Información sobre Plásticos conductores

Descripción general

La mayoría de los plásticos son materiales intrínsecamente aislantes de la electricidad, no conducen electricidad. En algunas aplicaciones, impartir conductividad eléctrica agrega un valor y una utilidad significativos. Por ejemplo, impartir conductividad eléctrica a los plásticos permite la pintura electrostática en parachoques de automóviles, reduce la recolección de polvo de artículos moldeados domésticos y facilita la fabricación de algunos tipos de películas plásticas; reduce la “telescopía” o la creación y almacenamiento de electricidad estática. Los compuestos de plástico eléctricamente conductores se utilizan como cubiertas de camisas para cables de transmisión de alta potencia; reduciendo las corrientes inducidas de los cables cercanos. Además, los plásticos conductores de electricidad se utilizan para proteger componentes electrónicos sensibles.

Hay tres regiones de conductividad eléctrica en los plásticos; 1) antiestático, 2) disipación electrostática (ESD) y 3) disipación electromagnética (EMI.) Las aplicaciones antiestáticas involucran materiales que exhiben una resistividad de superficie de 10^12 a 10^6 ohm-cm, las aplicaciones ESD implican impartir suficiente conductividad a los plásticos para reducir su resistividad de superficie al rango de 10^6 a 10^4 ohm-cm. El rango de EMI está por debajo de 10^4 ohm-cm.

Los aditivos esterados se utilizan normalmente para lograr niveles de rendimiento antiestáticos. El negro de carbón y los aditivos especiales se utilizan con frecuencia para lograr un rendimiento ESD. Para lograr el rendimiento EMI, se necesitan polvos metálicos o cables para alcanzar este nivel de conductividad. Este moderno artículo de Dispersions insight se centrará en los compuestos utilizados para lograr el rendimiento de ESD y la importancia de la dispersión para lograr la conductividad eléctrica.

Factores que influyen en la conductividad

Una variedad de factores influyen en la conductividad de los compuestos plásticos, incluida la conductividad inherente del plástico, el nivel de dispersión alcanzado para el aditivo conductor, la conductividad intrínseca del aditivo y el potencial eléctrico aplicado. En el caso de los compuestos antiestáticos, el mecanismo conductor es la conductividad de la superficie a través de puentes formados entre moléculas de agua que se absorben en la superficie del polímero, habilitados mediante el uso de agentes activos de superficie como derivados de glicerol.

Para el rendimiento ESD, el negro de carbón se usa con frecuencia como ingrediente activo y la conductividad se logra formando puentes conductores a través de una” zona de conducción ” de estructuras electrónicas superpuestas, lo que permite la transferencia de electrones. En consecuencia, para lograr conductividad utilizando negro de carbón, debe haber suficiente negro de carbón presente para formar puentes conductores para los electrones.

Percolación: Cuando se utiliza para impartir conductividad eléctrica a los plásticos, el negro de carbón exhibe un fenómeno conocido como percolación, donde el nivel de negro de carbón es suficiente para causar un aumento significativo y abrupto de la conductividad eléctrica. A medida que aumenta la carga del negro de carbón en el compuesto, el compuesto plástico permanece inicialmente aislante, a medida que aumenta la carga, la conductividad pasa a través de un aumento brusco y abrupto en un rango de concentración (carga) de negro muy estrecho. Los aumentos adicionales en la carga más allá de este umbral causan poco aumento en la conductividad. Este rango estrecho se conoce como umbral de percolación.

La estructura influye en la conductividad: La estructura de negro de carbón, el área de superficie y la carga tienen influencias significativas en la conductividad del compuesto. La ecuación de Janzen, un modelo ampliamente utilizado, se puede utilizar para predecir la concentración de umbral de percolación en función de la densidad y estructura (PDCB) de un negro de carbón.

La ecuación de Janzen se muestra de la siguiente manera: ϕcrit = 1 / (1 + 4 ρυ)

• ritcrit = fracción de volumen crítico (concentración umbral)
• ρ = densidad del negro de carbón
• υ = absorción de DBP en el negro de carbón triturado expresada en cm^3 / g.

La eficiencia de conductividad del negro de carbón es una función del tamaño de partícula primaria, la estructura y la porosidad. Los negros de pequeño tamaño de partícula tienen una gran superficie y una fuerza de atracción interagregada más alta que dan como resultado aglomerados y una pseudo “estructura secundaria”.”En consecuencia, la pseudo-estructura resulta en una conductividad más alta de lo que se habría predicho en base a la estructura intrínseca del naciente negro de carbón. Sin embargo, esta estructura secundaria puede causar una reducción en la propiedad mecánica y un aumento en la viscosidad de la fusión.

Un compuesto de negro de carbón ideal para usuarios industriales debe tener los siguientes atributos deseables:

• bajo umbral de percolación (eficiencia)
• degradación mínima de las propiedades mecánicas
• efecto mínimo en la reología de fusión de compuestos
• baja absorción de humedad de compuestos (CMA)
• rentable

Lograr el equilibrio deseado de propiedades a menudo implica compromisos.

Importancia de la calidad de dispersión

Teniendo en cuenta que la conductividad ESD se logra creando puentes entre los aditivos conductores, una dispersión de alta calidad es esencial para distribuir los aditivos conductores de forma homogénea dentro de la matriz polimérica y mantener el equilibrio de propiedades deseado por la aplicación de uso final. Con frecuencia se necesitan cargas de negro de carbón de más del 20% para lograr un rendimiento ESD en la mayoría de las resinas termoplásticas. En este nivel de carga, las propiedades físicas del polímero se ven frecuentemente comprometidas, por lo que la selección del negro de carbón adecuado para impartir conductividad, pero sin comprometer las propiedades o el procesamiento, es crítica. La habilidad y el conocimiento, obtenidos a través de años de experiencia, son esenciales para desarrollar el compuesto adecuado para la resina específica y la aplicación de uso final específica.

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