Insikter om Ledande plaster

översikt

de flesta plaster är i sig elektriskt isolerande material, de leder inte elektricitet. I vissa tillämpningar tillför elektrisk ledningsförmåga betydande värde och nytta. Till exempel ger elektrisk ledningsförmåga till plast möjliggör elektrostatisk målning i bilstötfångare, minskar dammuppsamling av hushålls gjutna artiklar och underlättar tillverkning av vissa typer av plastfilmer; minskar “teleskopering” eller skapande och lagring av statisk elektricitet. Elektriskt ledande plastföreningar används som mantelbeläggningar för kraftöverföringskablar med hög effekt; minskar inducerade strömmar från närliggande kablar. Dessutom används elektriskt ledande plast för avskärmning av känsliga elektroniska komponenter.

det finns tre regioner med elektrisk ledningsförmåga i plast; 1) antistatisk, 2) elektrostatisk avledning (ESD) och 3) elektromagnetisk avledning (EMI.) Antistatiska applikationer involverar material som uppvisar ytresistivitet av 10^12 till 10^6 ohm-cm, ESD-applikationer involverar att ge tillräcklig ledningsförmåga till plast för att minska deras ytresistivitet till intervallet 10^6 till 10^4 ohm-cm. EMI-intervallet är under 10^4 ohm-cm.

Steratadditiv används vanligtvis för att uppnå antistatiska prestandanivåer. Kimrök och specialtillsatser används ofta för att uppnå ESD-prestanda. För att uppnå EMI-prestanda behövs metallpulver eller ledningar för att uppnå denna ledningsförmåga. Denna moderna Dispersions insight-artikel kommer att fokusera på föreningar som används för att uppnå ESD-prestanda och vikten av dispersion för att uppnå elektrisk ledningsförmåga.

faktorer som påverkar konduktiviteten

en mängd olika faktorer påverkar konduktiviteten hos plastföreningar inklusive plastens inneboende konduktivitet, dispersionsnivån uppnådd för det ledande tillsatsen, tillsatsens inneboende konduktivitet och den applicerade elektriska potentialen. I fallet med antistatiska föreningar är den ledande mekanismen ytledningsförmåga genom broar bildade mellan vattenmolekyler som absorberas på polymerytan, möjliggjort genom användning av ytaktiva medel som glycerolderivat.

för ESD-prestanda används kolsvart ofta som aktiv ingrediens och konduktivitet uppnås genom att bilda ledande broar genom en “ledningszon” av överlappande elektroniska strukturer, vilket möjliggör överföring av elektroner. Följaktligen, för att uppnå konduktivitet med användning av kimrök, det måste finnas tillräckligt kimrök närvarande för att bilda ledande broar för elektronerna.

perkolering: när det används för att ge elektrisk ledningsförmåga till plast, uppvisar kimrök ett fenomen som kallas perkolering – där nivån av kimrök är tillräcklig för att orsaka en signifikant och abrupt ökning av elektrisk ledningsförmåga. När belastningen av kimrök i föreningen ökar förblir plastföreningen initialt isolerande, eftersom belastningen ökar konduktiviteten passerar genom en skarp och abrupt ökning över ett mycket smalt svart koncentrationsområde (lastningsområde). Ytterligare ökningar i lastning förbi denna tröskel orsakar liten ökning av konduktiviteten. Detta smala intervall är känt som perkoleringströskeln.

struktur påverkar konduktivitet: kimrök struktur, yta, och lastning har betydande påverkan på föreningen ledningsförmåga. Janzen-ekvationen, en allmänt använd modell, kan användas för att förutsäga perkoleringströskelkoncentrationen baserat på densitet och struktur (CDBP) hos en kimrök.

Janzen-ekvationen visas enligt följande: oc-crit = 1 / (1 + 4 oc)

• oc-crit = den kritiska volymfraktionen (tröskelkoncentration)
• oc = densitet av kimrök
• oc = DBP absorption på krossad kimrök uttryckt i cm^3 / g.

konduktivitetseffektiviteten hos kimrök är en funktion av primär partikelstorlek, struktur och porositet. Små partikelstorlek svarta har hög yta och högre interaggregat attraktiv kraft som resulterar i agglomerat och en pseudo “sekundär struktur.”Följaktligen resulterar pseudostrukturen i högre konduktivitet än vad som skulle ha förutsagts baserat på den inneboende strukturen hos den framväxande kimrök. Denna sekundära struktur kan emellertid orsaka en minskning av mekanisk egenskap och en ökning av smältviskositeten.

en idealisk kimrök förening för industriella användare bör ha följande önskvärda attribut:

• låg perkoleringströskel (effektivitet)
• minimal nedbrytning av mekaniska egenskaper
• minimal effekt på smältreologi för föreningar
• låg fuktabsorption (CMA)
• kostnadseffektiv

att uppnå önskad balans mellan egenskaper innebär ofta kompromisser.

betydelsen av dispersionskvalitet

med tanke på att ESD-konduktivitet uppnås genom att skapa broar bland de ledande tillsatserna är en högkvalitativ dispersion nödvändig för att fördela de ledande tillsatserna homogent i polymermatrisen och upprätthålla balansen mellan egenskaper som önskas av slutanvändningsapplikationen. Kolsvartbelastningar på över 20% behövs ofta för att uppnå ESD-prestanda i de flesta termoplastiska hartser. Vid denna belastningsnivå fysikaliska egenskaper hos polymeren ofta äventyras, således valet av rätt kimrök att ge ledningsförmåga men inte kompromissa Egenskaper eller bearbetning är kritisk. Skicklighet och kunskap, som uppnås genom många års erfarenhet, är avgörande för att utveckla lämplig förening för det specifika hartset och den specifika slutanvändningsapplikationen.

Modern Dispersions erbjuder en familj av produkter för de statiska dissipativa och ledande plastmarknaderna. Våra produkter marknadsförs under varumärket real-stat. För mer information om våra produkter, se:

• Svart Masterbatch
• Ledande koncentrat och föreningar
• insikter om Dispersion
• Fundamentals of Carbon Black