概述塑料的体积电阻率一般在1091020cm的范围内，往往会带来很多负面影响，如静电蓄积及电磁干扰等。依体积电阻率不同，可将塑料分为：绝缘体，体积电 阻率1012cm；半导体，1061012cm之间；导体 ，1. 25mL /g，比表面积500m2/g。优缺点优缺点v优点：原料易得，导电性能持久稳定，可大幅度调节复 合材料的电阻率，一般调节范围为100108 cm，是目前应用最广的一类导电添加剂。v用其制成的导电复合材料，可作为导电材料和电磁波屏 蔽导电材料。v缺点：本身为黑色，复合材料的颜色只能为黑色。炭黑 为硬质材料，随着其添加量的提高，复合材料的拉伸强 度和硬度相应增加，而冲击强度下降。、炭黑的种类、炭黑的种类v炭黑的品种有乙炔炭黑、导电炉黑、导电槽黑、耐磨炭 黑及通用炭黑等，v适用于导电添加剂的只有乙炔炭黑和导电炉黑。v乙炔炭黑的结构度高且完整、石墨化好，含氧、氢官能 团和杂质少，因而最常用。v导电炉黑的导电率是普通炭黑的23倍，广阔。目前还不断开发，应用前景。、炭黑的尺寸、炭黑的尺寸v比表面积越大，炭黑粒子的尺寸越小，单位体积内的颗 粒数目越多，越彼此之间容易形成网状导电通路，导电 性能越好。v从理论上讲，炭黑的粒径越小越利于导电；但考虑到炭 黑填充树脂的实际加工性，要获得良好的导电性，炭黑 的粒径不易过小，过小因易聚集而不易分散，以大量小 团块存在于基体中，反而使复合材料的导电性能和力学 性能都降低；所以在具体选用时，粒度大小要适当，既 要保证导电性能发挥，又能不明显降低力学性能。、炭黑的结构性、炭黑的结构性v非常细的炭黑粒子间聚结成链状或葡萄状的程度，由凝 聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中粒子数量所决定。v结构性用其本身内部的孔隙率大小来表示，孔隙率大小 可用其吸附性大小来衡量。v吸附性：用吸碘值或吸DBP值表示，其值越大，炭黑的结构性越高，说明链状或葡萄状的结构越发达，形成网 状导电结构的概率越大，导电性越好。在众多的炭黑品 种中，乙炔炭黑的结构性最好。但在实际应用中，炭黑 的结构性不宜太高，太高其链状结构不易破坏，往往影 响其分散性。、炭黑的表面化学性质、炭黑的表面化学性质v指吸附在炭黑表面的活性含氧官能团数量。v在炭黑的生产过程中，炭黑表面经常形成一些活性含氧 官能团，这些官能团的存在会影响电子的迁移，使炭黑 的导电性下降。表面官能团少的炭黑通常呈弱碱性或中 性，具有较好的导电性。v热裂法炭黑和槽法炭黑除结构性低外，还带有大量的活 性基团，所以其导电性很差，不宜用做导电添加剂。、炭黑的挥发物含量、炭黑的挥发物含量v炭黑的挥发物为在其表面的吸附物如羧基或酚基等，容 易捕获电子，影响其导电性。所以，炭黑表面的挥发物 越低越好，其含量越低，炭黑的导电性越好。、炭黑的临界性、炭黑的临界性v在基体材料中，随炭黑加入量的增加，复合材料的电阻 率呈非线性变化。当炭黑的添加量达到某一临界区域时 ，电阻率急剧下降。在此区域内，炭黑含量微小的变化 会引起电阻率的剧变；超过此区域，炭黑含量再增加， 其电阻下降平缓。v原因：在此区域内，炭黑已形成完整的导电通路。此现 象称为临界效应，此区域的炭黑含量称为临界阈值。v导电材料的临界阈值越低，说明其导电性能越好。影响阈值的因素影响阈值的因素va、同一品种导电材料，其结构类型不同，临界阈值的 大小不同。以炭黑为例，具体顺序为超导电炭黑膨胀石墨天然鳞片石墨。临 界添加值分别：膨化石墨为20%、膨胀石墨为45% 、 天然磷片石墨为55%。v在LDPE中，以石墨为导电填充材料的复合体系，需加 入LDPE-g-MAH为相容剂，以提高体系的相容性。2 2、金属系、金属系v金属系复合的导电塑料的体积电阻率可在103 100 cm范围内变化。种类种类v金属纤维：主要为黄铜纤维、铁纤维和不锈钢纤维。优 点为导电性能好、加入量低，缺点为加工时易折断、易 被氧化、密度大及价格高。金属纤维的L/D越大，其导电效果越好。v金属纤维类如黄铜纤维、不锈钢纤维、铁纤维和铝片等 的导电性更好。铜纤维的价格较低廉，不锈钢纤维的强 度高，成型中长径比保持较好，抗氧化性好，导电性虽 不突出但持久，也比较常用。在具体应用中，最多为铜 纤维、其次为铝和不锈钢纤维。v金属粉末：主要为银、铜、锡、铝、锌及锡/锌合金等粉末。优点为导电效果好；缺点为加入量太大，往往需 要加入50%左右才能达到要求，这会影响制品的其他性能。金属粉末的导电性能与其粒度大小有关，粒度越小 ，导电性越好。注意事项注意事项v铜、铝和铁的粉末和纤维的表面都会受到氧化的影响， 使其导电性迅速下降；而且粒度越小，氧化越严重；只 有在真空条件下保存或加工，才可保持其原有导电性；v不锈钢材料抗氧化，但导电性不高；v导电性好的金属中，金不易氧化、银次之、镍的氧化速 度低，但这些金属的价格偏高；锡类材料的抗氧化性较 好，导电性优良，并可在加工中塑化。v金属导电材料的氧化性大小顺序为：金铝片铜纤维、不锈钢纤维。因此加工时，金属v纤维最好从排气孔加料，直接加入熔融物料中，以降低 其断纤率。v另外，在纤维表面镀一层镍和铬，可降低断纤维概率。v、几何形状问题。从导电性来看，纤维状最好、片状次之、粒状最次，但纤维状和片状的加工工艺要求高， 所以粒状应用的也比较广泛。为获得高的导电性能，粒 状的粒度要尽可能小，一般要在100m以下。v、磁化处理问题。金属类导电材料经过磁化处理后，可提高其导电效果。这是因为在外磁场的作用下，金属 材料易沿磁力线分布，形成导电通路，导电性迅速提高 。所以，在磁场作用下加工金属类导电复合材料，可获 得高导电性材料。v、密度问题。金属的密度大，会使复合制品的密度大幅度增加。、熔点问题、熔点问题v若金属导电材料的熔点低于树脂熔点，通过调整加工条 件，可使复合体系形成互穿网络，此体系可使导电性能 和力学性能显著改善。v如锡、铅及其合金类，如锡锌合金在PP中加入35，可 形成互穿网络复合体系，其体积电阻率仅为0.3cm。 比同类型的铝/PP导电复合材料冲击强度高3倍，拉伸强 度高3倍，导电性高200倍。(3)(3)、金属氧化物、金属氧化物v主要品种有氧化锌、二氧化硅、氧化铅、氧化锡、二氧 化钛及三氧化二钒等。v导电性不如纯金属，虽不存在加工氧化问题，但存在加 入量大、影响力学性能的间题。金属氧化物因导电性能 一般，主要用做抗静电添加剂。v氧化锌晶须具有独特的立体四针状结构和特有的半导体 性能，具有添加量少、效果稳定持久、各向同性和颜色 可调等优点，应用前景诱人。3 3、镀金属系、镀金属系v镀金属系导电添加剂的优点为质量较轻、不易折断和较 低的加入量。缺点为导电性不及纯金属纤维类，但可比 树脂基体高50100倍。v镀金属类导电添加剂的具体组成为：金属镀层为银、镍 、铜和钢等；基础材料为碳纤维、玻璃纤维、石墨纤维 、玻璃微珠、云母及陶瓷等。v如镀镍碳纤维，其导电性能比碳纤维提高50 100倍。( (二二) )、塑料导电配方设计、塑料导电配方设计v尽可能选择临界阈值小的导电材料。v在炭黑材料中，导电炭黑的效果好于乙炔炭黑；如不考 虑价格因素，应尽可能选用导电炭黑。v金属纤维的临界阈值远小于金属粉末，是导电复合材料 的首选。同是金属纤维，尽可能选用长径比大的品种。1 1、导电添加剂的选用原则、导电添加剂的选用原则(1)(1)、按导电添加剂的导电性大小选用、按导电添加剂的导电性大小选用v(2)、按制品导电要求选用：复合材料的体积电阻率要求 在100cm以上，可用炭黑；体积电阻率要求在100 cm以下，炭黑满足不了要求，应选用金属类；体积电 阻率要求在102 cm以下，应选用金和银类金属材料。v(3)、按制品颜色选用：黑色制品可选用所有材料，深色制品不宜选用炭黑，浅色制品可选用银、铝、氧化锌、 二氧化硅及碳纤维等，透明制品目前尚无合适导电材料 可选。v(4)、按制品力学性能要求选用：力学性能要求好，可选金属纤维类，其本身具有增强作用。v(5)、按对树脂降解的影响：铜材料在PP和PC中加入， 会催化降解反应，所以在PP和PC中应尽量少用。v(6)、树脂对导电添加剂具有选择性。2 2、基体材料的选用原则、基体材料的选用原则v结晶度越高，导电性越好，临界阈值越低。这是因为导 电添加剂优先分散在非结晶区域内，结晶度越高的树脂 ，其非晶区域越小；导电添加剂的分散浓度越高，导电 性越好。v在不同树脂中，添加等量同一导电添加剂，其导电性大 小顺序如下：PP PA HDPE LLDPE LDPE SPVCABSPSPC。(1)、基体树脂的结晶度(2)(2)、基体树脂的交联度、基体树脂的交联度v基体树脂的交联度越高，越不利于导电添加剂的均匀分 散。因为这种结构妨碍了炭黑粒子之间的接触，破坏了 导电结构，从而导致体积电阻率升高。v如银粉在PF树脂中的临界阈值高达38%体积份，铁粉 在EP树脂中的临界阈值高达40%体积份，而铁粉在PI 树脂中的临界阈值仅为20%体积份。(3)(3)、基体树脂的极性、基体树脂的极性v基体树脂的极性越大，炭黑的临界阈值越高，即体系的 导电性下降。因为炭黑表面含有很强的极性基团，如基 体的极性也很强，会妨碍导电粒子的自身凝集，导致导 电性差。vPMMA、 PS的极性要比PP、HDPE、LDPE大，与炭黑的极性接近，所以达到相同的导电效果需要更多的炭 黑。EVA也一样，随着VA含量的增大，极性增大，炭黑含量的临界阈值就越高。v(4)、基体树脂的表面张力越小，与导电添加剂的相容性越好，得到的复合材料的导电性越高。v(5)、基体树脂的黏度降低，复合材料的导电性增加。v其他如基体树脂的润湿性、流变性都对复合材料的导电 性有所影响。3 3、其他助剂的选用原则、其他助剂的选用原则v冲击类：随炭黑的加入量增大，材料的冲击强度迅速下 降，需加入冲击改性剂以补偿。v加工类：加入润滑剂如硬脂酸等，改善其加工流动性。v分散类：硅烷类、钛酸酯类、原纤聚四氟乙烯、胺类、 表面活性剂等都是常用的分散剂。v增效剂：加入少量细无机盐、无机氧化物、有机酸、多 元醇等，可起到成核剂的作用，降低结晶尺寸，提高结 晶度，从而提高其导电性能。v弹性体：加入弹性材料，可提高其导电性。尤其是在结 晶度低的树脂中，其提高幅度更明显。( (三三) )、塑料导电配方设计实例、塑料导电配方设计实例(2)、LDPE弹性体增效导电配方二、共混导电聚合物二、共混导电聚合物v导电聚合物又称结构型导电高分子材料，是大分子链上 含有共轭双键的结晶性聚合物。v导电聚合物本身的导电性不高，但通过共轭双键引入导 电性基团或者掺杂一些其他物质，通过电荷变换可形成 很高的导电性，其室温电导率在绝缘体-半导体-金属态 范围内（109105S/cm）变化。v但由于其刚性大，导致加工时难溶、难熔、易氧化及环 境稳定性差，无法用常规的加工方法成型，大部分导电 聚合物未获得工业应用。目前，只有聚苯胺、聚吡咯和 聚噻吩正在向工业化方向发展。共混导电聚合物配方设计共混导电聚合物配方设计v导电聚合物经掺杂后的导电性很高，但因环境稳定性和 可加工性都不好，成本又很高，所以很少直接加工成为 最终制品，常与普通树脂共混制成复合导电塑料材料。v具体品种：PAn/PE、PAn/PVC、PAn/PS、PAn/POM 、PAn/丁氰胶、PAn/SBS、PAn / EPDM, PAn/EVA 、PAn/PP/GF、PTh /PS, PPy/PE、PPy/PMMA、 PPy/PS等。v在复合导电材料中，导电聚合物的加入量达到某一值时 ，会形成导电微通路。一般导电聚合物的加入量很少（ 5）即可有明显的改性效果。