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聚合物的防静电方案

时间: 2011-07-15 00:01 来源: 作者: 点击:

静电现象司空见惯。静电积聚与静电放电轻则造成生活不便,重则酿成火灾或爆炸事故。聚合物技术迅速发展并在各行各业获得成功应用,如何消除聚合物易产生静电的问题,日受重视。多种途径有助解决聚合物静电问题。

静电现象

静电现象众所周知,例如:

·头发在塑料梳子梳理后竖立;
·脱下合成纤维材料制成的衣服时出现火花;
·轿车长时间运行后接触手柄时出现放电现象;
·吸尘器外管壁积聚灰尘;
·电视屏幕积聚灰尘;
·电视和无线电干扰。

此外,还有一些现象鲜为人知,如由于静电放电导致火花而引起火灾或爆炸等,后果十分严重。

产生机理

我们知道,物质由带电荷的粒子组成。电子带一个负电荷,质子带一个正电荷。每一个原子的负电荷和正电荷是平衡的。但是,由于不同材料,其电子的稳定性和表面可迁移度也不同,导致材料的导电性能或绝缘性能也不尽相同。

如果一种高绝缘材料与一种低绝缘材料相互接触,低绝缘材料中所含的可迁移电子会游离并在高绝缘体上形成一个负电荷。这一现象就是静电积聚现象。

如果一种带负电荷的材料与一种低绝缘材料(或高导电材料)接触,会导致附加电子转移,再次恢复中性。这一现象称为静电放电( ESD )现象。

抗静电特性可通过以下方式评定:

·目测法(按ASTM D2741规定):将塑料样品暴露于碳氢化·合物和湿润纸一起燃烧时产生的烟雾之中。
·测试表面电阻系数(按ASTM D257)。
·样品在特定条件下接受电晕处理后,进行静电放电衰减。
·静电积聚和静电放电与部件的表面电阻系数有关。一般来说,耗散性聚合物或ESD聚合物具有以下特点:
·表面电阻系数处于105或 106或 1012欧姆的数量级。
·静电放电半衰期一般不足60 秒。

EMI(电磁干扰)和RFI(射频干扰)与ESD相同,随着计算机、电话、电视和其它模塑电子器材的快速发展,这一问题更加突出。

静电危害

上述问题严重程度不尽相同,可能导致:

·制件或物品表面积聚灰尘和其它污染物,导致销售、应用和加工问题;
·导致涂料缺陷;
·有机粉料在易燃易爆环境中容易导致火灾或爆炸;
·造成电视、无线电、电子干扰。

静电积聚和静电放电在以下情形中十分常见:

·连续加工塑料薄膜等塑料制品;
·电子产品生产、输送和维修;
·电子产品应用;
·粉尘性有机材料包装;
·航空领域:雷电和干扰;
·汽车领域:燃油管路出现静电放电;
·易燃易爆环境:保健、手术室和油漆车间;
·洁净室。

为保护电子组件免受干扰,通常采用由导电性较高的材料制成EMI和RFI屏蔽层。

抗静电策略

静电问题通常难以解决,不存在统一的解决方案。有多种途径可以减少或消除静电的危害。

选用抗静电级材料

采用适当的填充料生产的抗静电塑料均可用于ESD、EMI或RFI屏蔽层,有不少厂家可以提供成品抗静电料。常见的品种有:通用塑料,如PS、PP;工程塑料,如ABS、PA 6、PA66、PC、POM、PBT、PPO、PPS;特种塑料,如PEI、PEEK;合金塑料,如PC/PMMA、PC/ABS等。这是最简易的解决方案。

在传统塑料品级中添加抗静电剂

有机非黑色抗静电剂

非黑色抗静电剂使用的时间已相当长,但是,其作用取决于湿度。H2Stat(由Teknor Apex公司生产)等新一代产品已投放市场。该类产品可克服上述弊端,湿度低至15%时,效率极高。

有机非黑色抗静电剂为两亲型抗静电添加剂,其亲脂端是一段亲聚合物的-CH2-长链,亲水端链具有酯的作用,会吸收环境中存在的水或水气。

如果环境中水分充沛,分子中亲水端吸入的水气会在塑料表面形成一薄层导电膜。如果环境中水分含量过低,则不能形成足够的抗静电能力。

抗静电剂按受控速率缓慢移动到表面,以维持持久的导电性能。

聚合物中的添加剂用量一般不超过几个百分点。


抗静电添加剂与塑料的相容性

抗静电添加剂通常包括:烷基磺酸盐、酰胺、胺、酯、酯-胺、季胺盐、脂肪酸皂等。上表给出了不同抗静电剂与塑料的相容性。

抗静电母料

特有的技术优势和便于使用等特点,使抗静电母粒获得快速发展。

抗静电母料通常以聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、丙烯酸、ABS、聚碳酸酯、尼龙、聚甲醛等为基础树脂。表面电阻系数一般介于107-108欧姆之间。

导电性填充料和添加剂

采用导电性填充剂和添加剂,可生产出大量导电性塑料。这些塑料可作为导体接收来自其它静电材料的电子,但是,也具有众所周知的静电放电风险。

临时或永久ESD涂层

临时涂层在应用过程中易于磨损和冲毁,往往需要再次涂层,从而对其用途造成了限制。为此,针对某些用途,可将抗静电剂添加在洗净剂中。

总结

可通过多种有效途径,防止聚合物出现静电积聚、静电放电、EMI、RFI导致的问题。最常用的方法包括:

·采用特级聚合物。
·采用抗静电剂。
·采用导电填充料。此时,电阻系数控制较为困难,会降至过低,而成为导电材料。
·采用临时涂层或永久涂层。对于成品来说,这是最简单的解决方案,但是,在使用过程中常需要再次涂层。

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