导电复合材料

　　导电复合材料目前主要是指复合型导电高分子材料．长期以来，高分子材料通常是作为绝缘材料在电气工业、安装工程、通讯工程等方面广泛使用。但是由于材料的导电性能差，在加工和应用中出现了一些急待解决的问题，最突出的是静电现象，它将导致感光胶片的性能下降及高分子制品在易燃、易爆场合引起灾难性事故。另外为了抵抗电磁干扰和射率干扰，也需解决材料的屏蔽性能，这些都要求高分子材料具有新的导电功能及较底的表面电阻，从而促进导电高分子材料的迅速发展。

　　复合型导电高分子材料是将聚合物与各种导电性物质通过一定的复合方法构成，它包括导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电纤维和导电胶粘剂等。最常用的成型加工方法有：表面导电膜形成法、导电填料分散复合法、导电材料层积复合法等。 表面导电膜形成法表面导电膜形成法，可以用导电涂料蒸镀金属或金属氧化物膜，也可以采用金属热喷涂、湿法镀层等形成表面导电膜。例如，聚酯薄膜上蒸镀金、铂或氧化铟等制成透明的导电性薄膜。导电填料分散法 导电填料分散法：是目前生产导电高分子材料的主要方法，可用于制造各种导电高分子材料。导电材料过去常用碳黑，现在多采用碳纤维、石墨纤维、金属粉、金属纤维及碎片、镀金属的玻璃纤维及其他各种新型导电材料。 导电材料层积复合法导电材料层积复合法：是将碳纤维毡、金属丝、片、带等导电层与塑料基体层叠压在一起制成的导电塑料。采用的金属丝、片、带主要有钢、铝、铜和不锈钢。复合导电塑料采用的基体树脂范围相当广泛，常用的有：ABS、PE、EVA、PA、PC、PP、PET、POM，以及改性的PPO、PBT、PVC，掺和物PC/ABS等。

　　目前，复合性导电高分子材料的应用日趋广泛，在电子、电气、石油化工、机械、照相、军火工业等领域，用于包装、保温、密封、集成电路材料等，其主要作用为： 　　（1）防止静电 ：普通高分子材料在加工和使用过程中，静电现象十分严重，在某些情况下，不但会影响材料的使用性能，甚至还会造成危害，如降低感光胶片的使用性能；塑料包装材料的静电吸尘，降低了商品价值；易燃、易爆环境使用的各种塑料制品和电子产品，由于静电引起的火花爆炸及燃烧。所有这些都应该采用导电复合、材料，以提高材料的静电能力。 　　（2）作为新型屏蔽材料：所谓对电磁波的屏蔽作用是指限制电磁波的能量由材料的一面向另一面传递，使用磁场强度或辐射强度降低，其屏蔽效果用电磁波衰减的分贝值DB表示，每衰减10DB，表示电磁波强度下降一个数量级。目前在塑料中填加金属箔片和金属纤维，是制造电磁波屏蔽用导电塑料的主要方法。由于电子、通讯、信息技术的迅速发展，无限电射频干扰（信号干扰）不可避免，对屏蔽和隐身材料提出了更高的要求。铁氧体具有吸收电磁波的特性，但其加工工艺限制了它的应用，如果把铁氧体粉末与树脂复合物则可用热压方法制成各种形状的屏蔽零件或用涂敷的方法制成表面吸收涂层以满足需要。 　　（3）电器工程及其他 ：复合导电塑料还大量用作高压电缆的内、外部的半导体层，以及低压电缆的外部半导体层。导电橡胶气密性好，经常用于密封材料。另外，导电橡胶在电子和电真空技术中经常用到，它可以克服由于锡焊造成的缺点，具有一定的强度和导电性。

        炭黑是一种天然的半导体材料,其体积电阻率约为0. 1～10Ω.cm。它不仅原料丰富,导电性能持久稳定,而且可以大幅度调整复合材料的电阻率( 100～108Ω·cm)。因此,由炭黑填充制成的导电聚合物复合材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。炭黑填充型导电聚合物复合材料的导电机理比较复杂,通常包括导电通道、隧道效应和场致发射三种机理,复合材料的导电性能是这三种导电机理作用的竞争结果。在炭黑填料用量少、外加电压较低时,由于炭黑粒子间距较大,形成导电通道的几率较小,这时隧道效应起主要作用;在炭黑用量少、但外加电压较高时,场致发射机理变得显著;而随着炭黑填充量的增加,粒子间距相应缩小,则形成链状导电通道的几率增大,这时导电通道机理的作用更为明显。

       采用金属纤维作为填料,填充到基体聚合物中,经适当混炼分散和成型加工后,可以制成导电性能优异的复合材料,体积电阻率为10-3～100Ω·cm。由于这类材料比传统的金属材料质量轻且易加工,因此被认为是最有发展前途的新型导电材料和电磁屏蔽材料.金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似,但由于纤维填料形成链状导电通道的几率更大,因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。金属纤维的长径比对复合材料的导电性能影响较大,长径比越大,导电性和屏蔽效果就越好。

        将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物共混，可以得到既有一定导电性能或永久抗静电性能，又具有良好力学性能的复合材料。

结构型导电聚合物共混物可以采用机械共混或化学方法制备。机械共混是制备聚合物复合材料的常用方法。将结构型导电聚合物与基体聚合物同时放入共混装置，然后在一定条件下混合成型，便可获得具有多相结构特征的导电聚合物复合材料。一般当导电聚合物含量为2%~ 3%时，体积电阻率约10-7~10-9Ω.cm，因此可以作为抗静电材料使用。如果将结构型导电聚合物与基体聚合物在更微观尺度内共混，则可以制得具有互穿网络或部分互穿网络结构的导电聚合物复合材料。两种聚合物分子链之间存在范德华力、库仑力和静电力。这种复合材料可以用化学方法或电化学方法来实现。

目前常用的亲水性聚合物以聚氧化乙烯(PEO)的共聚物占多数。此外，还有聚乙二醇一甲基丙烯酸共聚物、聚乙二醇体系聚酰胺或聚酯酰胺、环氧乙烷—环氧丙烷共聚物以及含有季铵盐基团的甲基丙烯酸酯类共聚物等等。近年来，这类导电聚合物复合材料在国外发展较快。