Approfondimenti sulle materie plastiche conduttive

Panoramica

La maggior parte delle materie plastiche sono intrinsecamente materiali isolanti elettricamente, non conducono elettricità. In alcune applicazioni, impartire conducibilità elettrica aggiunge valore significativo e utilità. Ad esempio, impartire conduttività elettrica alla plastica consente la verniciatura elettrostatica nei paraurti automobilistici, riduce la raccolta di polvere di articoli stampati domestici e facilita la fabbricazione di alcuni tipi di film plastici; riducendo il “telescopismo” o la creazione e lo stoccaggio di elettricità statica. I composti di plastica elettricamente conduttivi sono usati come rivestimenti del rivestimento per i cavi della trasmissione di alto potere; riducendo le correnti indotte dai cavi vicini. Inoltre, le materie plastiche elettricamente conduttive vengono utilizzate per schermare componenti elettronici sensibili.

Ci sono tre regioni di conducibilità elettrica in plastica; 1) antistatico, 2) dissipazione elettrostatica (ESD) e 3) dissipazione elettromagnetica (EMI.) Le applicazioni antistatiche coinvolgono materiali che presentano una resistività superficiale di 10^12 a 10^6 ohm-cm, le applicazioni ESD comportano l’impartire una conduttività sufficiente alle materie plastiche per ridurre la loro resistività superficiale nell’intervallo da 10^6 a 10^4 ohm-cm. La gamma EMI è inferiore a 10 ^ 4 ohm-cm.

Gli additivi sterati sono tipicamente utilizzati per ottenere livelli di prestazioni antistatiche. Il nero di carbonio e gli additivi speciali sono usati frequentemente per raggiungere la prestazione di ESD. Per ottenere prestazioni EMI sono necessarie polveri metalliche o fili per raggiungere questo livello di conduttività. Questo articolo moderno Dispersions insight si concentrerà sui composti utilizzati per ottenere prestazioni ESD e l’importanza della dispersione sul raggiungimento della conduttività elettrica.

Fattori che influenzano la conduttività

Una varietà di fattori influenzano la conduttività dei composti plastici, tra cui la conduttività intrinseca della plastica, il livello di dispersione raggiunto per l’additivo conduttivo, la conduttività intrinseca dell’additivo e il potenziale elettrico applicato. Nel caso di composti antistatici, il meccanismo conduttivo è la conduttività superficiale attraverso ponti formati tra molecole d’acqua che vengono assorbite sulla superficie del polimero, abilitate attraverso l’uso di agenti tensioattivi come i derivati del glicerolo.

Per le prestazioni ESD, il nero di carbonio viene spesso utilizzato come principio attivo e la conduttività si ottiene formando ponti conduttivi attraverso una “zona di conduzione” di strutture elettroniche sovrapposte, consentendo il trasferimento di elettroni. Di conseguenza, per ottenere la conduttività usando il nero di carbonio, è necessario che ci sia sufficiente nero di carbonio presente in modo da formare ponti conduttivi per gli elettroni.

Percolazione :quando viene utilizzato per conferire conduttività elettrica alle materie plastiche, il nero di carbonio presenta un fenomeno noto come percolazione, in cui il livello di nero di carbonio è sufficiente a causare un aumento significativo e brusco della conduttività elettrica. Man mano che il carico del nero di carbonio nel composto aumenta, il composto plastico rimane inizialmente isolante, mentre il carico aumenta la conduttività passa attraverso un aumento acuto e brusco su un intervallo di concentrazione di nero (carico) molto stretto. Ulteriori aumenti nel carico oltre questa soglia causano un piccolo aumento della conduttività. Questo intervallo ristretto è noto come soglia di percolazione.

La struttura influenza la conduttività: la struttura, la superficie e il carico del nero di carbonio hanno influenze significative sulla conduttività del composto. L’equazione di Janzen, un modello ampiamente utilizzato, può essere utilizzato per prevedere la concentrazione di soglia di percolazione in base alla densità e alla struttura (CDBP) di un nero di carbonio.

Il Janzen equazione è indicato come segue: ϕcrit = 1 / (1 + 4 ρυ)

• ϕcrit = critico frazione di volume (concentrazione soglia)
• r = densità del nero di carbonio
• υ = DBP assorbimento schiacciato il nero di carbonio espresse in cm^3/g.

La conducibilità efficienza del nero di carbonio è una funzione di primaria dimensione delle particelle, la struttura e la porosità. I neri di piccole dimensioni delle particelle hanno un’elevata superficie e una maggiore forza attrattiva interaggregata che si traduce in agglomerati e in una pseudo “struttura secondaria.”Di conseguenza, la pseudo-struttura si traduce in una conduttività superiore a quella che sarebbe stata prevista in base alla struttura intrinseca del nascente nero di carbonio. Tuttavia, questa struttura secondaria può causare una riduzione delle proprietà meccaniche e un aumento della viscosità del fuso.

Un composto ideale nero di carbonio per gli utenti industriali dovrebbe avere i seguenti attributi desiderabili:

• bassa soglia di percolazione (efficienza)
• minimo la degradazione delle proprietà meccaniche
• effetto minimo sul composto sciogliere reologia
• basso composto di assorbimento di umidità (CMA)
• costo efficace

Raggiungere l’equilibrio desiderato di proprietà comporta spesso compromessi.

Importanza della qualità della dispersione

Considerando che la conduttività ESD si ottiene creando ponti tra gli additivi conduttivi, una dispersione di alta qualità è essenziale per distribuire omogeneamente gli additivi conduttivi all’interno della matrice polimerica e mantenere l’equilibrio delle proprietà desiderate dall’applicazione finale. Carichi di nerofumo superiori al 20% sono spesso necessari per ottenere prestazioni ESD nella maggior parte delle resine termoplastiche. A questo livello di carico le proprietà fisiche del polimero sono spesso compromesse, quindi, la selezione del nero di carbonio giusto per conferire conduttività ma non compromettere le proprietà o l’elaborazione è fondamentale. Abilità e conoscenze, ottenute attraverso anni di esperienza, sono essenziali per sviluppare il composto appropriato per la resina specifica e l’applicazione specifica di uso finale.

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• Concentrati e composti conduttivi
• Approfondimenti sulla dispersione
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