导电塑料的综述
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2021年全球导电塑料行业现状分析一、导电塑料综述导电塑料是将树脂作为基材和导电改性剂混合,生产出导电母粒,再用塑料的加工成型方式对导电母粒加工,形成功能型高分子材料。
一般来说,物体的导电性有四种形态:绝缘体、半导体、导体和超导体。
导电塑料实现了从绝缘体到半导体再到导体的巨大变化,是所有物质中能够完成这种可能性变化跨度最大的。
与传统的材料相比,它具有重量轻、易成型、电阻率可调节等特点,并可以方便地通过分子设计合成或复合成多种多样结构的材料。
导电塑料按照导电性能可分为:绝缘体、防静电体、导电体和高导电体;按制作方法可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料;按用途可分为抗静电材料、导电材料和电磁波屏蔽材料。
导电塑料兼具导电性和塑料材料的优势,具有密度低、机械柔韧性、高强度、低成本、耐腐蚀、电阻可调节等特性,是理想的屏蔽材料。
导电塑料目前广泛应用于抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕、智能窗、发光二极管等多个领域。
CNT导电母粒制备工艺环节较为简单。
从主流CNT导电母粒制备工艺上来看,通常先将CNT与分散剂加热共湿,通过分散剂润湿CNT 表面,从而渗透并打破CNT团聚体,再将分散好的CNT与树脂材料相混合,经双螺杆挤出机中熔融复合后再进行挤出、剪切、分散、切粒,从而得到CNT导电母粒。
二、导电塑料产业链导电塑料的产业链大致为上游改性剂公司将改性剂出售给下游化工企业(Clariant、SABIC、陶氏杜邦、卡博特等),化工企业将改性剂与树脂混合生产导电塑料粒,再将导电塑料粒出售给中游(主要厂商为飞荣达、安洁科技等),中游厂商通过注塑成型生产导电塑料器件,最终再销售给下游,导电塑料器件终端应用广泛,包括电子/微电子器件、通讯器件、医疗机械等等,下游公司主要有华为、诺基亚、联想、三星等。
三、导电塑料行业现状分析导电塑料作为抗静电、电磁屏蔽材料,已成为各国众多企业竞相研发的热门材料。
据中国市场调查研究中心统计,2021年全球导电母粒产值约为55.9亿元,同比增长10%,预计2023年市场规模将达到68.2亿元。
概述复合型和结构型的导电塑料复合型导电塑料是指:导电型物质,如各种炭黑、金属粉末或金属粒子、金属丝和碳纤维等掺混并均匀分散在各种塑料基体材料中而制成。
按照其体积电阻率可划分为绝缘材料、半导体材料、防静电材料、导电材料和高导电材料等。
随着所使用的导电物质和各种塑料基材的不同,导电塑料的电导率也不同,即使采用同一种导电物质制成的导电塑料,其电导率也随着填充物质的量、粒子大小、形状和填充方式的不同而不同。
这类导电塑料的导电性受所填充的导电物质的量影响很大,即随着炭黑量的增加,电导率急剧上升,一般达到50%后,再加入炭黑,对其电导率的影响就很小了。
此外,随着所使用的炭黑种类与基材聚合物的不同而有区别,如把聚丁二烯加到ABS,炭黑系材料中,既保持原料的导电性,又能改进材料的脆性。
在制备复合型导电塑料过程中,其技术关键是将各种导电物质在其塑料基材中能分散均匀,要求采用特殊的基础混合程序和设备。
同时采用共聚物如乙烯与丙烯酸乙酯共聚物或采用油性炭黑进行混合,可大大改进炭黑的分散性,用碳纤维作为导电物质混入各种塑料中代替炭黑,也可以得到综合性能好、电导率高的新类型的导电塑料。
结构型导电塑料结构型导电塑料是包括以具有共轭双键的一大类聚合物为主体的塑料。
这类材料的电导率类似金属。
掺杂型的聚合物基体有聚吡啶、聚乙炔、聚苯硫醚等。
结构型导电塑料可以用作电池。
如用金属锂作阴极,聚乙炔作阳极,填充由LiClO4/PC组成的电解液,制成电池,是利用聚乙炔的电化学性质而组成导电塑料电池和塑料蓄电池的。
制造这种电池不采用任何有害金属,与普通蓄电池相比,既不用铅又不用硫酸,所以该电池具有质量轻,体积小,不腐蚀等优点,而且可以反复充电使用,在长时间内免去一切维修。
导电塑料产品的的开发在国际上竟争十分激烈。
目前美国杜邦公司、IBM公司、Allied Signal公司、德国Ormecon、芬兰Neste Oy 和日本Nitto Denko等国的公司已基本从原理上解决导电聚苯胺的吨级生产、溶液与熔融加工难题,进入工业规模的开发。
导电塑料材料
导电塑料材料是一种具有导电性能的塑料材料,它能够在保持塑料材料轻便、柔软和耐腐蚀性的同时,具备良好的导电性能,因此在电子、通讯、航空航天等领域得到了广泛的应用。
首先,导电塑料材料的导电性能主要来源于其内部添加了导电填料,如碳黑、金属粉末等。
这些导电填料能够形成导电网络,使得塑料材料具备了一定的导电性能。
而且,通过控制导电填料的添加量和分布方式,可以调控导电塑料材料的导电性能,从而满足不同领域对导电性能的要求。
其次,导电塑料材料具有良好的加工性能,可以通过注塑、挤出、压延等工艺制备成各种形状的制品,从而满足不同场合的使用需求。
而且,导电塑料材料还可以与其他塑料材料或者金属材料复合使用,形成导电塑料复合材料,从而拓展了其在工程领域的应用范围。
此外,导电塑料材料还具有良好的耐腐蚀性能和机械性能,能够在恶劣的环境条件下保持稳定的导电性能和使用性能,因此在航空航天、汽车、电子产品等领域得到了广泛的应用。
总的来说,导电塑料材料是一种具有良好导电性能、加工性能和耐腐蚀性能的塑料材料,它在电子、通讯、航空航天等领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断发展,导电塑料材料的性能和应用范围将会得到进一步拓展,为各个领域的发展提供更加可靠的材料支持。
本文摘自再生资源回收-变宝网()全面解析导电塑料塑料能导电,不要说普通人不相信,就是科学家中也没有几个人相信。
可是一次偶然事件让它成为现实,参与这项工作的三位科学家也有幸成为2000年度谱贝尔化学奖得主。
这三位科学家是美国的艾伦·黑格教授和艾伦·马克迪尔米德教授以及日本的白川英树教授,他们是因1977年发现导电聚合物——聚乙炔而获奖的。
导电塑料是将树脂和导电物质混合,用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料,主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。
一、导电塑料分类1、按电性能分类,可分为:绝缘体、防静电体、导电体、高导体。
通常电阻值在1010Ω·cm以上的称为绝缘体;电阻值在104~109Ω·cm范围内的称作半导体或防静电体;电阻值在104Ω·cm以下的称为导电体;电阻值在100Ω·cm以下甚至更低的称为高导体。
2、按导电塑料的制作方法分类,可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。
二、结构型导电塑料指高聚物本身具有导电性或经过化学改性后具有导电性的塑料。
它们能发挥自身化学结构的作用,使其本质上能够导电;再通过化学方法进行掺杂以增长其导电性。
(常用的掺杂物为碘、五氟化砷、五氟化硼等)通常这类化学物都是带有共轭双键结构的结晶性高聚物。
现已研制的有:聚乙炔(PAC)、聚对苯捧(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚苯硫醚(PPS)、聚噻吩、聚苯胺、聚喹啉等。
三、复合型导电塑料指经物理改性后具有导电性的塑料,不少产品已商业化生产。
制作复台型导电塑料必须选择合适的基本树脂和复合方式:1、基本树脂几乎所有正在使用的树脂均可采用。
如PE、PP、WC、PS、ABS以及TPO 等热塑性塑料和酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等热固性塑料。
2、复合方式可分为下列三类:呈层状散;四、导电塑料的成型1、结构型导电塑料的成型结构型导电塑料的稳定性和加工性目前仍是工业化生产和实际应用的主要问题。
导电塑料导电材料的原理
导电塑料是一种将导电材料嵌入塑料基质中以获得导电性能的复合材料。
其原理主要包括以下几个方面:
1. 导电填料:导电塑料中的导电性能主要依靠导电填料实现。
常见的导电填料包括金属粉末(如铜粉、银粉等),碳黑,导电纤维等。
这些导电填料在塑料基质中形成一种网络结构,使得电流可以在其中流动。
2. 塑料基质:塑料基质是导电塑料的主要组成部分,其作用是提供导电填料之间的支撑结构,同时起到隔绝导电填料的作用,防止短路和不良影响。
3. 电性能调控:导电填料的添加量和其分散性对导电塑料的导电性能有着很大的影响。
适量的导电填料可以提高导电性能,但过多的填料会造成流动性降低和力学性能下降。
总之,导电塑料的导电机理主要是通过导电填料在塑料基质中形成连续的导电通路,使电流得以通过,从而实现导电功能。
导电塑料的研发及应用进展一、本文概述随着科技的快速发展,导电塑料作为一种新型功能材料,其独特的导电性能使其在多个领域具有广泛的应用前景。
本文旨在全面概述导电塑料的研发历程、主要类型、性能特点以及应用进展,并对未来发展方向进行展望。
文章首先简要介绍了导电塑料的基本概念和研究背景,随后重点分析了导电塑料的制备技术、导电机制及其在电子、能源、生物医疗等领域的应用实例。
总结了导电塑料当前面临的挑战和未来的发展趋势,以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、导电塑料的研发历程导电塑料,一种融合了塑料和导电性能的新型复合材料,其研发历程历经了数十年的探索与创新。
自20世纪70年代起,科研人员就开始尝试在塑料中掺入导电填料,如金属粉末、碳黑等,以期实现塑料的导电性能。
然而,初期的研究结果并不理想,导电塑料的导电性能往往难以达到预期,且存在稳定性差、加工困难等问题。
随着科技的进步,尤其是纳米技术的兴起,导电塑料的研发取得了重大突破。
纳米材料具有独特的物理化学性质,如比表面积大、导电性好等,为导电塑料的制备提供了新的思路。
研究人员开始尝试将纳米材料,如纳米金属氧化物、纳米碳管等,作为导电填料掺入塑料中。
这些纳米填料不仅提高了导电塑料的导电性能,还增强了其稳定性,使得导电塑料的应用范围得到了极大的拓展。
进入21世纪,导电塑料的研发进入了新的阶段。
随着对导电塑料性能要求的不断提高,研究人员开始关注导电塑料的微观结构与导电性能之间的关系。
他们发现,导电填料的分散状态、界面结构等因素对导电塑料的性能有着重要影响。
因此,他们开始通过优化制备工艺、调控填料含量等手段,进一步改善导电塑料的性能。
目前,导电塑料的研发已经取得了显著的成果。
不仅其导电性能得到了极大的提升,而且其稳定性、加工性能等方面也得到了显著改善。
随着人们对环保和可持续发展的日益关注,导电塑料的环保性能也成为了研究的热点。
研究人员正在尝试开发环保型导电塑料,以期在满足性能需求的降低对环境的影响。
复合型导电塑料详细介绍和分类复合型导电塑料详细介绍和分类塑料知识10月15日讯,复合型导电塑料,是由导电性物质与高分子材料复合而成。
该类别成本稍低,可以满足各种成型要求,是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。
复合型导电塑料根据导电填料的不同可分为:抗静电剂系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)、碳系(炭黑、石墨等),可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。
复合型导电塑料分类:1、抗静电剂填充型抗静电剂填充型产品的优点是制品着色不受限制,其中低分子型抗静电剂对产品性能影响不大,其表面电阻率为1010-1013。
但低分子抗静电剂填充型产品的电性能会随着时间的推移而逐渐丧失。
国外目前的主要开发动向是研制生产高分子型抗静电剂,高分子型抗静电剂亦可称为永久性抗静电剂,它不会像低分子型抗静电剂那样水洗后或长时间使用后便丧失其导电性。
高分子型抗静电剂的主要品种有:聚醚型、季氨盐型、磺酸型、酸的接枝共聚物、离子型。
主要生产厂家有日本的三洋化成、住友精化、住友科学工业、第一工业制药,瑞士的汽巴精化、科莱恩,美国的威科、大湖等。
高分子型抗静电剂的添加量是低分子型抗静电剂的5-15倍,同时还要考虑其与树脂的相容性从而选择适用的相容剂,因受到成本的制约使其应用受到一定限制。
国内目前主要是低分子型抗静电剂,代表性的厂家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。
2、碳系填充型这一系列的填充物主要是导电炭黑、石墨和碳纤维,制成品的体积电阻率为102-109cm。
其中炭黑填充是主流,炭黑填充型导电聚合物之所以被广泛采用,其一是因为导电炭黑价格较为低廉;其二是因为炭黑能根据不同的导电性需求有较大的选择余地,它的制成品的电阻值可在102-109之间的宽广范围内变化;其三是导电性持久、稳定;因此是理想的抗。
导电性塑料一、导电性塑料简介按塑料的导电率和体积电阻率大小不同,可将塑料分为绝缘体、半导体、导体三类。
绝缘体:体积电阻率大于10 12 Ω∙cm,或电导率小于 10 9 s/cm;半导体:体积电阻率介于10 6 ~10 12 Ω∙cm,或电导率介于 2~10 9 s/cm;导体:体积电阻率小于 10 6 Ω∙cm,或电导率大于2 s/cm。
导电性塑料是指体积电阻率小于 10 6 Ω∙cm或电导率大于 2 s/cm的一类聚合物。
至少在 20 世纪 80 年代以前,人们一直认为塑料为绝对的非导体材料。
1977 年日本学者K∙Siakawa 和 Mac∙Diarmid 首次开发出体积电阻率为 10 3 Ω∙cm 的聚乙炔;并于 1986 年将其进行双向拉伸改性处理后,导 电率可达 10 4 ~10 5 s/cm,接近于金属铜和银的导电率。
这时,人们才认识到塑料也可能成为导体,而且是 一种电的良导体。
目前,已开发的导电塑料品种有:聚苯胺 (PAn)、聚对亚苯基 (PPp)、聚乙炔 (Pa)、聚对亚苯基乙炔 (PPv)、聚吡咯 (PPy)及聚噻吩 (PTh)等。
聚合物要具有高导电性能,其结构上应具有以下条件:(1)具有共扼结构 这种聚合物的大分子主链是由交替排列的双、单键组成的重复单元,共扼键上的π 电子可以在整个分子链上离域,从而产生载流子 (电子或空穴)和输送载流子。
(2)非共扼聚合物分子间的π电子轨道相互重叠。
(3)聚合物具有电子接受体或给予体。
纯导电性树脂的实际导电性都不好,但经过掺杂处理后,导电性可大幅度提高,成为导电塑料。
不同 树脂的掺杂材料不同,如聚乙炔、聚苯基乙炔掺杂碘、五氟化砷、五氟化硼;聚噻吩、聚吡咯、聚苯硫醚 掺杂五氟化硼、五氟化砷、五氟化锑;聚苯胺、聚对亚苯基掺杂三氯化铝、质子酸。
也有聚合物不用外加 掺杂材料,具有自身掺杂的特点,如聚噻吩等。
导电性塑料具有质轻、导电性好、防腐蚀、防生锈等优点,是一类很有发展前途的导电材料。
导电塑料发展综述2000年,诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树通过研究发现:塑料是可以导电的。
他们的研究成果挑战了人们的传统观念,同时在近年来导电塑料在现实中得到了广泛的运用。
标签:导电塑料;发展;前景导电塑料是指将树脂和导电类的物质混合,通过塑料加工方式加工而成的功能型高分子材料。
被广泛地运用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。
导电性高分子材料通常分为结构型和复合型两类。
结构型导电高分子聚合物是有机聚合掺杂后的聚乙炔,在1977年被发现,它具有类似金属的导电率。
其它导电聚合物通常必须通过离子化、电化学、氧化还原等方法加工处理后才能具备高导电性。
另一种热分解导电高分子是把聚酰亚胺和聚丙烯等物质在高温下进行热处理以获得与石墨结构类似的物质,从而产生导电性这种热分解导电高分子的特性是不需要进行掺杂处理,具有较好的稳定性。
复合型高分子材料是由高分子材料和导电性物质复合而成的,应用较为广泛。
复合型高分子材料按照树脂形态的不同可分为导电塑料、导电橡胶、导电胶粘剂、导电涂料等。
其中,本文所论及的导电塑料其主要用途为:(1)作为中、高压电缆中的半导电屏蔽料。
(2)作为防爆产品的外壳和结构件,如煤矿、油船等场合中使用的电器产品外壳及结构件。
(3)作为电子产品的集成电路、晶片等精密电子元器件生产过程中所需的防静电薄膜袋、IC封装、IC及LCD托盘等。
(4)作为电讯、电动化系统、消费电子产品、车载电子产品等电器产品的EMI屏蔽外壳。
导电塑料除了在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕及智能窗等領域得到高速的发展,在太阳能电池、发光二极管、微型电视屏幕等领域也被广泛看好。
人类在未来不仅能通过导电塑料提高计算机的运行速度,而且还能减小计算机的体积。
1 国内外对导电塑料的研究成果塑料向来被视作导电性极差的物质,因而被广泛地用作导线的绝缘外皮。
然而两位来自澳大利亚昆士兰大学的专家领导(保罗·麦里迪斯(Paul Meredith)教授和助理教授本·鲍威尔(Ben Powell),新南威尔士大学的亚当·米考林(Adam Micolich)教授取得的一项研究发现,将一层薄金属膜覆盖在绝缘层上面,通过离子束把它融入高分子聚合体表面,能够生成一种新的塑料膜,价格低、强度高、韧性好、可导电。
2023年导电塑料行业市场研究报告导电塑料行业市场研究报告一、导电塑料行业概述导电塑料是一种特殊的功能性塑料材料,具有优异的导电性能和塑性,广泛应用于电子、通信、汽车、航空航天等领域。
导电塑料的主要特点是具有良好的导电性能、优异的机械性能、良好的耐热性、优良的耐化学性等。
其中,导电塑料的主要产品包括导电聚合物、导电复合材料、导电聚合物复合材料等。
二、导电塑料行业市场现状导电塑料行业市场在过去几年取得了快速的发展,主要受益于电子行业的快速发展和技术进步。
目前,导电塑料的主要应用领域是电子设备和通信设备。
其中,电子设备主要包括电视、手机、电脑等,通信设备主要包括手机、无线网络设备等。
随着智能手机、平板电脑等电子设备的普及,导电塑料行业市场需求呈现快速增长的趋势。
目前国内导电塑料行业市场竞争激烈,市场主要集中在一些大型电子企业和塑料企业。
其中,国内一二线城市的导电塑料市场需求较大,发展较为迅速。
而三四线城市由于市场规模较小,发展较为缓慢。
此外,随着生活水平的提高,人们对电子设备的需求也呈现上升趋势,导电塑料市场需求将进一步扩大。
三、导电塑料行业市场前景未来,导电塑料行业市场有望保持快速增长的态势,主要受益于电子行业的发展和技术进步。
一方面,随着5G技术的普及和应用,导电塑料在通信设备领域的需求将进一步增加,市场规模将进一步扩大。
另一方面,随着智能家居、智能穿戴设备等新兴领域的兴起,导电塑料在电子设备领域的需求也将继续增加,市场潜力巨大。
同时,随着环保意识的提高,政府对于环保型塑料材料的支持力度逐渐增大。
导电塑料作为一种环保型塑料材料,在市场中的竞争优势将进一步增强。
此外,通过技术创新和产品升级,导电塑料的导电性能和耐热性等性能将进一步提升,市场竞争优势将进一步增强。
四、导电塑料行业市场竞争格局目前,导电塑料行业市场竞争主要集中在一些大型电子企业和塑料企业。
这些企业通过品牌优势、技术创新、产品升级等手段,不断提升产品质量和竞争力,占据市场份额。
2024年导电塑料市场发展现状导电塑料的概述导电塑料是一种具有导电性能的塑料材料,能够在塑料制品中传导电流。
由于其良好的导电性能和优异的物理化学性质,导电塑料在电子、电器、通信、汽车等行业得到广泛应用。
导电塑料市场概况近年来,随着人们对高性能、高可靠性电子产品和节能环保材料的需求增加,导电塑料市场持续发展。
根据市场调研机构的数据,全球导电塑料市场规模已经超过100亿美元,并且预计在未来几年内将持续增长。
导电塑料市场驱动因素1. 电子产品需求增加随着智能手机、平板电脑、电子车辆等电子产品的普及,对导电塑料的需求不断增加。
导电塑料可以用于制造电子产品的外壳、键盘、触摸屏等部件,具有良好的导电性能和机械强度。
2. 新能源车辆发展随着全球对环境保护意识的提高,新能源车辆市场迅速崛起。
导电塑料在新能源车辆的电池、电动引擎、充电桩等领域具有广泛应用,推动了导电塑料市场的发展。
3. 通信行业需求增加随着互联网的发展,通信行业对导电塑料的需求也在不断增加。
导电塑料能够用于制造光纤、通信设备、天线等部件,具有优异的机械性能和导电性能,满足了通信行业对高品质材料的需求。
导电塑料市场竞争格局目前,全球导电塑料市场竞争格局相对集中,市场主要由少数大型企业垄断。
这些企业拥有先进的生产技术和高品质的产品,能够满足不同行业的需求。
此外,行业中也存在一些中小型企业,它们通过不断创新和提高产品质量,逐渐在市场中获得一定份额。
然而,由于技术壁垒和市场资源限制,这些企业仍面临着一定的竞争压力。
导电塑料市场发展趋势1. 高导电塑料的研发目前,导电塑料的导电性能仍有提升空间。
高导电塑料的研发对于满足日益复杂的电子产品和新能源车辆的需求至关重要。
未来,导电塑料市场将朝着高导电性和高机械强度的方向发展。
2. 环保性能的提升随着环境保护意识的提高,导电塑料市场对于环保性能的要求也在增加。
未来,导电塑料行业将加大对可再生材料和环保生产工艺的研发和应用,以减少对环境的影响。
导电塑料论文Docunicnt serial number [NL89WT-N Y98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108]材料新秀••导电塑料摘要:在人们的印象中,塑料是不导电的。
而2000年诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦-黑格、艾伦・马克迪尔米德和日本科学家白川英树却打破了人们的常规意识,向人们习以为常的“观念”提出了挑战。
他们通过研究发现,经过特殊改造之后,塑料能够像金属一样,具有导电性。
近年来,有关导电塑料的研究受到了普遍的重视,研制和发展高效、低成本、易加工的新型导电塑料已成为电子领域的重要科研方向。
本文介绍了导电塑料的组成,讨论了导电塑料的导电机理、影响导电的因素,综述了该材料在电子领域的应用及研究进展,并提出了未来发展的方向。
关键词:导电塑料高分子材料太阳能芯片结构型复合型自从导电塑料这种特殊的材料被偶然发现以来,随着研究的不断深入,其应用也越来越广泛,现已被广泛用作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程使用的防静电周转箱、托盘、晶片载体、薄膜袋等。
因此,其应用领域不断扩大。
目前导电塑料材料在美、日、德等国家的使用量已经达到较高的程度,需求量正在逐年成倍地增加。
国内导电塑料的开发与应用也已从初期的纯实验室研究发展到了工业应用研究阶段。
20世纪初,日本和美国就开始将其用在精密角度传感器中,作为敏感材料,将其制成电阻膜,利用电刷臂将转角转换成电阻的变化,使老式的电位器式角度传感器的结构大为精简,输出精度大大提高,且具备极强的抗噪声能力和超长的机械寿命,被广泛应用于雷达、导弹、火炮等军事装备中哺1,并己经拓展到民用领域,对导电埋料的需求大为增加。
,1.导电塑料分类1.1.按照电性能分类,可分为:绝缘体、防静电体、导电体、高导体。
通常电阻值在1010 Q-cm以上的称为绝缘体;电阻值在104〜109 Q-cm范围内的称作半导体或防静电体;电阻值在104 Q-cm以下的称为导电体;电阻值在100。
可以导电的塑料
可以导电的塑料
导电聚合物是一种具导电性的高分子聚合物,又称导电塑料与导电塑料。
当聚乙炔结构拥有共轭双键,电子不受原子束缚,能自由移动,经过掺杂后,可移走电子生成电洞,或添加电子,使电子或电洞在分子链上自由移动,从而形成导电分子。
常见的导电聚合物有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚对苯乙烯撑,以及它们的.衍生物。
1967年在日本东京工业大学进修的韩国边衡直博士于实验室制作聚乙炔时,加入超量的一千倍催化剂,使得本来该得到黑色粉末聚乙炔(顺式聚乙炔),却变成了银白色的薄膜(反式聚乙炔)。
时任池田研究所助理的白川英树博士即据此结果开始研究聚乙炔。
1976年,在美国化学家艾伦?马克迪尔米德与物理学家艾伦?黑格的邀请之下,白川到美国宾州大学进行访问。
他们利用碘蒸气来氧化聚乙炔,之后在量测掺碘的反式聚乙炔之后发现导电度增高了十亿倍。
1977年的夏天,白川、马克迪尔米德与黑格发表了他们的研究成果,并因此获得了2000年的诺贝尔化学奖。
导电塑料的国内外发展概况第一篇:导电塑料的国内外发展概况导电塑料的国内外发展概况导电性高分子材料一般分为结构型和复合型两大类。
结构型导电高分子聚合物是1977年才发现的,它是有机聚合掺杂后的聚乙炔,具有类似金属的电导率。
而纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类,其它许多导电聚合物几乎均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。
其代表性的产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。
还有一种叫作热分解导电高分子,这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理,使之生成与石墨结构相近的物质,从而获得导电性。
这些热分解导电高分子的特征是无须掺杂处理,故具有优异的稳定性。
结构型导电高分子材料的主要用途是导电材料、蓄电池电极材料、光功能元件、半导体材料,其研究开发主要集中在以下几方面:①具有与金属相同的电导率;②在空气中是稳定的;③具有高功能;④具有良好的加工成型性。
另一类被称之为复合型导电高分子材料,它是由导电性物质与高分子材料复合而成。
这是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。
本文主要介绍复合型导电高分子材料。
一、复合型导电高分子材料的分类及用途。
复合型导电高分子材料的分类有很多种,根据电阻值的不同可分为:半导电体、除静电体、导电体、高导电体;根据导电填料的不同可分为:抗静电剂系、碳系(炭黑、石墨等)、金属系(各种金属粉末、纤维、片等);根据树脂的形态不同可分为:导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶粘剂、导电薄膜等;还可根据其功能不同分为:防静电材料、除静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。
本文主要介绍复合型导电高分子材料中导电塑料的用途。
(1)在电子、电器领域中作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转箱、IC及LCD托盘、IC封装、晶片载体、薄膜袋等。
(2)防爆产品的外壳及结构件,如:煤矿、油船、油田、粉尘及可燃气体等场合中使用的电器产品外壳及结构件。
导电塑料的研究进展摘要:本文综述了结构型导电塑料和复合型导电塑料的种类及应用领域,介绍了导电塑料的应用前景。
关键词:导电塑料;结构型;复合型;展望Abstract:The types and development status of structure-type conductive plastic and composite conductive plastic were reviewed,and the application progress and the prospect of conductive plastics was introduced.Keywords: Conductive plastic; Structure-type; Composite; Expectation1.引言随着科学技术的进步与塑料工业的发展,塑料材料已逐渐被广泛地应用于各行各业,但其固有的电绝缘性使塑料制品易于积累静电荷,形成较高的静电压,造成灰尘及其他污物吸附、产生静电放电 (ESD)与电击现象。
这使得一些静电敏感材料的生产和使用(如微电子元件、集成电路、轻质油品、火药等)、处于易燃易爆气氛中的工矿企业,受静电的危害越来越突出。
另一方面,微电子工业的高速发展,导致了新的“环境污染”——电磁波干扰 (EMI)和射频干扰(RFI)。
越来越小型化、轻量化、数字化、高密度集成化及灵敏度越来越高的现代电子元器件很容易受到这种复杂电磁环境的影响,甚至产生误动作、出现图像障碍以及声音障碍等。
因此,静电放电的电磁效应、微电子设备相互问电磁干扰 (EMI)及电磁兼容性(EMC)问题,越来越受到人们的重视。
对许多应用场合中的塑料制品,人们还要求其有一定的导电性能,以提供良好的防静电性(或静电耗散性)或EMI/RFI屏蔽性能。
自日本的白川英树博士、美国的艾伦•麦克德尔埃米德和艾伦•黑格教授首次发现用五氟化砷和碘对聚乙炔进行P型掺杂可获得10 S/m的电导率以后,导电塑料就进入了世界性的研究和开发时期,各种导电塑应运而生。
导电塑料分为两大类,用化学方法制成的导电塑料称为结构型导电塑料,用物理方法制成的导电塑料称为复合型导电塑料。
本文综述了结构型导电塑料和复合型导电塑料的种类、性能及应用领域,展望了了导电塑料应用前景。
2.结构型导电塑料结构型导电塑料,是指利用高分子本身所“固有”的导电性或经过化学掺杂后具有导电性的塑料。
它们利用自身化学结构上的功能,使其能够导电,再通过化学方法进行掺杂以增强其导电性(常用的掺杂物为碘、五氟化砷、五氟化硼等)。
这类高聚物都是带有共轭双键结构的结晶性高聚物,它主要是通过高聚物分子中的不定域电子(结构中有共轭双键、π键电子作为载流子)引入导电性基团(如取代的苯胺、具有π电子的芳基等)或者掺杂一些其他物质,通过部分电荷转移使其具有导电性。
结构型导电塑料按其结构可分为表1所示的5大类。
表1 结构型导电塑料分类杂环共轭高分子聚2,5-吡咯、聚2,5-噻吩、聚2,6-喹啉2.1 聚乙炔聚乙炔是由碳氢原子重复组成的平面分子它的键角互成120º的夹角,因此存在顺式聚乙炔和反式聚乙炔2种形式(图1)。
顺式聚乙炔反式聚乙炔图1结构型导电高聚物有多种可用聚合和掺杂等方法制造,由它们合成的导电塑料具有较高的电导率。
尽管导电高聚物发展较快,但最主要的品种仍是聚乙炔。
聚乙炔是目前室温下电导率最高的非金属材料,它比金属质量轻、延展性好,可用于制作太阳能电池、电磁开关、抗静电油漆、轻质电线、纽扣电池和高级电子器件等。
[1]2.2 聚噻吩聚噻吩(PTh)及其衍生物是一类重要的本征型导电高分子材料,其分子链中存在共轭结构,所以本征态的PTh具有一定的导电性,而且稳定性好,易于制备,掺杂可以提高其导电性能。
因此在电导体、非线性光学器件、热色现象、光阻、电磁屏蔽材料、人造肌肉组织、光电池、微波吸收材料、影像材料、纳米光电设备等方面已开展了广泛的研究,并取得了显著的成果。
[2]2.3 聚吡咯聚吡咯(PPY)是一种共轭高聚物,是少数稳定的导电高聚物之一,可用电化学氧化技术制造。
高电导率PPY薄膜在空气中具有良好的稳定性,但力学性能不理想。
用于导电的聚吡咯为PPY/聚氯乙烯(PVC)、PPY/聚乙烯醇(PV A)、PPY/聚酰亚胺(PI)等导电塑料。
日本电报电话公司已制备PPY/PVC半透明导电塑料薄膜,该薄膜延展性好,无毒且性能稳定,用抑制血凝的肝素做掺杂剂可制造人工神经。
巴斯夫公司在聚丙烯(PP) 中填加40%的PPY,其力学性能好,经深加工可制成高导电性薄膜,用做电磁屏蔽材料。
2.4 聚苯硫醚聚苯硫醚(PPS)是一类具有广泛用途的导电塑料,经掺杂或复合后,其电导率较高,稳定性较好,并具有较好的加工成型性。
PPS的主链具有共轭结构,可通过电荷转移成为高分子离子,但离子化势能较高,必须选择合适的电子受体如五氟化砷、五氯化锑或电子给体如金属等进行掺杂,掺杂方式有气相掺杂、液相掺杂、离子注入等.在航空、航天、微电子工业和能源工业上,PPS 被认为是很有前途的功能性材料。
可制成纤维、薄膜等,热稳定性好,导电性较稳定。
2.5 聚苯胺聚苯胺(PANI)与热塑性塑料掺混具有良好的导电性。
与其他导电高聚物相比,PANI具有良好的环境稳定性,易制成柔软、坚韧的膜,且价廉易得。
由于聚苯胺具有可逆的电化学氧化还原性能, 因而适宜做电极材料,制造可以反复充放电的二次电池。
近年来, PANI作为一种优良的防腐材料逐渐被引起重视, 并且有可能成为PANI最有希望的应用领域。
[3]3.复合型导电塑料复合型导电塑料是指经物理改性后具有导电性的塑料,一般是将导电性物质如炭黑、碳纤维、石墨、金属粉末、金属丝等掺混于树脂中制成。
在技术上它比结构型导电塑料成熟,不少品种已商业化生产。
3.1炭黑添加型导电塑料炭黑添加型导电塑料是目前用途最广、用量最大的一种复合型导电塑料。
炭黑价格低廉,可根据导电性的不同改变炭黑添加量,其制品的电导率一般为10-9~10-2 S/m。
碳系导电填料主要有碳黑、碳纤维、碳纳米管等。
目前碳黑复合型导电塑料是最常见、应用最广泛的一种导电塑料,因为碳黑的资源丰富、价格低廉而且复合后导电性能稳定持久,拥有良好的导电性能,加工性能好,并对塑料有一定的增强作用。
导电性能与所用碳黑的粒度、结构、品种、吸油值、孔隙率及填充量等诸多因素有关,一般说来,粒度越小,吸油值越大,孔隙越多,导电性能越高。
导电碳黑的品种主要有乙炔碳黑、导电碳黑、超导碳黑及特导碳黑等。
除了乙炔碳黑是以乙炔气体为原料外,其他的都是以油为原料,它们共同的特点是:表面积大、表面粗糙度大、粒度小、碳成分和挥发份较低,并且具有很高的导电率。
碳纤维是一种高强度、高模量的高分子材料,不仅具有导电性,而且综合性能良好,与其它导电填料相比,具有密度小、力学性能好、材料导电性能持久等优点。
碳纤维的电磁屏蔽性能主要源于自身良好的导电性,其电导率随热处理温度的升高而增大。
因此,经高温处理得到的碳纤维的导电率已逐步接近导体,具有较高的电磁屏蔽性能,如经高温处理后的聚苯胺(PAN)基碳纤维与环氧树脂复合制得的复合材料在频500MHz时的屏蔽效能可达37 dB。
虽然碳纤维具有碳素材料的固有特性和金属材料的导电性,但要使导电塑料具有良好的导电效果,需加入较高填充量的导电碳纤维,这会对导电塑料的机械强度与成型加工性能产生不利影响。
近年来,对碳纤维用适当的金属包覆,可提高其导电性和电磁屏蔽性,降低它在导电塑料中的填充量。
碳纳米管自1991年被IJjima发现以来,引起了物理、化学和材料等科学界的广泛兴趣。
碳纳米管是石墨中一层或多层碳原子卷曲而成的管状纤维,内部是空的,直径在1~20 nm,分单壁和多壁。
由于碳纳米管具有很好的导电性,同时又拥有较大的长径比,因而很适合作导电填料,相对于其它导电填料,用很少量的碳纳米管就能形成导电网链,且其密度很小,不容易因重力的作用而聚沉。
碳纳米管作为导电相和加强相添加到聚合物中使材料的导电性能和力学性能得到改善。
但碳纳米管很容易团聚,难以分散。
为改善和提高碳纳米管的相容性和分散性,需对碳纳米管进化学修饰,使其在端头部分带上羧基,从而使碳纳米管表面活化。
研究表明:碳纳米管加入到PP、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯和PMMA中可使材料的导电性大幅度提高。
碳纳米管加入到PS和环氧树脂可使材料的力学性能提高。
3.2金属添加型导电塑料金属是一种良导体,在塑料中添加一定量的金属, 经适当的分散混炼、成型加工后,塑料材料的体积电阻率可达10-3~100 Ω.cm,成为导电性能优良的导电材料。
用于导电塑料添加的金属填料种类很多,包括金属(铜、银、镍、锌、铝)、合金(Sn Zn)、金属氧化物( V2O3、TiO2、ZnO)、金属包裹金属离子或无机物(Ni 包裹Cu、Ni包裹Fe、镀金属玻璃球、镀金属云母、镀金属陶瓷)等,可以制成粉末、纤维、薄片等形状。
目前,生产中应用较多的是纤维状材料,包括黄铜纤维、不锈钢纤维、铁纤维和铝片。
其中黄铜纤维价格低廉,填充效果良好,可填充到ABS、PA、PP、PC中; 不锈钢纤维强度高,在成型加工中能保持较大的长径比,抗氧化性能好,导电性能持久稳定,但价格较高;铝片填充PC/ABS树脂制成的导电塑料用于计算机外壳生产,屏蔽效果也很好。
与传统的金属相比较,这类导电材料有质量轻、易于加工成型和成本低的优点,因此应用范围在不断的扩大。
成为发展最快、最有前途的新型导电和电磁屏蔽材料。
4.导电塑料发展前景展望[4] [5]自从导电塑料问世以来,其科学和技术已有了很大的发展,但是作为材料来说,离实际应用还有相当大的距离。
如电极材料、光电器件等和已经实用的技术相比还缺乏竞争力。
因此,对我们今后的科学研究方向也指定了一个方向。
解决导电聚合物的加工和稳定性方面。
现有的导电聚合物一般都不能同时满足高导电性、易加工性和空气稳定性。
目前导电聚合物还没有可熔体加工的品种,可溶性加工的品种也很少,掺杂聚乙炔的电导率最高但空气稳定性差;聚吡咯、聚苯胺等稳定性高但电导率都在103S/cm以下。
提高电导率。
掺杂聚乙炔的电导率从最初的103S/cm增加到了104S/cm,现在已达到105S/cm,与铜的电导率差不多。
其他导电聚合物的电导率水平也在提高。
自掺杂和不掺杂导电聚合物。
掺杂剂不稳定或聚合物脱掺杂往往影响聚合物的导电性能。
因此,合成自掺杂和不掺杂导电聚合物是解决稳定性的方法。
在共轭聚合物的主链上接枝含磺酸盐的侧链,氧化掺杂时聚合物脱去正离子,具有负电荷的磺酸根转化为掺杂阴离子,例如发烟硫酸磺化的聚苯胺。
另外,具有类石墨结构的聚并苯PAS是可以不掺杂的导电聚合物。