變化就很不明顯。

2、鋁箔片

鋁箔片因其成本低目前用于多種熱塑性塑料，其效果優于碳黑。常用的鋁箔片寬度約0.01ram。厚度約0.001ram，長度3— 12ram，填加量18—22 。鋁箔片的加入將降低制品的沖擊強度并容易引起表面斑點。當要求外觀質量高的制品時，需再作表面涂飾。

總之，導電填料的填加量，填料的品種和形狀，填料的分散性以及制品的厚度對導電性均有直接的影響。

導電塑料的主要用途

1)在電子、電器領域中作集成電路、晶片、傳感器護套等精密電子元件生產過程中使用的防靜電周轉箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。

2)防爆產品的外殼及結構件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃氣體等場合中使用的電器產品外殼及結構件。

3)中、高壓電纜中使用的半導電屏蔽料。

4)電訊、電腦，自動化系統、工業用電子產品、消費用電子產品、汽車用電子產品等領域中的電器產品EMI屏蔽外殼。

導電塑料在其他方面還有更多的應用，比如，利用它對電信號的敏感性，可以用來制作傳感器;由于它能夠吸收微波，調制成飛機涂料還可以起到逃避雷達的隱型效果;在火箭、船舶、石油管道以及污水管道中，還可以發揮它的防腐功能。