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导电(抗静电)泡沫塑料
时间:2024-03-04 10:33:23 来源:四川大学高分子科学与工程学院 字号:[ ]

泡沫塑料具有优良的物理机械性能、电学性能、声学性能及耐化学腐蚀性能。它的导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性好、受冲击后回复率高,因而广泛应用于国防、化工、运输、建筑、日常生活等国民经济的各个领域。但普通泡沫塑料体积电阻率通常在1013-1017Ω·cm之间,材料表面很容易聚集大量的静电电荷,产生很高的静电电压,引起火灾和爆炸等,从而造成巨大的经济损失。据不完全统计,仅在电子工业,每年由于静电释放造成的损失,美国高达100亿美元,英国为20亿英镑。随着电子工业的飞速发展,泡沫塑料广泛用作电子元件、集成电路、含能材料等电子产品包装材料。另外随着对先进武器的电磁屏蔽及吸波隐身等性能的要求,具有导电功能的泡沫材料的需求愈来愈迫切。

由于泡沫塑料密度低、呈多孔结构,导电通路难于形成,改善其导电性能相当困难。目前主要通过三种途径试图改善其导电性。

(1)  加入小分子抗静电剂。这种方法不能在材料内部形成导电通路;只能提高表面电导率而不能提高体积电导率,且表面电导率也仅达到抗静电水平;抗静电剂随使用时间逐渐损耗,抗静电性变差甚至消失,因此其耐久性、稳定性和安全性较差。

(2)  添加导电填料(如炭黑、石墨、金属粉末等)。普通导电粒子由于尺寸大难于分布在泡体间的薄膜处,因此导电通路不完善,获得的材料电阻率太高,不能作为导电材料使用,且大量导电粒子的加入严重影响泡沫成型的工艺性能。

(3)  浸渍导电胶液或原位聚合本征导电高分子。这种方法只对开孔泡沫有效,且导电聚合物与泡沫表面间的粘结力很弱,容易脱落,材料的电性能不稳定,制备工艺复杂、成本较高。

针对国内外改善泡沫塑料电性能的不足,我们采用具有很大长径比、电性能优异的碳纳米管(CNTs)作为泡沫的导电填料,采用独特的表面处理工艺和分散工艺制备低密度、低电阻率的导电泡沫塑料。

该导电泡沫塑料具有以下优点:

(1)  该导电泡沫密度很低,最低可达0.03g/cm3。很适宜做精密电子器件、高能炸药等包装材料。

(2)  碳纳米管的含量很低,只有2wt%。

(3)  该材料电性能十分稳定,在使用过程中,电性能不随使用时间和温度变化,对人体、设备以及环境没有危害。

(4)  容易实现工业生产,设备要求不高。

泡沫具有优异的电性能,该材料可以作为电气元件的抗静电包装材料,能够防止电气元件因静电积累与释放而受到破坏。由于该材料的电阻随压力发生变化且具有很好的重复性,因此该材料可以用于制造压敏元件(如压力传感器等)。该材料的体积电阻率受温度的影响很小,因此,该材料能够在保持良好电性能的前提下,能够在很宽的温度范围内使用,具有很好的实用价值。随着科学技术的发展以及研究工作的深入,泡沫的使用范围将会进一步拓宽,有望作为电磁辐射屏蔽材料和微波吸收材料,在飞机、导弹、坦克等军事装备的电磁屏蔽以及隐形方面发挥着重要作用。

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