導(dǎo)電功能高分子材料的研究進(jìn)展

導(dǎo)電功能高分子材料的研究進(jìn)展

1、導(dǎo)電高分子材料的種類及性能一般來說，高材料的體積阻力為101010。c，因此被廣泛用作絕緣材料。隨著現(xiàn)代電子工業(yè)和作息技術(shù)等產(chǎn)業(yè)革命迅速發(fā)展,越來越需要具有導(dǎo)電功能高分子材料。導(dǎo)電高分子由于其具有重量輕、易加工各種復(fù)雜形狀以及電阻率在較大范圍內(nèi)可調(diào)等特點(diǎn),在防靜電、電磁屏蔽、微波吸收、電化學(xué)及催化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電高分子按其結(jié)構(gòu)組成和制備方法的不同可分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。目前,復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料所采用的復(fù)合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子與基本高分子進(jìn)行共混,另一種則是將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中。2、一般混合高阿爾伯茨2.1與其他基因體系的聚合物共混劑作為親水性聚合物,目前以聚氧化乙烯(PEO)的共聚物占多數(shù),這可能與PEO同基體高分子相容性較好有關(guān)。此外,還有降乙二醇-甲基丙烯酸酯類共聚物等。日本Asahi公司將ABS、Hips與親水性PA共混制得兩種高性能抗靜電復(fù)合材料AdionA和AdionH,尤其是后者在相對(duì)濕度較低的條件下也表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗靜電能力,且不受水洗和擦試等影響。在相對(duì)濕度為50%溫度為23℃的環(huán)境中保存4年后,抗靜電性能無變化,機(jī)械性能不低于普通HIPS,其它性能則與普通HIPS相同。三洋化成工業(yè)公司開發(fā)的以聚醚為主的特殊嵌段共聚物與PMMA、ABS和PA等基本高分子組成的共混物也具有永久抗靜電效果,且相溶性較好。Goodrich公司研制的永久性抗靜電母料STAT-RITEC.2300非常引人注目,其化學(xué)組成可能是以PEP-ECH(表氯醇)共聚物為主要成分的高分子合金。當(dāng)添加量為15%-20%時(shí),與PVC/PC、PET及PS系列基體高分子制成的復(fù)合材料具有永久性抗靜電能力,且價(jià)格低廉,熱穩(wěn)定性好。許多學(xué)者研究了基本高分子與親水性聚合物PEO(或其共聚物)組成的共混體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經(jīng)較低的剪切拉伸后,在基體高分子表面形成微細(xì)的筋狀,即層狀分散結(jié)構(gòu),而中心結(jié)構(gòu)則接近球狀分布。2.2導(dǎo)電高分子的復(fù)合這種共混技術(shù)就是采用機(jī)械或化學(xué)方法將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和基本高分子進(jìn)行復(fù)合,這是一條使結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子走向?qū)嵱皿w的有效途徑。若將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和基體高分子達(dá)到微觀尺度內(nèi)的共混,則可以獲得具有互穿或部分互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型導(dǎo)電高分子,通常采用化學(xué)法或電化學(xué)法進(jìn)行制備。3、導(dǎo)電填料的利用這種導(dǎo)電高分子通常是將不同的無機(jī)導(dǎo)電填料摻入到普通的基體高分子中,經(jīng)各種成型加工方法復(fù)合制得。導(dǎo)電填料的品種很多,常用的可分成炭系和金屬系兩大類。炭系填料包括炭黑、石墨和碳纖維等;金屬系主要有鋁、銅、鎳、鐵等金屬粉末、金屬片和金屬纖維。此外,還有鍍金屬的纖維和云母片等。目前研究和應(yīng)用較多的是由炭黑顆粒和金屬纖維填充制成的復(fù)合型導(dǎo)電高分子。3.1鈦酸酯偶聯(lián)劑復(fù)合導(dǎo)電材料炭黑是天然的半導(dǎo)體材料,其體積電阻率約為0.1-10Ω·cm。它不僅原料易得,導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定,而且可以大幅度地調(diào)整復(fù)合材料的電阻率(1-108Ω·cm)。因此,由炭黑填充制成的復(fù)合型導(dǎo)電高分子是目前用途最廣、用量最大的一種導(dǎo)電材料。這主要用于抗靜電材料,也可以作為面狀發(fā)熱體、電極材料及電磁屏蔽材料等。近年來,圍繞提高炭黑填充高分子的導(dǎo)電性能進(jìn)行了大量的研究。例如,填充前對(duì)炭黑進(jìn)行高溫?zé)崽幚?不僅可以增加炭黑的比表面積還可以改善其表面的化學(xué)性能。用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理炭黑表面,在改善復(fù)合體系導(dǎo)電性能的同時(shí),還能提高熔體流動(dòng)性和材料的力學(xué)性能。在填充復(fù)合過程中,添加適量的分散劑或表面活性劑,可以防止炭黑粒子的聚集,從而使之在基體高分子中能夠均勻分散,將炭黑與高分子的化學(xué)接枝物作為母粒,再與其它的基體高分子進(jìn)行復(fù)合,則可以顯著提高材料的導(dǎo)電性能,而且導(dǎo)電穩(wěn)定性也得到改善。與此同時(shí),對(duì)于具有較高導(dǎo)電性能的超細(xì)、多孔、專用的新品級(jí)炭黑的研制與開發(fā)也倍受重視。3.2導(dǎo)電材料和電磁屏蔽材料金屬纖維優(yōu)良的導(dǎo)體,尤其是將金屬纖維填充到基體高分子中,經(jīng)適當(dāng)混煉分散成型加工后,可以制得導(dǎo)電性能優(yōu)異的復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,其體積電阻率約為10-3-1Ω·cm。由于這類材料比傳統(tǒng)的金屬材料質(zhì)量輕、容易成型且生產(chǎn)效率高,因此是近年來最有發(fā)展前途的新型導(dǎo)電材料和電磁屏蔽材料,國(guó)外已廣泛用作電子計(jì)算機(jī)及其它電子產(chǎn)品的殼體材料。金屬纖維的填充量對(duì)導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填充的情形相類似,但由于纖維狀填料的接觸幾率更大,因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導(dǎo)電率。目前,國(guó)外開發(fā)和應(yīng)用較多的金屬纖維是黃銅纖維,其次是不銹鋼纖維和鐵纖維,日本日立化成工業(yè)公司研制黃銅纖維,其長(zhǎng)度是2-15mm,直徑40-120μm,很容易與基體高分子混煉。填充體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí),體積電阻率小于10-2Ω·cm,屏蔽效果可達(dá)到60dB。不銹鋼纖維作填料不僅強(qiáng)度高,在成型過程中不易折斷,能保持較大的長(zhǎng)徑比,而且抗氧化性好,能保持導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定。4、復(fù)合材料在導(dǎo)電高分子材料中的應(yīng)用,主要發(fā)展在導(dǎo)電高分子材料中,其纖維填充復(fù)合材料比復(fù)合型導(dǎo)電高分子是一種既具有普通高分子特性,又具有一定導(dǎo)電功能的新型功能材料。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展,這種新型材料的需求量將