高分子材料抗静电技术与应用研究

2016-03-01李闯

橡塑技术与装备 2016年10期

关键词：抗静电防静电高分子

李闯

（郑州大学，河南郑州 450000）

高分子材料抗静电技术与应用研究

李闯

（郑州大学，河南郑州 450000）

近年来高分子材料凭借其综合性能优越，在交通运输、电子电气等领域得到广泛的应用，但受其体积电阻率较大的影响，在使用的过程中易产生静电，埋下安全隐患，所以高分子材料抗静电技术应运而生并得到迅速推广，本文为推动高分子材料应用范围的进一步扩大，对高分子材料抗静电技术和应用两方面分别展开研究。

高分子材料；抗静电技术；应用

高分子材料即以高分子化合物为基础而形成的材料，其呈现的表征特性为绝缘体，而防静电技术现阶段主要通过在物质内部结构中添加导电粉末或应用有机静电剂实现，所以对高分子材料抗静电技术展开研究，需要将两者目前的研究成果相结合。

1 高分子材料抗静电技术

1.1添加抗静电剂

添加抗静电剂主要目的是使高分子材料表面产生导电层，以此使其表面电阻率缩减，产生的静电荷可以较快的漏泄，而且在此过程中高分子材料的表面润滑度提升，摩擦减少必然导致其生成的静电缩减［1］。

抗静电剂作为具有表面活性特征的有机物质或水溶性高分子物质，其阳离子型在抗静电方面具有较理想的性能，但整体的耐热性较弱；而阴离子型虽然在两方面的性能均较突出，但与树脂的相容性并不理想，而且并不适合在透明产品中应用；而非离子型抗静电剂虽然弥补了以上两种抗静电剂的不足，而且其对产品的物理性能不会产生较明显的影响，但在使用的过程中消耗较快，通常与另外两种结合使用［2］。

在外涂抗静电剂时通常采用浸涂、刷涂、喷涂等方式，此种方式虽然效率较高，可用范围较广，但在产品摩擦、清洁的过程中容易脱落，抗静电的时长较短；在内加抗静电剂的过程中，要将抗静电剂在树脂配料过程中加入，在其由内向外迁移的过程中，会在此产品的表面形成相对均匀的抗静电层，所以此种方式的耐久性较理想，两种抗静电剂的使用都是使高分子材料表面形成单分子导电膜，使产品的导电性、摩擦体间隙介电性、产品表面平滑性增加，现阶段此高分子抗静电技术在丙烯酸、热塑性聚酯等树脂中得到较广泛的应用，但受到抗静电剂自身耐热性较低的限制，现阶段在工程树脂中并未得到有效的应用［3］。

1.2与结构型导电高分子共混

此技术将导电高分子材料作为抗静电材料，但考虑到其刚性较大、稳定性较差，而且成型难度较大，通常要将其与其他基体高分子共混，以复合型导电高分子的形式发挥作用，现阶段其应用主要通过机械法和化学法实现。

前者即将结构型导电高分子和基体高分子混合成型，以此获取具备多相结构特征的符合性高分子，此时如果导电高分子的导电填料质量分数在2%～3%时，所形成的复合材料可作为抗静电材料使用［4］。后者是将两种高分子材料实现微观尺度共混，其主要利用结构型导电高分子单体在氯化铁或氯化铜等氧化剂作用下发生氧化聚合的规律进行，现阶段PPY和聚碳酸酯、PPY和聚酰亚胺等高分子材料与结构型导电高分子共混已经在实践中得到证明并有效应用。

1.3添加导电填料

此方法是将一些无机导电填料直接向高分子材料机体中渗透，如炭黑系列中的石墨、碳纤维；金属系列中的金属粉末、不锈钢的云母等；其他系列的无机盐、金属氧化物等，现阶段此抗静电技术已经得到较广泛的应用，炭黑系列的导电填料虽然价格相对较低、稳定性较好，但是其颜色为黑色，使产品色彩的可调性较差。例如将炭黑与普通聚氨酯泡沫自由发泡可形成一种密度较小的导电材料，利用其作为多空金属的机体，对提升其抗静电性效果突出。

但是在实践中发现，炭黑的添加量和橡胶自身的组成等因素会对所形成材料的抗静电性能产生直接的影响，在应用的过程中要针对行的优化。另外现阶段在导电性能较好的碳纤维表面电镀金属已经在实践中获得成功，使其导电性能提升50～100倍，而且价格相对较昂贵的碳纤添加量也大幅缩减，例如日本小西六公司将质量分数为20%的导电碳纤维填充共聚甲醛所形成的材料在抗静电性能方面得到显著优化，在音响器材、静电复印机等方面得到较广泛的应用。

而金属类填料在应用的过程中虽然存在催化剂老化、影响基体力学性能、使产品性能不稳定等缺陷，但在适当的处理后也可形成有效的抗静电高分子材料，例如美国Wilson微纤国际公司研制的不锈钢纤维填充的PC，使通过镀镍云母纤维填充45%PP获得的。金属氧化物和无机盐填充导电材料，使其抗静电性能提升，现阶段受到广泛的关注，将氧化硅等粉末填充到塑料制品中可以形成对称型压敏材料，其在低压时为绝缘体，被击穿电压击穿时为稳压导体，所以在爆破器材、火箭发射器等装置中应用的可能性较大。此类高分子抗静电技术现阶段仍处于不断深化探索阶段，但其应用潜力十分巨大。

2 抗静电高分子材料的应用

抗静电高分子材料的应用范围现阶段已经十分广泛，笔者主要选取以下几种进行论述。

2.1聚烯烃类抗静电塑料的应用

聚烯烃类塑料受其非极性特征、电阻率等方面的限制，其通常采用添加抗静电剂的方法实现抗静电，例如将羟乙基脂肪胺类抗静电剂添加到PE塑料中，可制成抗静电的包装薄膜、电子元件等，实践证明在PE薄膜中加入质量分数为3%或1%的国产HZ-1抗静电剂对降低其表面电阻具有较显著的作用，现阶段聚烯烃类抗静电塑料主要应用于集成电路、印刷电路板等电力材料、设备中。

2.2聚氯乙烯抗静电塑料的应用

软质聚氯乙烯自身的抗静电效果较理想，在防带电和电磁波屏蔽材料中应用较为广泛，例如防静电吸尘的净化室壁材、化工部门的管材；而硬质聚氯乙烯需要经过防静电处理。

现阶段可用的防静电处理技术较多，如在硬质聚氯乙烯中添加导电填料、对其表面针对性处理等，前者应用的过程中对溶体黏度会产生影响，缩减其整体强度，实践证明ECH抗静电剂应用的效果较为理想。

2.3ABS抗静电工程塑料的应用

受ABS工程塑料的玻璃化转化温度较高的影响，要使其抗静电通常要应用表面活性较强的抗静电剂或复配抗静电剂，与此同时提升其成型温度，现阶段常用的复配方式是将烷基胺和季铵盐以3∶2、1∶1、2∶3的比例配合。

现阶段ABS抗静电工程塑料在仪器仪表、电子计算机、通讯设备、录音机等电器设备的外壳中得到较广泛的应用，另外高压电缆半导体弯管现阶段也逐渐开始应用此材料。

2.4抗静电聚氨酯弹性体的应用

季铵盐是聚氨酯抗静电处理最常用的抗静电剂，主要因为其对聚氨酯具有较显著的附着力，两者的互溶性较适当，现阶段通常需要将经过季铵盐处理后的聚氨酯放在温度在75～80℃的环境中持续干燥4 h或在温度在55～60℃的环境中持续干燥12～15 h，抗静电聚氨酯弹性体具有性能调节范围大、耐磨等特点，所以现阶段在军工器械、航天设备外壳等方面得到较广泛的应用。