一文了解导电塑料

电塑料是将树脂作为基材和导电添加剂混合,用塑料的加工成型方式进行加工的功能型高分子材料。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。

材可以包括:PC/ABS、PC、ABS、PA、PPE等;

导电纤维主要有:镀镍碳纤维、不锈钢纤维等;

导电塑料兼有EMI屏蔽功能和接地功能。

导电塑料

领先的镀镍碳纤维复合材料技术

与其它纤维相比,镀镍碳纤维(NCF)强度大、模量高、密度小,和碳素材料一样具有很好的耐高温、耐腐蚀性, 同时具有极好的热、电传导性,阻燃性能良好,热膨胀系数极低,并且还有低辐射线吸收性、非磁性和不磁化、极 好的振动阻尼性、抗蠕变和抗疲劳性能及生物相容性。同时由碳纤维制备的电磁屏蔽复合材料由于成型加工和屏蔽 一次性完成,力学性能好,便于大批量生产,因此它是电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。

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图 镀镍碳纤维(纤维表面金属化)

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导电塑料

金属材料相比,导电塑料优势

根据产品要求设计屏蔽效能;

防腐性能好,使用寿命长;

可加工结构较复杂的产品;

无需二次加工,浪费少,交货迅速;

生产损耗小,降低生产成本;

接缝不需要屏蔽衬垫,减少安装时间及成本;

密度低,减少运输成本。

导电塑料

是金属压铸壳体的革命性替代品

金属材料仍然是至今使用最广泛的电磁屏蔽材料, 其屏蔽方式主要是反射损耗,吸收损耗很小或没有。 其主要优点是:强度高、韧性好、导电、导磁、导热 性能好、屏蔽效能高,但其致命的弱点也很突出:能 耗高,屏蔽性能不可调,密度大,易腐蚀,成型性差, 人体感觉差(尤其是制作屏蔽室时),在广泛用于屏 蔽机壳时存在加工过程复杂的问题,致使成本过高, 因而逐渐被新型电磁屏蔽器件所代替。

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导电塑料是采用导电填料与聚合物填充复合而成 的复合材料,是目前研究最广泛的新型电磁屏蔽材料, 其屏蔽主要通过反射(特别是10GHz 以下)损耗和透 射引起的吸收损耗来实现。

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它的优点突出:

  • 可一次加工成型,加工工艺过程短,便于批 量生产;

  • 当产品寿命结束时,主要成分可以回收,而 不像涂层或镀有金属层的物品需要进行昂贵 的脱模处理,彻底解决了回收问题;

  • 是继表层功能型屏蔽材料之后推向市场的新 型屏蔽材料,也是当前和未来最重要和最有 发展前途的高性能电磁屏蔽材料。

从20世纪80年代开始,导电塑料就受到了广泛关 注,美国、英国、日本等国起步较早,发展较快,已 向市场推出了多个品种,并在多个领域(如汽车和电 子行业等)逐步取代常用的铝及其合金。下面是关于 铝及其合金与填充型屏蔽塑料材料的简单对比。

01
屏蔽效能

导电塑料作为一类新型的电磁屏蔽复合材料,屏 蔽效能可在30-90dB 之间调节,且可用产品的厚度来调 节屏蔽效能,此类产品属热塑性塑料既有导电性,又 有顺磁性,其EMI屏蔽级别超过规定的表面导电率测试 性能。零件的表面导电率测试结果并不能代表其整体 屏蔽性能。任何EMI屏蔽的总屏蔽效能都等于反射和吸 收损耗之和。导电率、渗透性、厚度和频率越大,吸 收所产生的衰减也越大。导电率越大,频率越低,反 射损耗就越大。其渗透性远远超过常用EMI屏蔽材料。 铝合金和镁合金等常用材料根据其导电率进行屏蔽, 渗透性很小或没有。EMI 屏蔽主要通过反射(特别是 10GHz 以下的)和透入深度引起的吸收来实现。此产品 的渗透性在所有频率下都可以通过增强吸收来提高屏 蔽效力。吸收屏蔽增强比反射损耗降低更好,因此在 这类应用中,此产品是一个合适的选择。

与表面涂层(如真空沉积Al、Ni/Cu 金属镀层或导 电性涂料)相比,较高级别的导电塑料可以提供同样 的导电率,反射损耗也差不多。因为渗透性和厚度而 引起的屏蔽吸收明显要高得多。用作结构元素,其厚 度至少大于涂层。而吸收屏蔽与厚度成正比,所以此 产品要优于表面涂层。导电塑料产品的镍、石墨和碳 素纤维成分本身都具有损耗属性。

02
耐腐蚀性

导电塑料常以高性能工程塑料(如ABS+PC 等) 为基材,具有非常优异的耐化学腐蚀性、可加工性和低的生产能耗。具有非常强的耐腐蚀性,使其成为恶 劣环境下户外应用的理想选择。经过360 小时的盐雾曝光 (5% NaCl 溶液,35℃,95% 相对湿度 [ASTM B117]),电磁屏蔽有效性未发生任何变化。该性能其中采用的高稳定性 镀镍碳纤维和镀镍石墨粉本身具有耐腐蚀性的直接结果。 现在,导电塑料屏蔽罩不再需要进行昂贵的喷漆或电镀二 次加工处理以实现在恶劣环境中的稳定性。

03
重量减轻

导电塑料产品最重时不足常用金属零件的四分之一。 其密度为 1.2 至 1.4g/cm3,是铝密度 (2.7g/cm3) 的一半,并 且远小于其它常用金属的密度。重量轻,加上能够成型的 壁厚薄至1.0mm 或为铝压铸件的一半,从而使得零件的 重量减轻 75%。虽然由于密度大幅降低,但它壁厚必须大 于冲弯不锈钢金属零件,但其重量可以比不锈钢零件轻 50%。对于重敏运输或手持设备应用,可以帮助减轻重量 和节省成本。

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04

零部件成本比较

对于相同体积的零部件而言,导电塑料比铝合金的原 料成本价略高,而从加工成本看,由于铝合金的加工工艺 流程较为复杂(金属原料→热处理→铸造→精密锻造(冷 挤压、冷锻、热锻压)→机械加工→精密切削→抛光→喷 砂→拉丝→激光雷射雕刻→阳极氧化上色→多次二次氧化 上色),而导电塑料加工工艺较为简单(纤维表面金属化 →塑料包覆→造粒→注塑→成形→上色等工艺),加工设 备要求较低,加工周期短,生产效率高,工艺成本相对较低。 综合比较原料与加工成本,当零部件形状简单时,导电塑料零部件与铝合金的价格相当,当零部件形状复杂时, 导电塑料零部件的价格要低于铝合金。

05
生产能耗比较

ABS/PC 等工程塑料生产时的能耗(包括原材料)远低 于铝合金材料的能耗。

06
可设计性对比

虽然在30-1680MHz 范围内导电塑料的屏蔽性很难超越 铝合金,但后者的屏蔽性能不具有可设计性。例如,在低 频范围内铝合金的屏蔽性能达不到设计要求,而包括导电 塑料在内的复合材料的主要特点之一就是具备可设计性, 换言之,通过掺入特殊的组分可以对导电塑料的组成进行 调配,从而可在各个频段对其屏蔽性能进行调节,以满足 不同的使用要求。

07
结论

通过以上多个方面的比较可知,导电塑料具有轻质、 高强度、抗腐蚀、耐高温、成本低、易加工等特点,应用 领域广泛。其在性能、成本(尤其是复杂零部件)等方面 有着铝合金材料不可替代的优势,将会在电子行业及其它 方面都有着非常广泛和乐观的应用前景,由导电塑料替代 目前电子行业广泛应用的金属机壳及零部件将成为未来市 场的发展趋势。

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导电塑料

更加环保的材料

导电塑料不含任何违禁成分,遵守全球各地的环境保护法规,例如“欧盟有害物质限制法规”(RoHS)、“瑞 典专业雇员联盟”(TCO)和“化学品注册、评估、许可和限制,是欧盟对进入其市场的所有化学品进行预防性管理的法规”(REACH)等,符合相关环保规定。

如果操作设备时导电塑料会长时间接触皮肤,用户也不必担心,因为导电塑料符合 EN1811 关于镍提取物的规定, 可用于手持设备。欧洲标准委员会根据皮肤对镀镍珠宝的反应制定了规格,规定在物品会与汗水混合的情况下,镍 沥取的最大值为 0.50μg/cm2/周。我们的导电塑料远远低于此限制。

当产品寿命结束时,导电塑料可以回收,用粉碎机再次研磨,符合严格的废品处理规定。它不像油漆过或镀有 金属层的物品需要进行昂贵的脱模处理,彻底解决了回收问题。在运行、启动、关机等正常生产过程中可能会产 生废料,但这些废料可以重新研磨和使用,从而避免了生产过程中的浪费。重新研磨的导电塑料重量最高可增加 15%,但性能不受影响。导电塑料能够以非常经济的方式达到媒介物使用寿命结束 (EoVL)、TCO 以及欧盟的“电力和 电子废料处理”(WEEE)法规。

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本文来源:FRD飞荣达

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