Inzichten over geleidende kunststoffen

overzicht

de meeste kunststoffen zijn inherent elektrisch isolerend materiaal, ze geleiden geen elektriciteit. In sommige toepassingen voegt het verlenen van elektrische geleidbaarheid belangrijke waarde en nut toe. Bijvoorbeeld, het verlenen van elektrische geleidbaarheid aan kunststoffen maakt elektrostatisch schilderen in auto-bumpers, vermindert stofophoping van huishoudelijke gegoten artikelen, en vergemakkelijkt de fabricage van sommige soorten plastic films; het verminderen van “telescoperen” of de creatie en opslag van statische elektriciteit. Elektrisch geleidende kunststofverbindingen worden gebruikt als omhulselbekledingen voor hoogvermogen transmissiekabels; het verminderen van geïnduceerde stromen van nabijgelegen kabels. Daarnaast worden elektrisch geleidende kunststoffen gebruikt voor het afschermen van gevoelige elektronische componenten.

er zijn drie gebieden van elektrische geleidbaarheid in kunststoffen: 1) antistatisch, 2) elektrostatische dissipatie (ESD) en 3) elektromagnetische dissipatie (EMI.) Antistatische toepassingen omvatten materialen met een oppervlakteweerstand van 10 ^ 12 tot 10^6 ohm-cm, ESD-toepassingen omvatten het verlenen van voldoende geleidbaarheid aan kunststoffen om hun oppervlakteweerstand te verminderen tot het bereik van 10^6 tot 10^4 ohm-cm. Het EMI bereik is minder dan 10^4 ohm-cm.

Steraatadditieven worden doorgaans gebruikt om antistatische prestatieniveaus te bereiken. Roetzwart en speciale additieven worden vaak gebruikt om ESD-prestaties te bereiken. Om EMI prestaties te bereiken zijn metalen poeders of draden nodig om dit niveau van geleidbaarheid te bereiken. Dit moderne Dispersions insight artikel zal zich richten op verbindingen die worden gebruikt om ESD-prestaties te bereiken en het belang van dispersie op het bereiken van elektrische geleidbaarheid.

factoren die de geleidbaarheid

beïnvloeden verschillende factoren beïnvloeden de geleidbaarheid van kunststofverbindingen, waaronder de inherente geleidbaarheid van de kunststof, het dispersie-niveau dat wordt bereikt voor het geleidende additief, de intrinsieke geleidbaarheid van het additief en het toegepaste elektrische potentieel. In het geval van antistatische verbindingen, is het geleidende mechanisme oppervlaktegeleiding door bruggen gevormd tussen watermoleculen die op het polymeeroppervlak worden geabsorbeerd, die door het gebruik van oppervlakte actieve agenten zoals glycerolderivaten worden toegelaten.

voor ESD-prestaties wordt roetzwart vaak gebruikt als actief ingrediënt en wordt geleidbaarheid bereikt door geleidende bruggen te vormen door een “geleidingszone” van overlappende elektronische structuren, waardoor elektronen kunnen worden overgedragen. Bijgevolg, om geleidbaarheid te bereiken met behulp van roetzwart, moet er voldoende roetzwart aanwezig zijn om geleidende bruggen voor de elektronen te vormen.

percolatie: bij gebruik om elektrische geleidbaarheid aan kunststoffen te geven, vertoont roetzwart een fenomeen dat bekend staat als percolatie, waarbij het roetzwartgehalte voldoende is om een significante en abrupte toename van de elektrische geleidbaarheid te veroorzaken. Naarmate de belasting van het roetzwart in de verbinding toeneemt, blijft de kunststof verbinding in eerste instantie isolerend, aangezien de belasting verhoogt de geleidbaarheid gaat door een scherpe en abrupte stijging over een zeer smalle zwarte concentratie (belasting) bereik. Verdere verhogingen van de belasting voorbij deze drempel veroorzaken weinig verhoging van de geleidbaarheid. Dit smalle bereik staat bekend als de percolatiedrempel.

structuur beïnvloedt de geleidbaarheid: roetzwarte structuur, oppervlakte en belasting hebben significante invloed op de geleidbaarheid van de verbinding. De Janzen-vergelijking, een veel gebruikt model, kan worden gebruikt om de percolatiedrempel concentratie te voorspellen op basis van de dichtheid en structuur (CDBP) van een roetzwart.

de vergelijking van Janzen wordt als volgt weergegeven: ϕcrit = 1 / (1 + 4 ρυ)

• ϕcrit = de kritische volumefractie (drempelconcentratie)
• ρ = dichtheid van roetzwart
• υ = de DBP-absorptie van roetzwart, uitgedrukt in cm^3 / g.

de geleidbaarheidsefficiëntie van roetzwart is een functie van primaire deeltjesgrootte, structuur en porositeit. Kleine deeltjesgrootte zwarten hebben een hoge oppervlakte en hogere interaggregate aantrekkelijke kracht die resulteren in agglomeraten en een pseudo “secundaire structuur.”Bijgevolg, de pseudo-structuur resulteert in een hogere geleidbaarheid dan zou zijn voorspeld op basis van de intrinsieke structuur van de ontluikende roetzwart. Deze secundaire structuur kan echter een vermindering van mechanische eigenschappen en een toename van smeltviscositeit veroorzaken.

een ideale roetzwarte verbinding voor industriële gebruikers moet de volgende wenselijke eigenschappen hebben:

• lage percolatiedrempel (rendement)
• minimale afbraak van mechanische eigenschappen
• minimaal effect op de meltreologie van compound
• lage compound vochtabsorptie (CMA)
• kosteneffectief

het bereiken van de gewenste balans van eigenschappen vereist vaak compromissen.

belang van dispersiekwaliteit

aangezien ESD-geleidbaarheid wordt bereikt door bruggen tussen de geleidende additieven te creëren, is een hoogwaardige dispersie essentieel om de geleidende additieven homogeen binnen de polymeermatrix te verdelen en de balans van de eigenschappen te handhaven die bij de eindgebruikstoepassing gewenst is. Roetzwart belastingen van meer dan 20% zijn vaak nodig om ESD-prestaties te bereiken in de meeste thermoplastische harsen. Op dit belastingniveau worden de fysische eigenschappen van het polymeer vaak aangetast, dus is de selectie van het juiste roetzwart om geleidbaarheid te verlenen, maar geen afbreuk te doen aan Eigenschappen of verwerking van cruciaal belang. Vaardigheid en kennis, bereikt door jarenlange ervaring, zijn essentieel bij het ontwikkelen van de juiste verbinding voor de specifieke hars en Specifieke eindtoepassing.

moderne dispersies bieden een reeks producten voor de markt van statische dissipatieve en geleidende kunststoffen. Onze producten worden verkocht onder het merk Real-Stat®. Voor meer informatie over onze producten, zie:

• Black Masterbatch
• geleidende concentraten en verbindingen
• inzichten over dispersie
• Fundamentals of Carbon Black