Indsigt i ledende plast

oversigt

de fleste plastmaterialer er iboende elektrisk isolerende materialer, de leder ikke elektricitet. I nogle applikationer tilføjer formidling af elektrisk ledningsevne betydelig værdi og nytteværdi. For eksempel muliggør overførsel af elektrisk ledningsevne til plast elektrostatisk maling i kofangere til biler, reducerer støvopsamling af husholdningsstøbte genstande og letter fremstilling af nogle typer plastfilm; reduktion af “teleskop” eller oprettelse og opbevaring af statisk elektricitet. Elektrisk ledende plastforbindelser bruges som kappebelægninger til transmissionskabler med høj effekt; reduktion af inducerede strømme fra kabler i nærheden. Derudover anvendes elektrisk ledende plast til afskærmning af følsomme elektroniske komponenter.

der er tre regioner med elektrisk ledningsevne i plast; 1) antistatisk, 2) elektrostatisk spredning (ESD) og 3) elektromagnetisk spredning (EMI.) Antistatiske applikationer involverer materialer, der udviser overfladeresistivitet på 10^12 til 10^6 ohm-cm, ESD-applikationer involverer at give plast tilstrækkelig ledningsevne til at reducere deres overfladeresistivitet til området 10^6 til 10^4 ohm-cm. EMI-området er under 10^4 ohm-cm.

Steratadditiver anvendes typisk til at opnå antistatiske præstationsniveauer. Carbon black og specialadditiver bruges ofte til at opnå ESD-ydeevne. For at opnå EMI ydeevne metal pulvere eller ledninger er nødvendige for at opnå dette niveau af ledningsevne. Denne moderne Dispersions insight-artikel vil fokusere på forbindelser, der bruges til at opnå ESD-ydeevne og vigtigheden af dispersion for at opnå elektrisk ledningsevne.

faktorer, der påvirker ledningsevnen

en række faktorer påvirker ledningsevnen af plastforbindelser, herunder plastens iboende ledningsevne, dispersionsniveauet opnået for det ledende additiv, additivets indre ledningsevne og det anvendte elektriske potentiale. I tilfælde af antistatiske forbindelser er den ledende mekanisme overfladeledningsevne gennem broer dannet mellem vandmolekyler, der absorberes på polymeroverfladen, aktiveret ved anvendelse af overfladeaktive stoffer som glycerolderivater.

til ESD-ydeevne anvendes carbon black ofte som den aktive ingrediens, og ledningsevne opnås ved at danne ledende broer gennem et “ledningsområde” af overlappende elektroniske strukturer, hvilket muliggør overførsel af elektroner. For at opnå ledningsevne ved hjælp af carbon black skal der derfor være tilstrækkelig carbon black til stede for at danne ledende broer til elektronerne.

perkolering: når det bruges til at give plast elektrisk ledningsevne, udviser carbon black et fænomen kendt som perkolering – hvor niveauet af carbon black er tilstrækkeligt til at forårsage en betydelig og pludselig stigning i elektrisk ledningsevne. Efterhånden som belastningen af carbon black i forbindelsen øges, forbliver plastforbindelsen oprindeligt isolerende, da belastningen øger ledningsevnen passerer gennem en skarp og abrupt stigning over et meget smalt sort koncentrationsområde (belastning). Yderligere stigninger i belastning forbi denne tærskel forårsager lille stigning i ledningsevnen. Dette snævre område er kendt som perkolationstærsklen.

struktur påvirker ledningsevne: Carbon black struktur, overfladeareal og belastning har betydelig indflydelse på den sammensatte ledningsevne. En af de mest anvendte metoder er at forudsige perkolationstærskelkoncentrationen baseret på densiteten og strukturen (CDBP) af en carbon black.

Jansens ligning er vist som følger: priskrit = 1 / (1 + 4)

• rrimcrit = den kritiske volumenfraktion (tærskelkoncentration)
• liter = densitet af carbon black
• liter = DBP-absorptionen på den knuste carbon black udtrykt i cm^3 / g.

det ledningsevne effektivitet af carbon black er en funktion af primær partikelstørrelse, struktur og porøsitet. Små partikelstørrelse sorte har højt overfladeareal og højere interaggregate attraktiv kraft, som resulterer i agglomerater og en pseudo “sekundær struktur.”Følgelig resulterer pseudostrukturen i højere ledningsevne, end det ville have været forudsagt baseret på den iboende struktur af den spirende carbon black. Denne sekundære struktur kan imidlertid medføre en reduktion i mekanisk egenskab og en stigning i smelteviskositeten.

en ideel carbon black-forbindelse til industrielle brugere skal have følgende ønskelige egenskaber:

• lav perkolationstærskel (effektivitet)
• minimal nedbrydning af mekaniske egenskaber
• minimal effekt på forbindelse smelte reologi
• lav forbindelse fugtabsorption (CMA)
• omkostningseffektiv

opnåelse af den ønskede balance af egenskaber involverer ofte kompromiser.

betydningen af dispersionskvalitet

i betragtning af AT ESD-ledningsevne opnås ved at skabe broer mellem de ledende additiver, er en dispersion af høj kvalitet afgørende for at fordele de ledende additiver homogent i polymermatricen og opretholde balancen mellem egenskaber, der ønskes ved slutanvendelsen. Carbon black belastninger på over 20% er ofte nødvendige for at opnå ESD-ydeevne i de fleste termoplastiske harpikser. På dette belastningsniveau kompromitteres polymerens fysiske egenskaber ofte, således er valget af den rigtige carbon black for at give ledningsevne, men ikke kompromittere egenskaber eller forarbejdning kritisk. Dygtighed og viden, opnået gennem mange års erfaring, er afgørende for udviklingen af den passende forbindelse til den specifikke harpiks og specifikke slutanvendelse.

moderne dispersioner tilbyder en familie af produkter til de statiske dissipative og ledende plastmarkeder. Vores produkter markedsføres under Real-Stat kart-mærket. For mere information om vores produkter, se venligst:

• Sort Masterbatch
• ledende koncentrater og forbindelser
• Insights on Dispersion
• Fundamentals of Carbon Black