聚合物及电性能表现–ESD聚合物的防静电方案.docVIP

2004年6月22日 聚合物及電性能表現 – ESD聚合物的防靜電方案 Michel Biron 簡介 問題何在？ 弊端何在？ 抗靜電戰略 簡易解決方案：特種塑料 抗靜電添加劑 母料新突破 導電性填充料和添加劑 總結 簡介 靜電現象衆所周知，例如： 頭髮在塑料梳子梳理後豎立。 脫下合成纖維材料製成的衣服時出現火花。 轎車長時間運行後接觸手柄時出現放電現象。 吸塵機外管壁積聚灰塵。 電視屏幕積聚灰塵。 電視和無線電干擾 … 此外，還有一些現象鮮爲人知，而這些現象往往由於靜電放電導致火花而引起火災或爆炸等十分嚴重的後果。 問題何在？ 從單一原因看，會出現數種明顯結果： 導電性或絕緣性。 靜電積聚。 靜電放電。 電磁干擾 (EMI) 無線電頻率干擾 (RFI) 單一原因：物質由帶電荷的粒子組成。電子帶一個負電荷，質子帶一個正電荷。每一個原子的負電荷和正電荷都是平衡的。但是，由於材料不同，某些電子之間的靠近度和可移動度不盡相同，導致材料的導電性能或絕緣性能也不盡相同。 如果一種高絕緣材料與一種低絕緣材料相互接觸，低絕緣材料中所含的可移動性電子會遊歷並在絕絕體上形成一個負電荷。這一現象就是靜電積聚現象。 如果一種帶負電荷的材料與一種低絕緣材料（或高導電材料）接觸，會導致附加電子轉移，再次恢復中性。這一現象成爲靜電放電（ ESD ）現象。 圖一: 靜電積聚及靜電放電的原理 抗靜電特性可通過以下方式評定： 目測法（按 ASTM D2741 規定）：將塑料樣品暴露於碳氫化合物和濕潤紙一起燃燒時産生的煙霧之中。 表面電阻係數測試（如 ASTM D257 ）。 樣品在特定條件下接受電暈處理後，進行靜電放電衰減。 靜電積聚和放電由部件的表面電阻係數決定。一般來說，耗散性聚合物或 ESD 聚合物具有以下特點： 表面電阻係數處於105 或 106 或 1012 歐姆的範圍。 靜電放電半衰期一般不足 60 秒。 圖二: 靜電放電半衰期與其他材料在電阻係數的比較 EMI 和RFI 因與 ESD 相同。隨著電腦、電話、電視和其它模塑電子器材的快速發展，這一問題更加突出。 弊端何在？ 上述問題嚴重程度不盡相同： 積聚灰塵和其它污染物，導致銷售、應用和加工問題。 接觸合成地毯、旋鈕、車把等塑料部件時，出現靜電積聚或靜電放電現象… 導致塗料缺陷。 有機粉料在易燃易爆環境中容易導致火災或爆炸… 造成電視、無線電、電子干擾。 靜電積聚和靜電放電在以下情形中十分常見： 連續加工塑料薄膜等塑料製品 … 電子産品生産、輸送和維修。 電子産品應用。 粉塵性有機材料包裝。 航空領域：雷電和干擾。 汽車領域：燃油管路出現靜電放電，導致火災。 易燃易爆環境：保健、手術室和油漆車間… 潔淨室應用… 爲保護電子元件免受干擾，通常採用由導電性較高的材料製成 EMI 和 RFI 屏蔽層。 抗靜電戰略 上述問題難於解決，不存在統一的解決方案。但是，可通過多種途徑予以解決。 通過以下方式可儘量避免靜電積聚： 選用抗靜電級材料。 在傳統塑料品級中添加抗靜電劑： 有機非黑色添加劑。 導電性填充料：碳黑、纖維、石墨和納米碳管。 塗布永久導電表層。 採用臨時外部抗靜電劑。 簡易解決方案：特種塑料 塑料廠商和配混商銷售多類特種抗靜電塑料，如： 通用塑料，例如： PS 和 PP 工程塑料，例如： ABS 、PA 6/6 、PA 6 、PC 、POM 、PBT 、PPO、PPS 特種塑料，例如： PEI 和 PEEK 合金塑料，例如： PC/PMMA 和 PC/ABS 品級來說，其特性和流變性可能與標準品級略有不同（如表 1所示）。 這是最簡易的解決方案。 靜電放電級（ESD) 標準級 電阻係數（歐姆） 6*1011 4*1014 熔體指數（ 220°C, 10公斤），克/10分 25 16 HDT A (1.8 MPa), °C 84 83 缺口伊佐德， 23，千焦 / 平方米 21 23 缺口伊佐德，-40，千焦 / 平方米 5 7 彎曲應力， MPa 41 46 熱塑性彈體（ TPE ） 體積電阻係數，歐姆 - 釐米 103 - 109 表面電阻係數，歐姆/平方 106- 1011 比重 1.02 拉伸強度， MPa 2 斷裂拉長率， % 300 硬度，肖氏硬度 65 表 1: ESD級和標準級 ABS 特性舉例 抗靜電添加劑 非黑色抗靜電劑使用的時間已相當長，但是，其作用取決於濕度。 H2Stat （由 Teknor Apex 公司生産）等新一代産品已投放市場。該類産品可克服上述弊端，濕度低至 15% 時，效率極高。 有機非黑色添加劑 兩親型抗靜電添加劑包括脂肪酸酯，其作用原理如圖 3