高分子材料抗靜電技術(shù)與應(yīng)用研究

李闖

（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450000）

高分子材料抗靜電技術(shù)與應(yīng)用研究

李闖

（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450000）

近年來高分子材料憑借其綜合性能優(yōu)越，在交通運(yùn)輸、電子電氣等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但受其體積電阻率較大的影響，在使用的過程中易產(chǎn)生靜電，埋下安全隱患，所以高分子材料抗靜電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速推廣，本文為推動高分子材料應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，對高分子材料抗靜電技術(shù)和應(yīng)用兩方面分別展開研究。

高分子材料；抗靜電技術(shù)；應(yīng)用

高分子材料即以高分子化合物為基礎(chǔ)而形成的材料，其呈現(xiàn)的表征特性為絕緣體，而防靜電技術(shù)現(xiàn)階段主要通過在物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中添加導(dǎo)電粉末或應(yīng)用有機(jī)靜電劑實(shí)現(xiàn)，所以對高分子材料抗靜電技術(shù)展開研究，需要將兩者目前的研究成果相結(jié)合。

1 高分子材料抗靜電技術(shù)

1.1添加抗靜電劑

添加抗靜電劑主要目的是使高分子材料表面產(chǎn)生導(dǎo)電層，以此使其表面電阻率縮減，產(chǎn)生的靜電荷可以較快的漏泄，而且在此過程中高分子材料的表面潤滑度提升，摩擦減少必然導(dǎo)致其生成的靜電縮減［1］。

抗靜電劑作為具有表面活性特征的有機(jī)物質(zhì)或水溶性高分子物質(zhì)，其陽離子型在抗靜電方面具有較理想的性能，但整體的耐熱性較弱；而陰離子型雖然在兩方面的性能均較突出，但與樹脂的相容性并不理想，而且并不適合在透明產(chǎn)品中應(yīng)用；而非離子型抗靜電劑雖然彌補(bǔ)了以上兩種抗靜電劑的不足，而且其對產(chǎn)品的物理性能不會產(chǎn)生較明顯的影響，但在使用的過程中消耗較快，通常與另外兩種結(jié)合使用［2］。

在外涂抗靜電劑時(shí)通常采用浸涂、刷涂、噴涂等方式，此種方式雖然效率較高，可用范圍較廣，但在產(chǎn)品摩擦、清潔的過程中容易脫落，抗靜電的時(shí)長較短；在內(nèi)加抗靜電劑的過程中，要將抗靜電劑在樹脂配料過程中加入，在其由內(nèi)向外遷移的過程中，會在此產(chǎn)品的表面形成相對均勻的抗靜電層，所以此種方式的耐久性較理想，兩種抗靜電劑的使用都是使高分子材料表面形成單分子導(dǎo)電膜，使產(chǎn)品的導(dǎo)電性、摩擦體間隙介電性、產(chǎn)品表面平滑性增加，現(xiàn)階段此高分子抗靜電技術(shù)在丙烯酸、熱塑性聚酯等樹脂中得到較廣泛的應(yīng)用，但受到抗靜電劑自身耐熱性較低的限制，現(xiàn)階段在工程樹脂中并未得到有效的應(yīng)用［3］。

1.2與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子共混

此技術(shù)將導(dǎo)電高分子材料作為抗靜電材料，但考慮到其剛性較大、穩(wěn)定性較差，而且成型難度較大，通常要將其與其他基體高分子共混，以復(fù)合型導(dǎo)電高分子的形式發(fā)揮作用，現(xiàn)階段其應(yīng)用主要通過機(jī)械法和化學(xué)法實(shí)現(xiàn)。

前者即將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和基體高分子混合成型，以此獲取具備多相結(jié)構(gòu)特征的符合性高分子，此時(shí)如果導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～3%時(shí)，所形成的復(fù)合材料可作為抗靜電材料使用［4］。后者是將兩種高分子材料實(shí)現(xiàn)微觀尺度共混，其主要利用結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子單體在氯化鐵或氯化銅等氧化劑作用下發(fā)生氧化聚合的規(guī)律進(jìn)行，現(xiàn)階段PPY和聚碳酸酯、PPY和聚酰亞胺等高分子材料與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子共混已經(jīng)在實(shí)踐中得到證明并有效應(yīng)用。

1.3添加導(dǎo)電填料

此方法是將一些無機(jī)導(dǎo)電填料直接向高分子材料機(jī)體中滲透，如炭黑系列中的石墨、碳纖維；金屬系列中的金屬粉末、不銹鋼的云母等；其他系列的無機(jī)鹽、金屬氧化物等，現(xiàn)階段此抗靜電技術(shù)已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，炭黑系列的導(dǎo)電填料雖然價(jià)格相對較低、穩(wěn)定性較好，但是其顏色為黑色，使產(chǎn)品色彩的可調(diào)性較差。例如將炭黑與普通聚氨酯泡沫自由發(fā)泡可形成一種密度較小的導(dǎo)電材料，利用其作為多空金屬的機(jī)體，對提升其抗靜電性效果突出。

但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，炭黑的添加量和橡膠自身的組成等因素會對所形成材料的抗靜電性能產(chǎn)生直接的影響，在應(yīng)用的過程中要針對行的優(yōu)化。另外現(xiàn)階段在導(dǎo)電性能較好的碳纖維表面電鍍金屬已經(jīng)在實(shí)踐中獲得成功，使其導(dǎo)電性能提升50～100倍，而且價(jià)格相對較昂貴的碳纖添加量也大幅縮減，例如日本小西六公司將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的導(dǎo)電碳纖維填充共聚甲醛所形成的材料在抗靜電性能方面得到顯著優(yōu)化，在音響器材、靜電復(fù)印機(jī)等方面得到較廣泛的應(yīng)用。

而金屬類填料在應(yīng)用的過程中雖然存在催化劑老化、影響基體力學(xué)性能、使產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等缺陷，但在適當(dāng)?shù)奶幚砗笠部尚纬捎行У目轨o電高分子材料，例如美國Wilson微纖國際公司研制的不銹鋼纖維填充的PC，使通過鍍鎳云母纖維填充45%PP獲得的。金屬氧化物和無機(jī)鹽填充導(dǎo)電材料，使其抗靜電性能提升，現(xiàn)階段受到廣泛的關(guān)注，將氧化硅等粉末填充到塑料制品中可以形成對稱型壓敏材料，其在低壓時(shí)為絕緣體，被擊穿電壓擊穿時(shí)為穩(wěn)壓導(dǎo)體，所以在爆破器材、火箭發(fā)射器等裝置中應(yīng)用的可能性較大。此類高分子抗靜電技術(shù)現(xiàn)階段仍處于不斷深化探索階段，但其應(yīng)用潛力十分巨大。

2 抗靜電高分子材料的應(yīng)用

抗靜電高分子材料的應(yīng)用范圍現(xiàn)階段已經(jīng)十分廣泛，筆者主要選取以下幾種進(jìn)行論述。

2.1聚烯烴類抗靜電塑料的應(yīng)用

聚烯烴類塑料受其非極性特征、電阻率等方面的限制，其通常采用添加抗靜電劑的方法實(shí)現(xiàn)抗靜電，例如將羥乙基脂肪胺類抗靜電劑添加到PE塑料中，可制成抗靜電的包裝薄膜、電子元件等，實(shí)踐證明在PE薄膜中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%或1%的國產(chǎn)HZ-1抗靜電劑對降低其表面電阻具有較顯著的作用，現(xiàn)階段聚烯烴類抗靜電塑料主要應(yīng)用于集成電路、印刷電路板等電力材料、設(shè)備中。

2.2聚氯乙烯抗靜電塑料的應(yīng)用

軟質(zhì)聚氯乙烯自身的抗靜電效果較理想，在防帶電和電磁波屏蔽材料中應(yīng)用較為廣泛，例如防靜電吸塵的凈化室壁材、化工部門的管材；而硬質(zhì)聚氯乙烯需要經(jīng)過防靜電處理。

現(xiàn)階段可用的防靜電處理技術(shù)較多，如在硬質(zhì)聚氯乙烯中添加導(dǎo)電填料、對其表面針對性處理等，前者應(yīng)用的過程中對溶體黏度會產(chǎn)生影響，縮減其整體強(qiáng)度，實(shí)踐證明ECH抗靜電劑應(yīng)用的效果較為理想。

2.3ABS抗靜電工程塑料的應(yīng)用

受ABS工程塑料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度較高的影響，要使其抗靜電通常要應(yīng)用表面活性較強(qiáng)的抗靜電劑或復(fù)配抗靜電劑，與此同時(shí)提升其成型溫度，現(xiàn)階段常用的復(fù)配方式是將烷基胺和季銨鹽以3∶2、1∶1、2∶3的比例配合。

現(xiàn)階段ABS抗靜電工程塑料在儀器儀表、電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、錄音機(jī)等電器設(shè)備的外殼中得到較廣泛的應(yīng)用，另外高壓電纜半導(dǎo)體彎管現(xiàn)階段也逐漸開始應(yīng)用此材料。

2.4抗靜電聚氨酯彈性體的應(yīng)用

季銨鹽是聚氨酯抗靜電處理最常用的抗靜電劑，主要因?yàn)槠鋵郯滨ゾ哂休^顯著的附著力，兩者的互溶性較適當(dāng)，現(xiàn)階段通常需要將經(jīng)過季銨鹽處理后的聚氨酯放在溫度在75～80℃的環(huán)境中持續(xù)干燥4 h或在溫度在55～60℃的環(huán)境中持續(xù)干燥12～15 h，抗靜電聚氨酯彈性體具有性能調(diào)節(jié)范圍大、耐磨等特點(diǎn)，所以現(xiàn)階段在軍工器械、航天設(shè)備外殼等方面得到較廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著高分子材料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，高分子材料防靜電技術(shù)得到廣泛關(guān)注并取得了一定的發(fā)展，這不僅促進(jìn)高分子材料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，而且對我國相關(guān)工業(yè)、軍事領(lǐng)域的發(fā)展也具有重要的意義。

［1］ 侯攀，周科勇，王明.抗靜電劑在高分子材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國塑料，2011，07:11～16.

［2］ 劉立錦.高分子材料抗靜電技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.河南科技，2013，24:71.

［3］ 曾化雨.高分子材料抗靜電技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.化工管理，2013，10:98.

［4］ 梁家妮.淺談高分子材料抗靜電技術(shù)［J］. 化工中間體，2015，05:35.

（P-01）

Technology and application of antistatic polymer materials

TB324

1009-797X（2016）10-0069-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.027

李闖（1993—），男，現(xiàn)鄭州大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?/p>

2016-04-01