1. 收藏本站 中文簡體 ENGLISH E-MAIL
                                      最新資訊
                                      公司動態 行業資訊 技術文章
                                      加入博爾特大家庭
                                      成為行業的精英
                                      如果您有任何問題
                                      請隨時聯絡我們
                                      公司動態 當前位置:首頁 - 最新資訊 - 公司動態
                                      長效型防靜電材料的研究與開發應用
                                      作者: 張明 方國忠   發布時間:2014-03-01  瀏覽次數:2469

                                      長效型防靜電材料的研究與開發應用

                                      張明  方國忠

                                      1.上海航天電子有限公司,上海201821;2.臺州博爾特塑膠電子有限公司 仙居317319

                                       

                                      摘要  靜電耗散是防靜電材料的基本特征要求,在防靜電材料中,通常對絕緣材料進行抗靜電改性,對材料進行抗靜電改性的方法主要是使用抗靜電改性劑、導靜電填充和本征復合材料。本文對防靜電改性的幾種方法進行了探討,著重對能適合國標GB 50611《電子工程防靜電設計規范》的指標,以本征復合制作的長效型防靜電材料(106~108Ω)的機理、構造、特點、適用范圍進行了闡述。

                                      關鍵詞  長效防靜電材料;靜電耗散;阻燃;抗靜電改性

                                      1 引言

                                      標準GB 50611-2010《電子工程防靜電設計規范》提出防靜電工作區設計標準應分為三級,一級標準應為室內控制靜電電位絕對值不大于100V,二級標準應為室內控制靜電電位絕對值不大于200V,三級標準應為室內控制靜電電位絕對值不大于1000V。相應地對防靜電工作區采用的防靜電工程材料,按靜電屏蔽材料,導靜電材料,靜電耗散材料和絕緣材料進行劃分。該標準劃分與國際上的劃分存在差異,見表一;

                                      表一  國內外防靜電材料的類別劃分

                                      材料名稱

                                      國標GB 50611

                                      ANSVESD-S20-20

                                      IEC 61340-5-1

                                      靜電屏蔽

                                      1.0×103 Ω

                                       

                                       

                                      導靜電

                                      2.5×1041.0×106(Ω)

                                      1×104Ω/R

                                      1×102

                                      1×105

                                      靜電耗散

                                      1.0×1061.0×109

                                      1×104

                                      1×1011

                                      1×105

                                      絕緣

                                      1.0×1012

                                       

                                      1×1011

                                      例如,在ANSVESD-S20-20 ,推薦的工作臺(面)的表面電阻為 <1×109Ω,靜電起電電壓 <200V;在靜電放電包裝材料b.2.4中,定義導體(<1×104Ω/R)耗散(≥1×104 ,<1×1011);而在IEC 61340-5-1,定義包裝材料時:劃分靜電耗散的表面電阻為(≥1×105Ω,<1×1011),導靜電(≥1×102Ω,<1×105)絕緣(≥1×1011Ω)。

                                      在靜電材料及制品的設計選擇中,國標GB 50611提出一級防靜電工作區的地面和墻面、柱面應選用導靜電材料,摩擦起電電壓絕對值不應大于100V,靜電半衰期不應大于0.1S,同時對二級、三級的防靜電工作區設計,也提出了相應的要求。此外,對防靜電材料明確定義為長效型和短效型兩種,長效型防靜電材料其防靜電性能與材料壽命同步,在使用期限內防靜電性能應保持穩定。摒除了以往對防靜電材料分類的各種稱謂(如ST/T11236《防靜電貼面板通用規范》分為永久性防靜電貼面板和普通防靜電貼面板)。

                                      國標50611的推出,統一了分類、稱謂在工程建設中的標準,提供了防靜電控制目標,實施方法,質量標準適用范圍。同時對防靜電材料的研究、開發及應用提出了新的課題。迫切需要對防靜電材料研發出滿足于標準指標的(如防靜電工作區的地面、墻面、柱面表面電阻2.5×104Ω~1.0×109Ω)不同種類的對應材料。

                                      目前,防靜電材料的要求是緩慢泄放靜電電荷,自然界無法原生,故基本上是對絕緣材料進行抗靜電改性,將絕緣材料變為靜電耗散材料,通常對材料進行抗靜電處理的方法主要是使用抗靜電改性劑,導電性填充、本征復合和輻照改性。

                                      2 抗靜電改性劑

                                      抗靜電劑的添加使用,可以改變高分子材料的導電性能,使其達到泄漏靜電荷的要求?轨o電劑是一種化學物質,具有較強的吸濕性和較好的導電性,在介質材料中加入或在表面涂敷抗靜電劑后,可降低材料本身的電阻率或表面電阻率,使其成為靜電的導體材料和靜電的消散材料,加速對靜電電荷的泄漏。

                                      使用抗靜電劑對固體材料進行抗靜電改性處理,可分為固體內部攙雜方法和表面涂敷方法,無論是內部攙雜還是外部涂敷,抗靜電劑的作用機理都是一樣的,因為抗靜電劑一般都是表面活性劑,加入材料后表面活性劑的疏水基向材料內部結合,而親水基則朝向空氣,于是在被處理材料表面形成一個連續的能夠吸附空氣中微量水份的單分子導電層,降低了材料的表面電阻率,加快了靜電荷泄漏,同時改變了材料的表面能級,使材料表面變得柔軟平滑,摩擦系數減小,從而使接觸分離過程中產生的靜電量減小。

                                      在傳統的防靜電貼面板中,一般有兩種,一種是防靜電面漆板即在表面噴涂的防靜電油漆中,添加抗靜電劑。另一種是防靜電橡膠板即將抗靜電劑添加到橡膠板。最大的缺點是使用壽命短,受環境因素(濕度)影響大,靜電泄放效果差,隨著時間推移,最終失去防靜電效果。該類產品只適合于短期型的使用。

                                      抗靜電劑雖然在固體材料應用中存在著不足,但在火炸藥,化工石油(石油產品儲運)等領域得到了廣泛的應用。

                                      3 導電性填充

                                      導電性填充材料的防靜電改性技術是在材料的生產過程中,將分散的金屬粉末、碳黑、石墨、碳與基材結合,采用特殊的加工工藝而制成。

                                      長效防靜電涂料是目前導電性填充防靜電材料應用最為普遍的一種,如碳系列為主的防靜電涂料,其良好的導電性在各個領域得到了廣泛的應用,但其附著力和耐油性差,而且顏色難看。由導電性填充料和高分子材料混合制成的防靜電制品主要有防靜電橡膠制品和防靜電塑料制品已廣泛應用于相關領域的防靜電設施。

                                      由導電性填充材料獲得的防靜電制品,其泄漏靜電的機理與吸濕無關,所以即使在很低的相對濕度下,仍能保持良好的防靜電性能。導電性填充的效果,主要取決于導電性填充料的種類,骨架構造,分散性,表面狀態,添加濃度,以及基體聚合物的種類、結構和填充料加入聚合物的方法。

                                      導電性填充料的導電機理是十分復雜的,其電流電壓特性是非線性,主要的導電過程可歸結為兩種,一是依靠鏈式組織中導電顆粒的直接接觸使電荷載流子轉移,二是通過導電性填充料顆粒間隙和聚合物夾層的隧道效應轉移電荷載流子。

                                      3.1 導電材料均勻分布的結構形式

                                      將導電材料如炭黑、金屬粉末大量、均勻地與塑料及其它填料、增塑劑、穩定劑混合,并經攪拌、密煉、煉塑、熱壓成均勻的導電塑料板材。由于導電材料加入份量較多,板材內導電材料形成分子鏈串而導電。這種結構導電性能均勻,靜電衰減快、半衰期短、成本低、價格低。缺點是顏色深黑色(用炭粉),一般無法用作活動地板的覆蓋材料和工作臺面板、墻體貼面、頂板等。

                                      3.2 分布的導電纖維結構形式

                                      化學纖維經逐步高溫碳化變成強度高、彈性模量大、具有良好導電能力的纖維絲,混合在塑料中,經混合、煉塑后碳纖維脆斷成小段,小段碳纖維搭接成導電網而導靜電,導靜電性能與纖維段搭接多寡及搭按牢固的程度有關。另外,生產工藝對其導電性能也有很大的影響。

                                      3.3 導電纖維與顆粒導電材料混合的結構

                                      由于導電纖維在煉塑過程中易脆斷,當脆斷的纖維小于20um 后,無法搭接成導電網。為此,如果在兩個無法搭接的導電纖維間加入導電粒子(直徑約為20um)形成點線聯結串而導電,這種結構導電性能好、均勻,由于導電粒子加入量大,幾乎將所有未搭接的纖維全聯起來了,因此,這種結構的半衰期短。

                                      缺點是塑料的顏色由于導電粒子的加多而變黑,表面磨損后,碳粉顯露造成二次污染。

                                      3.4 外裹導電碳黑的塑料粒狀結構形式

                                      這種PVC長效性導靜電貼面,導電碳黑裹在PVC粒子表面,經高溫、高壓后,粒子界面相互熔融而形成整體塊狀,經切片、磨光,表面顯露出網狀導電紋路,其導靜電能力是由這些導電紋路之間的連通實現的。將不同顏色的母粒按比例分配混合,可生產出各種顏色花紋品種的貼面,導電性能好,且由于導電碳黑裹在PVC粒子相融的側面,外露少,二次污染少,其半衰期與PVC粒子形狀大小有關,粒子形狀大、半衰期長,粒子形狀小、半衰期短。導電性填充材料的防靜電材料幾種類型比較,見表二;

                                      表二   導電性填充材料的防靜電材料幾種類型比較

                                      類型

                                      優點

                                      缺點

                                      導電纖維類

                                      強度高;吸油量低;導電性好;添加量;成本較低;

                                      電阻值的控制較差;易造成擊穿;分散性差;涂層電阻值分布不均勻;

                                      導電云母粉類

                                      導電性優;比重較低;吸油量低;電阻值的控制較方便;涂層中均勻分散;電阻值均勻;

                                      添加量大;成本較高;

                                      導電金屬粉末類

                                      導電性好;價格低;

                                      自身顏色較深、無法做成淺色;比重太大、容易沉淀;分散性差;施工難度較大、易被氧化。

                                      炭黑、石墨

                                      極好的導電性能;價格低;

                                      自身顏色較深、無法做成淺色;吸油量太大;無法做成高固體含量的涂料。

                                      導電助劑

                                      價格低廉、分散均勻

                                      易遷移流失;防靜電功能的時效很短

                                      上述幾類產品均具有良好的導電能力,但也存在以下共性問題:

                                      * 由于是單層結構,易形成放電反沖。

                                      * 基體材料選用PVC材料,這類材料一方面膨脹系數大,熱脹冷縮嚴重,易出現翹曲和收縮,

                                      * PVC是半硬質材料,且生產過程中經過塑化、壓延,高溫情況下要分解出HCL、氯離子,形成雙鍵,對PVC進一步分解具有催化作用,加速其老化,因此在材料配方設計中一般需加入增塑劑DOP、DBP和熱穩定劑鹽基性鉛鹽等,不利于環保。

                                      4 本征復合

                                      本征復合防靜電材料是通過分子設計制備一具有共軛π健的大分子而獲得導電性。使用本征耗散性聚合物IDP來制造,如:聚乙烯、聚吡咯、聚苯硫醚、聚苯胺。通常應用于涂覆工藝,也有部分聚合物作為添加劑形式與基礎樹脂結合,其原理是在基礎樹脂形成互串導電網絡。目前,這類本征復合防靜電材料制造的防靜電薄膜包裝材料已經應用,但由于成本等因素,其表面電阻109~1010Ω,顯然與國標GB 50611的要求存在差距,從而限定了該類產品的應用。

                                      臺州博爾特塑膠電子有限公司研發生產的長效阻燃型雙層防靜電貼面板,通過防靜電結構、材料配方、加工方法及配套施工工藝等方面的創新,研發的雙層結構長效阻燃型防靜電貼面板。采用的雙層結構示意圖見圖一:

                                        

                                      圖一        雙層結構防靜電貼面板結構示意圖

                                      其表層為靜電耗散層,選用絕緣性好、伸縮性穩定、耐酸堿、耐高溫、高抗沖擊和加工性能好的極性樹脂聚苯乙烯(HIPS)作為基材,同時采用極性、加工溫度與基材匹配的聚醚酰胺(PEA)作為抗靜電材料,并配以一定量的耐磨材料、潤滑劑、顏料(以改善材料的綜合性能)等,并采用特殊的制造工藝而完成。雙層結構持久防靜電貼面板,散耗層選用聚醚酰胺(PEA)為抗靜電材料,通過高溫擠壓在耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)母體中形成IPN互穿網絡,實現了靜電的分路消散,

                                      PEA是透明狀高分子導電聚合物,且相對于小分子導電聚合物不易遷移,作為耗散層抗靜電材料,即可實現良好的靜電耗散,又能保持靜電泄放的長效性和穩定性,還可與著色劑結合,設計成多種顏色的防靜電裝飾面板,提高產品美觀度。兩種聚合物通過高溫擠壓,在熔融過程中形成雙連續相,使PEA穿透在HIPS樹脂內部形成導電網絡,實現對靜電的快速分路消散,耗散層表面電阻控制在107~108(每厘米歐姆值)。耗散層配方設計需綜合考慮防靜電性能和材料成本問題,本研發項目通過大量試驗,將EPA含量控制在27%~30%。

                                      底層為導電層,主要作用是將耗散層分路傳導下來的自由電荷,通過導電炭粉給予釋放,考慮到復合加工性,導電層基材采用HIPS,導電顆粒母料采用導電炭粉,并配以一定量的EVA為載體,另加潤滑劑等改善材料的綜合性能。底層導電層表面電阻控制在103~105(每厘米歐姆值)范圍,目的是將耗散層傳導下的靜電電荷迅速泄放,不讓自由電荷在耗散層堆積過多、過久。

                                      這種雙層防靜電貼面板具有以下特點:

                                      * 雙層結構電阻率呈梯度分布,既能保證靜電荷快速釋放,體電阻控制在≦107(每厘米歐姆值),靜電電壓衰減期 <1s±1000V ~ ±100V);又能避免放電反沖;

                                      * 由于材料本身具有的特質,確保了靜電耗散性能不受溫度、濕度等環境條件的影響;體積電阻衰減小,靜電泄放穩定性好,使用壽命長;

                                      * 由于材料不通過析出物達到靜電耗散,所以,材料不產生多余物,不會對環境造成二次污染;

                                      * 采用的HIPS基材較PVC的熱穩定性好,伸縮率小,更適用于微電子工業生產車間、試驗室,高鐵車廂內裝飾板,潔凈房,以及醫院手術室、CT、X射線室、CCU、ICU病房等的工作臺面、墻面板、頂板等。

                                      表三    幾種防靜電材料的性能對比

                                      性能指標

                                      抗靜電劑

                                      添加填充型

                                      本征復合

                                      體電阻

                                      108~109Ωcm

                                      105~106Ωcm

                                      107Ωcm

                                      導電半衰期(±1000V ~ ±100V

                                      < 1.6 s

                                      < 0.4 s

                                      < 0.8 s

                                      泄放靜電荷是否受環境條件的影響

                                      影響較大

                                      影響小

                                      影響小

                                      使用壽命

                                      是否存在放電反沖現象

                                      不存在

                                      存在

                                      不存在

                                      材料伸縮性

                                      不穩定

                                      不穩定

                                      不穩定

                                      成本

                                      5 結束語

                                      以上就國內市場的幾種防靜電材料以及長效阻燃型雙層防靜電材料進行了比對,見表三,可以看出本征復合防靜電材料的優勢,但由于其成本的問題,消弱了其競爭力,但從指標符合性、使用周期、資源有效利用、使用維護方面的總體來評估,卻具有巨大的發展空間。更主要的是本征復合防靜電材料的出現,其長效不依賴環境濕度的特性,填補了國內靜電耗散材料的不足,未來該類產品將成為市場的主流。

                                       

                                      作者簡介:

                                      1.張明,上海航天電子有限公司副總工藝師,主要研究電子工作環境控制,靜電防護工程及電磁環境抗干擾措施。           

                                      地址:上海市嘉定區葉城路1518號,郵編:201821,電話:021-591616662150

                                      2.方國忠,臺州博爾特塑膠電子有限公司董事長、總經理。仙居縣慈善總會副會長、政協委員。

                                      通訊地址:浙江省仙居皤灘高新技術工業園,郵編:317319,電話:0576-87961508

                                       注:參加會議


                                      舊一篇防靜電保護膜在柔性線路上的應用
                                      新一篇臺州-博爾特塑膠電子有限公司行
                                      2020国产高清a不卡视频,人人爱摸人人爱碰人人爱看,欧美综合在线24p不卡,99热这里只有精品2020,亚洲日韩图片中文字幕第3页,中文字幕综合网sm在线观看,国产成人高清亚洲明星一区,HEYZO高清在线播放视频,67194网站在线观看