Insights on Conductive Plastics

Overview

useimmat muovit ovat luonnostaan sähköä eristäviä materiaaleja, ne eivät johda sähköä. Joissakin sovelluksissa sähkönjohtavuuden antaminen lisää merkittävää arvoa ja hyödyllisyyttä. Esimerkiksi sähkönjohtavuuden antaminen muoveille mahdollistaa sähköstaattisen maalaamisen autojen puskureissa, vähentää kotitalouksien valettujen esineiden pölyn keräämistä ja helpottaa tietyntyyppisten muovikalvojen valmistusta; vähentää “teleskooppitoimintaa” tai staattisen sähkön luomista ja varastointia. Sähköä johtavia muoviyhdisteitä käytetään suuritehoisten siirtokaapelien päällysteinä; vähennetään läheisten kaapeleiden indusoituja virtoja. Lisäksi sähköä johtavia muoveja käytetään herkkien elektronisten komponenttien suojaamiseen.

muoveissa on kolme sähkönjohtavuuden aluetta; 1) antistaattinen, 2) sähköstaattinen hajoaminen (ESD) ja 3) sähkömagneettinen hajaantuminen (EMI.) Antistaattisiin sovelluksiin liittyy materiaaleja, joilla on 10^12-10^6 ohm-cm: n pintavastus, ESD-sovelluksiin liittyy riittävä johtavuus muoveille niiden pintavastuksen vähentämiseksi 10^6-10^4 ohm-cm: n alueelle. Emin levinneisyysalue on alle 10^4 ohm-cm.

Steerisiä lisäaineita käytetään tyypillisesti antistaattisen suorituskyvyn saavuttamiseen. Hiilimustaa ja erikoislisäaineita käytetään usein ESD-suorituskyvyn saavuttamiseksi. EMI: n suorituskyvyn saavuttamiseksi tarvitaan metallijauheita tai-johtoja tämän johtavuustason saavuttamiseksi. Tämä moderni Dispersions insight-artikkeli keskittyy yhdisteisiin, joita käytetään ESD-suorituskyvyn saavuttamiseen ja dispersion merkitykseen sähkönjohtavuuden saavuttamisessa.

johtavuuteen vaikuttavat tekijät

monet tekijät vaikuttavat muoviyhdisteiden johtavuuteen, mukaan lukien muovin luontainen johtavuus, johtavalle lisäaineelle saavutettu dispersiotaso, lisäaineen luontainen johtavuus ja käytetty sähköinen potentiaali. Antistaattisissa yhdisteissä johtavana mekanismina on pinnan johtavuus polymeeripinnalle imeytyvien vesimolekyylien välille muodostuneiden siltojen kautta, jotka mahdollistetaan käyttämällä pinta-aktiivisia aineita, kuten glyserolijohdannaisia.

ESD: n suorituskyvyssä aktiivisena ainesosana käytetään usein Hiilimustaa ja johtavuus saavutetaan muodostamalla johtavia siltoja päällekkäisten elektronisten rakenteiden muodostaman “johtuvuusvyöhykkeen” läpi mahdollistaen elektronien siirtymisen. Näin ollen johtavuuden saavuttamiseksi hiilimustalla on oltava riittävästi Hiilimustaa, jotta elektroneille muodostuu johtavia siltoja.

perkolaatio: kun käytetään antamaan sähkönjohtavuutta muoveille, hiilimustassa esiintyy ilmiö, joka tunnetaan nimellä perkolaatio-jossa hiilimustan määrä riittää aiheuttamaan merkittävän ja äkillisen sähkönjohtavuuden lisääntymisen. Kun hiilimustan kuormitus yhdisteessä kasvaa, muoviyhdiste jää aluksi eristäväksi, koska kuormituksen kasvaessa johtavuus kulkee jyrkän ja äkillisen nousun kautta hyvin kapealla mustan konsentraation (lastaus) alueella. Lisäkuormituksen lisääntyminen tämän kynnyksen jälkeen aiheuttaa vain vähän johtokyvyn kasvua. Tätä kapeaa aluetta kutsutaan suodatuskynnykseksi.

rakenne vaikuttaa johtavuuteen: hiilimustalla rakenteella, pinta-alalla ja kuormituksella on merkittäviä vaikutuksia yhdisteen johtavuuteen. Janzenin yhtälöllä, laajalti käytetyllä mallilla, voidaan ennustaa hiilimustan tiheyteen ja rakenteeseen (CDBP) perustuva suodatuskynnyspitoisuus.

Janzenin yhtälö esitetään seuraavasti: ϕcrit = 1 / (1 + 4 ρυ)

• ϕcrit = kriittinen tilavuusosuus (kynnyspitoisuus)
• ρ = hiilimustan tiheys
• υ = murskatun hiilimustan DBP-absorptio cm^3 / g.

hiilimustan johtavuushyötysuhde on alkeishiukkaskoon, rakenteen ja huokoisuuden funktio. Pienhiukkaskokoisilla mustilla on suuri pinta-ala ja suurempi interaggregaatti houkutteleva voima, joka johtaa agglomeraatteihin ja pseudo “sekundäärirakenteeseen.”Näennäisrakenne johtaa siis suurempaan johtavuuteen kuin orastavan hiilimustan sisäisen rakenteen perusteella olisi ennustettu. Tämä sekundaarirakenne voi kuitenkin aiheuttaa mekaanisen ominaisuuden vähenemistä ja sulaviskositeetin lisääntymistä.

teollisuuskäyttöön tarkoitetulla ihanteellisella hiilimustalla yhdisteellä tulisi olla seuraavat toivottavat ominaisuudet:

• Alhainen suodatuskynnys (hyötysuhde)
• mekaanisten ominaisuuksien Vähäinen hajoaminen
• vähäinen vaikutus yhdisteen sulamisreologiaan
• Alhainen yhdisteen kosteuden imeytyminen (CMA)
• kustannustehokas

halutun ominaisuuksien tasapainon saavuttaminen edellyttää usein kompromisseja.

dispersion laadun merkitys

ottaen huomioon, että ESD: n johtavuus saavutetaan luomalla siltoja johtavien lisäaineiden välille, korkealaatuinen dispersio on välttämätöntä, jotta johtavat lisäaineet jakautuvat homogeenisesti polymeerimatriisissa ja jotta loppukäyttösovelluksen toivoma ominaisuuksien tasapaino säilyy. Yli 20%: n hiilimusta kuormitus tarvitaan usein ESD-suorituskyvyn saavuttamiseksi useimmissa termoplastisissa hartseissa. Tällä kuormitustasolla polymeerin fysikaaliset ominaisuudet ovat usein vaarantuneet, joten oikean hiilimustan valinta johtavuuden lisäämiseksi, mutta ei ominaisuuksien tai käsittelyn vaarantamiseksi on kriittinen. Vuosien kokemuksella saavutetut taidot ja tiedot ovat olennaisia kehitettäessä sopivaa yhdistettä hartsille ja tietylle loppukäyttösovellukselle.

Modern Dispersions tarjoaa tuoteperheen staattisten hajoavien ja johtavien muovien markkinoille. Tuotteitamme markkinoidaan Real-Stat® – tuotemerkillä. Lisätietoja tuotteistamme löydät sivulta:

• Musta väkevöitteen
• sähköä johtavat Konsentraatit ja yhdisteet
• dispersiot
• hiilimustan perusteet