2017-03-05 16:26:21

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编辑分类

导电塑料是将树脂和导电物质混合,用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。

基本信息

  • 中文名

    导电塑料

  • 原    料

    树脂和导电物质

  • 电阻值

    104~109Ω·cm

  • 应    用

    电子、集成电路包装

折叠 编辑本段 发现

导电塑料周转架导电塑料周转架

通常认为塑料导电性极差,因此被用来制作导线的绝缘外套。但最近澳大利亚的研究人员发现,当将一层极薄的金属膜覆盖至一层塑料层之上,并借助离子束将其混入高分子聚合体表面,将可以生成一种价格低、强度高、韧性好且可导电的塑料膜。

取得这一成果的小组由两位来自澳大利亚昆士兰大学的专家领导,分别是保罗·麦里迪斯(PaulMeredith)教授和助理教授本·鲍威尔(BenPowell),以及一位来自新南威尔士大学的专家亚当·米考林(AdamMicolich)教授。他们的这一成果已经发表于《ChemPhysChem》杂志。该项研究所依据的实验由前昆士兰大学博士生安德鲁·斯蒂芬森(AndrewStephenson)进行。

离子束技术在微电子工业领域被广泛运用来测试半导体,如硅片的导电性能。但将这种技术应用到塑料膜材料的尝试是从上世纪80年代才开始起步的,一直进展不大,直到现在才取得突破。麦里迪斯教授介绍说:“这个小组所作的工作,简单来说就是借助离子束技术改变塑料膜材料的性质,使其具备类似金属的功能,能够向导线本身那样导电,甚至可以变成超导体,当温度低到一定程度时电阻变为零。”

折叠 编辑本段 特性

为了显示这种材料的潜在应用价值,小组采用这种材料,参照工业标准制作了电阻温度计。在和同类型的铂电阻温度计进行对比测试时,新材料制作的产品显示了类似,甚至更优越的性能。

“这种材料的有趣之处在于我们几乎保留了高分子聚合物的全部优势——机械柔韧性、高强度,低成本,但与此同时它却又具有良好的导电性,而这通常可不是塑料应该具有的特性。”米考林教授说。“这种材料开创了一个塑料导体的新天地。”

而安德鲁·斯蒂芬森则认为这项技术最令人兴奋之处在于这种薄膜的导电性可以进行精确的调整或设定,这将具有非常广阔的应用前景。他说:“事实上,我们可以将这种材料的导电性更改10个数量级,简单的说,这就像是我们在制作这种材料时,手里拥有100亿种选择。理论上说,我们可以制造出完全不导电的塑料,或者导电性和金属一样好的塑料,以及介于两者之间的全部可能性。”

这种新材料可以利用现在的微电子工业常用的设备轻易地制造出来,并其相比传统的高分子半导体材料,这种新材料对暴露在氧气中的抗氧化能力也要高得多。

研究人员表示,综合以上这些优势,这种借助离子束处理高分子聚合物得到的薄膜材料将具有广阔的应用前景,它是现代和未来技术的完美融合。

折叠 编辑本段 分类

导电塑料一般有以下几种分类方法:

1.按照电性能分类,可分为:绝缘体、防静电体、导电体、高导体。

通常电阻值在1010Ω·cm以上的称为绝缘体; 电阻值在104~109Ω·cm 范围内的称作半导体或防静电体; 电阻值在104Ω·cm以下的称为导电体; 电阻值在100Ω·cm以下甚至更低的称为高导体。

2.按导电塑料的制作方法分类,可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。

结构型导电塑料又称本征型导电塑料,是指本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。结构型高分子导电材料主要有:

(1)π共轭系高分子:如线型聚苯、层状高聚物等;

(2)金属螯合物:如聚酮酞菁;

(3)电荷移动型高分子络合物:如聚阳离子、CQ络合物。

这一类高分子材料的生产成本高、工艺难度大,至今尚无大量生产,现在广泛应用的导电高分子材料一般都是复合型高分子材料,其填充物质主要有:

a. 金属分散系;

b. 炭黑系;

c. 有机络合物分散系。

3.按用途的不同分类,可分为:抗静电材料、导电材料和电磁波屏蔽材料。

折叠 编辑本段 用途

导电塑料不仅在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕和智能窗等方面的应用已快速的发展,而且在发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域也有广泛的应用前景。此外,导电塑料和纳米技术的结合,还将对分子电子学的迅速发展起到推动作用。将来,人类不仅可以大大提高计算机的运算速度,而且还能缩小计算机的体积。因此,有人预言,未来的笔记本电脑可以装进手表中。

(1)在电子、电器领域中作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转箱、IC及LCD托盘、IC封装、晶片载体、薄膜袋等。

(2)防爆产品的外壳及结构件,如:煤矿、油船、油田、粉尘及可燃气体等场合中使用的电器产品外壳及结构件。

(3)中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料。

(4)电讯、电脑,自动化系统、工业用电子产品、消费用电子产品、汽车用电子产品等领域中的电器产品EMI屏蔽外壳。

折叠 编辑本段 发展状况

1、抗静电剂填充型抗静电剂填充型产品的优点是制品着色不受限制,其中低分子型抗静电剂对产品性能影响不大,其表面电阻率为1010-1013Ω。但低分子抗静电剂填充型产品的电性能会随着时间的推移而逐渐丧失。

国外目前的主要开发动向是研制生产高分子型抗静电剂,高分子型抗静电剂亦可称为永久性抗静电剂,它不会像低分子型抗静电剂那样水洗后或长时间使用后便丧失其导电性。高分子型抗静电剂的主要品种有:聚醚型、季氨盐型、磺酸型、酸的接枝共聚物、离子型。主要生产厂家有日本的三洋化成、住友精化、住友科学工业、第一工业制药,瑞士的汽巴精化、科莱恩,美国的威科、大湖等。高分子型抗静电剂的添加量是低分子型抗静电剂的5-15倍,同时还要考虑其与树脂的相容性从而选择适用的相容剂,因受到成本的制约使其应用受到一定限制。国内目前主要是低分子型抗静电剂,代表性的厂家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型

这一系列的填充物主要是导电炭黑、石墨和碳纤维,制成品的体积电阻率为102-109Ω·cm。其中炭黑填充是主流,炭黑填充型导电聚合物之所以被广泛采用,其一是因为导电炭黑价格较为低廉;其二是因为炭黑能根据不同的导电性需求有较大的选择余地,它的制成品的电阻值可在102-109Ω之间的宽广范围内变化;其三是导电性持久、稳定;因此是理想的抗静电材料。但是它的制成品仅限于黑色,并对材料性能影响较大,需要配套改性技术。

在国外,碳系填充型导电塑料已经形成为一个十分成熟的市场,较大的生产厂商有美国的卡伯特公司、原联碳公司、GE公司、3M公司等,日本的东芝化学、住友酚醛塑料是主要厂商,还有东丽、东洋油墨制造、东京油墨、日本合成橡胶、神户制钢所等,芬兰的PREMIX,韩国的LG公司。

3、金属填充型

这类导电塑料主要用于电磁波屏蔽场合。近年来由于集成电路和大规模集成电路技术的发展,数字化电子机器已从工业用向民用品发展。为了提高处理能力,使用的电子线路和元件越来越集成微型化、高速化,其信号水平减小,这使从外部侵入的电磁波与控制信号相接近。此外,电子设备也向外放射电磁波,因此很容易造成电子机器的误动作、图象和声音干扰。进入80年代,电子机器的壳体大多采用塑料材料代替金属。这是由于塑料作为壳体具有质轻且强度高、耐腐蚀、易加工、生产效率高、总成本低等优点。但是,塑料是绝缘体,对于电磁波来说,完全可以透过。因此,赋予塑料壳体电磁波屏蔽能力就成为一个有待研究的十分迫切的课题。

近年来,导电塑料引起了人们的兴趣,这方面的研究报道很多,这是由于导电塑料法具有3个显著的优点:①无需二次加工;②屏蔽性与成型制品一次完成(省力、经济);③在长期使用过程中(如震动、湿热环境因素下)安全、可靠,不会像表面法那样产生剥离和脱落现象。

三、发展展望

高分子材料代替金属材料是今后材料学科领域的发展趋势。由此带来导电性聚合物的市场需求日益增长,其应用领域逐步扩大,这就必然对导电性聚合物提出更高的要求。对于结构型导电性聚合物来说,要想进一步实用化,必须解决目前存在的下述主要问题:

(1)稳定性欠缺导电性高分子中的氧原子对水是极不稳定的,这是防碍其实用化的最大问题。

(2)掺杂剂多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。

(3)成型困难导电聚合物主链中的共轭结构使分子链僵硬,不溶不融,从而给自由地成形加工带来困难。

(4)经济性差其价格比金属及普通塑料高,难以实用化。

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