炭纤维增强防静电材料-南通*通活性碳纤维有限公司

炭纤维增强防静电材料

发布时间： 2021/11/22

　　　　　　　　炭纤维增强防静电材料
　　1.1 什么是炭纤维增强防静电材料
　　随着科学技术的不断发展，大量先进的电子元器件被广泛地应用于各行各业，这些器件易受到静电的冲击，造成的危害也变得越来越严重。1969年年底在不到一个月的时间内，荷兰、挪威、英国的三艘20万吨超级油轮洗舱时产生静电，引起油轮爆炸。我国近年来在石化企业曾发生多起因静电造成的严重火灾爆炸事故。另外，静电不仅导致计算机运行随机故障和某些元器件如CMOS、MOS电路、双级性电路等的击穿和毁坏，还会影响操作人员和维护人员的正常工作和身心健康。因此，必须采用具有防静电功能的防护性材料。
　　高分子材料以其质轻、抗腐蚀能力强、价格低廉、具有独特的光学、电学等性能特点在防静电材料中有着广泛的应用，但此类材料表面摩擦或撞击时很容易产生并积累静电，因此寻求新型的防静电材料是当前要研究解决的一大问题。其中，膨胀石墨以其优良的导电性能及所呈现出的纳米特性越来越受到人们的重视，作为一种新型的导电填料，有望在防静电涂料以及导电石墨纳米复合材料中得到广泛的应用。
　　1.2 防静电高分子材料
　　目前防静电高分子材料主要有添加型导电涂料和掺杂型导电复合材料两种。添加型导电涂料，即在有机黏结剂中均匀混入导电填料(金属系、金属氧化物系、导电炭系、复合填料、抗静电剂等导电物质，其中以炭系为主)，制成导电涂料涂敷于高分子包装材料表面，形成固化的静电耗散层，使物体具有一定的传导电流和消除积累电荷的能力，以达到防止静电电荷累积的目的。
　　掺杂型防静电材料是以聚合物为母体，与各种导电性物质(如炭黑、石墨或金属粉等)通过分散复合、层积复合等构成抗静电材料，通过添加导电填料来降低材料的电阻系数，提高材料的静电耗散率。这类导电高分子材料导电能力的大小取决于填充物性能的好坏，目前导电填料主要采用金属粉或炭黑。金属系填料主要有银、镍和铜粉等，其中镍粉由于价格适中，能够抵抗苛性碱的腐蚀，且具有好的导电性，得到广泛的应用。金属粒子虽有良好的导静电性，但成本高，易在母体基料中沉淀结块，加之金属粒子易被氧化，使其使用范围受到很大的影响。炭系填料主要包括炭黑和石墨，具有优越的耐候性和耐化学性，成本低，来源丰富，如用量得当，对高分子材料的物理性能影响不大，故炭系导电填料作为添加剂在防静电材料中应用最为广泛。其中，膨胀石墨作为新型导电填料，具有导电性好、摩擦损耗小、污染小等优点，而且可以大大提高高分子材料的导电性，降低其导电渗流阀值，因此在防静电涂料及导电高分子复合材料中具有重要的应用价值，防静电保护膜如图所示。
　　　　

　　　　　　　图　8防静电保护膜
　　1.3膨胀石墨在防静电材料的应用
　　石墨嵌入化合物(GICs)纳米复合材料在高温下膨化，即可获得比表面积较大的蠕虫状膨胀石墨，粉碎后可用作导电填料添加于防静电材料中。膨胀石墨作为导电填料是近几年才逐渐发展起来的，添加膨胀石墨微粉导电填料的防静电涂料其渗流阈值明显低于炭系填料，电导率也有较大提高。近年来由于GICs技术的快速发展，GICs高温膨化制得具有较小片层厚度(50～80nm)的膨胀石墨为实现纳米级的层聚合创造了条件，纳米复合技术越来越受到人们的高度重视。
　　陈建等人利用膨胀石墨蠕虫作导电填料，丙烯酸清漆作为黏结剂制备了新型导电涂层。结果表明该导电涂料体积电阻率绝对值比传统的粉末混合添加型涂层低一个数量级，达0.0312cm左右。该涂层是一种优良的导电和静电屏蔽材料，电磁屏蔽效能达40dB以上。李冀辉等人探索了利用膨胀石墨蠕虫作为导电填料、聚氨酯清漆作为黏结剂的新型涂料的防静电性能，分析了膨胀石墨蠕虫的膨胀体积、填料含量、涂层厚度与电阻率的关系。实验表明，涂料具有掺杂量少和涂层性能良好等优点，是一种优良的防静电和导电涂料，防静电性能优于传统石墨粉掺杂的涂料。
　　具有较强防静电功能的聚苯胺/膨胀石墨复合材料实现了材料的纳米复合，聚合物单体和膨胀石墨充分混合，通过扩散、极性基团作用、膨胀石墨的徽孔吸附等方式使单体充分进入膨胀石墨的片层之间，片状膨胀石墨便以纳米尺寸均匀分散在聚合物基体中。膨胀石墨片层结构的表面诱导作用大大提高了聚苯胺的结晶度，改善了聚苯胺的结构缺陷，聚苯胺与石墨片层发生协同作用，大大提高了聚苯胺/膨胀石墨复合体系的导电性。除此之外，人们还利用纳米复合技术制备了尼龙6/膨胀石墨纳米导电复合材料，聚苯乙烯/膨胀石墨，聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨、马来酸酐接枝聚丙烯/膨胀石墨、低密度聚乙烯/膨胀石墨、马来酸酐接枝聚乙烯/膨胀石墨、聚丙烯/膨胀石墨复合材料等，这些复合材料均具有较高的电导率(10-4～10—3S/cm)和较低的渗流阈值。由于膨胀石墨的高电导率及所呈现出的纳米特性，高分子复合材料的抗静电能力有了较大提高，实现了聚合物从绝缘体到半导体的转变，其应用范围也随之得到了扩展。
　　随着信息工业和包装材料功能化的发展，人们对具有导电功能的高分子材料的需求将越来越迫切。相对于一般填料，膨胀石墨以其优良的导电性能以及所呈现出的纳米特性必将在功能性包装材料中得到更为广泛的应用，但由于对膨胀石墨纳米特性认识的局限性，其优良的性能还有待继续去开发和利用，因此具有抗静电功能的高分子/膨胀石墨纳米复合导电材料无论在制备方法还是结构与性能以及应用的开发上都存在很大的空间。充分利用膨胀石墨纳米薄片的结构性能特点，研究开发具有防静电功能的功能材料体系具有良好的应用前景。