Spostrzeżenia na temat przewodzących tworzyw sztucznych

przegląd

większość tworzyw sztucznych jest z natury materiałem izolującym elektrycznie, nie przewodzi energii elektrycznej. W niektórych zastosowaniach, nadawanie przewodności elektrycznej dodaje znaczną wartość i użyteczność. Na przykład nadawanie przewodności elektrycznej tworzywom sztucznym umożliwia malowanie elektrostatyczne w zderzakach samochodowych, zmniejsza zbieranie pyłu z formowanych artykułów gospodarstwa domowego i ułatwia wytwarzanie niektórych rodzajów folii z tworzyw sztucznych; redukuje “teleskopowanie” lub tworzenie i przechowywanie elektryczności statycznej. Elektrycznie przewodzące Tworzywa sztuczne są stosowane jako pokrycia płaszcza dla kabli przesyłowych o dużej mocy; redukując prądy indukowane z pobliskich kabli. Ponadto tworzywa przewodzące prąd elektryczny są używane do ekranowania wrażliwych elementów elektronicznych.

istnieją trzy regiony przewodności elektrycznej w tworzywach sztucznych; 1) antystatyczne, 2) rozpraszanie elektrostatyczne (ESD) i 3) rozpraszanie elektromagnetyczne (EMI.) Zastosowania antystatyczne obejmują materiały, które wykazują Rezystywność powierzchniową od 10^12 do 10^6 ohm-cm, zastosowania ESD obejmują nadawanie wystarczającej przewodności tworzywom sztucznym w celu zmniejszenia ich rezystywności powierzchniowej do zakresu od 10^6 do 10^4 ohm-cm. Zakres EMI jest poniżej 10^4 ohm-cm.

Dodatki Sterate są zwykle stosowane w celu osiągnięcia antystatycznych poziomów wydajności. Sadza i specjalne dodatki są często używane do osiągnięcia wydajności ESD. Aby osiągnąć wydajność EMI, Proszki metali lub przewody są potrzebne do osiągnięcia tego poziomu przewodności. Ten nowoczesny artykuł dotyczący dyspersji skupi się na związkach używanych do osiągnięcia wydajności ESD oraz na znaczeniu dyspersji dla osiągnięcia przewodności elektrycznej.

czynniki wpływające na przewodność

na przewodność związków tworzyw sztucznych wpływa wiele czynników, w tym przewodność właściwa tworzywa sztucznego, poziom dyspersji osiągnięty dla dodatku przewodzącego, wewnętrzna przewodność dodatku I zastosowany potencjał elektryczny. W przypadku związków antystatycznych mechanizmem przewodzącym jest przewodnictwo powierzchniowe poprzez Mostki utworzone między cząsteczkami wody, które są absorbowane na powierzchni polimeru, możliwe dzięki zastosowaniu środków powierzchniowo czynnych, takich jak pochodne glicerolu.

dla wydajności ESD sadza jest często używana jako składnik aktywny, a przewodność osiąga się poprzez tworzenie mostków przewodzących przez “strefę przewodzenia” nakładających się struktur elektronicznych, umożliwiając przenoszenie elektronów. W związku z tym, aby osiągnąć przewodność przy użyciu sadzy, musi być wystarczająca sadza obecna tak, aby utworzyć Mostki przewodzące dla elektronów.

perkolacja: gdy jest używana do nadawania przewodności elektrycznej tworzywom sztucznym, sadza wykazuje zjawisko znane jako perkolacja – gdzie poziom sadzy jest wystarczający, aby spowodować znaczny i nagły wzrost przewodności elektrycznej. Wraz ze wzrostem obciążenia sadzy w związku, związek z tworzywa sztucznego pozostaje początkowo izolacyjny, ponieważ obciążenie zwiększa przewodność przechodzi przez gwałtowny i nagły wzrost w bardzo wąskim zakresie czarnego stężenia (obciążenia). Dalszy wzrost obciążenia powyżej tego progu powoduje niewielki wzrost przewodności. Ten wąski zakres jest znany jako próg perkolacji.

struktura wpływa na przewodność: struktura sadzy, powierzchnia i obciążenie mają znaczący wpływ na przewodność związku. Równanie Janzena, szeroko stosowany model, może być stosowany do przewidywania stężenia progowego perkolacji w oparciu o gęstość i strukturę (CDBP) sadzy.

równanie Janzena przedstawia się następująco: ϕcrit = 1 / (1 + 4 ρυ)

• ϕcrit = krytyczna frakcja objętościowa (stężenie progowe)
• ρ = gęstość sadzy
• υ = absorpcja DBP na rozdrobnionej sadzy wyrażona w cm^3/g.

wydajność przewodności sadzy jest funkcją pierwotnego rozmiaru cząstek, struktury i porowatości. Małe cząstki czarne mają dużą powierzchnię i większą międzyagregatową siłę przyciągania, co powoduje aglomeraty i pseudo ” strukturę wtórną.”W związku z tym pseudostruktura powoduje wyższą przewodność niż przewidywano w oparciu o wewnętrzną strukturę rodzącej się sadzy. Jednak ta Drugorzędna struktura może powodować zmniejszenie właściwości mechanicznych i wzrost lepkości stopu.

idealny związek sadzy dla użytkowników przemysłowych powinien mieć następujące pożądane cechy:

• niski próg perkolacji (wydajność)
• minimalna degradacja właściwości mechanicznych
• minimalny wpływ na reologię stopu związku
• niska absorpcja wilgoci związku (CMA)
• opłacalność

osiągnięcie pożądanej równowagi właściwości często wymaga kompromisów.

znaczenie jakości dyspersji

biorąc pod uwagę, że przewodność ESD osiąga się poprzez tworzenie mostów między dodatkami przewodzącymi, dyspersja wysokiej jakości jest niezbędna do równomiernego rozprowadzania dodatków przewodzących w matrycy polimerowej i utrzymania równowagi właściwości pożądanych przez zastosowanie końcowe. Obciążenia sadzy ponad 20% są często potrzebne do osiągnięcia wydajności ESD w większości żywic termoplastycznych. Na tym poziomie obciążenia fizyczne właściwości polimeru są często zagrożone, dlatego wybór odpowiedniej sadzy, aby nadać przewodność, ale nie zagrażać właściwościom lub przetwarzaniu, ma kluczowe znaczenie. Umiejętności i wiedza, zdobyta dzięki wieloletniemu doświadczeniu, są niezbędne w opracowaniu odpowiedniego związku dla konkretnej żywicy i określonego zastosowania końcowego.

Modern Dispersions oferuje rodzinę produktów dla statycznych rozpraszaczy i przewodzących tworzyw sztucznych. Nasze produkty są sprzedawane pod marką Real-Stat®. Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, zobacz:

• przedmieszka Czarna
• Koncentraty i związki przewodzące
• informacje o dyspersji
• podstawy sadzy