Los plásticos básicos son aislantes eléctricos, pero con los aditivos adecuados pueden volverse conductores. Los plásticos conductores de electricidad se pueden utilizar para reemplazar componentes metálicos y mejorar la sostenibilidad en varias áreas de la construcción de conectores. Requieren menos energía para fabricarlos y son más livianos, lo que reduce el peso del sistema, una consideración muy importante en aplicaciones como los vehículos eléctricos (EV). Su peso más ligero también reduce las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con el transporte y la logística.
Estas preguntas frecuentes revisan los tres niveles de conductividad que se encuentran en los plásticos, incluida la protección antiestática, la protección contra descargas electrostáticas (ESD) y el blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI). Luego analiza cómo se pueden fabricar plásticos conductores de electricidad utilizando negro de humo, fibras de carbono, nanotubos de carbono (CNT) y partículas metálicas, el uso de microtomografía ALS para optimizar la fabricación de plásticos conductores y cierra con una comparación del rendimiento del blindaje EMI. de plásticos conductores versus blindaje metálico convencional.
Una resistividad superficial superior a 1014 Ohm-cm se considera un aislante. Los tres niveles de resistividad en los plásticos conductores son:
- 1012 al 106 Ohm-cm, utilizado para protección antiestática,
- 106 al 104 Ohm-cm, utilizado para protección ESD, y
- A continuación 104 Ohm-cm, utilizado para blindaje EMI.
Los aditivos esteratos como el tetraestearato de pentaeritritol (PETS), también llamado éster de nitrato de pentaeritritol, se utilizan normalmente para brindar protección antiestática. La producción de plásticos conductores implica compensaciones entre costo, conductividad, resistencia mecánica y trabajabilidad del material. Además de los aditivos esteratos, existen otros aditivos que van desde negro de humo hasta partículas metálicas.
El negro de carbón es económico y se usa ampliamente para crear plásticos conductores para protección antiestática y blindaje EMI de menor rendimiento.
Las fibras de carbono son más conductoras que el negro de humo y añaden resistencia mecánica. Producen plásticos conductores livianos utilizados para componentes estructurales en aplicaciones automotrices y aeroespaciales.
Los CNT se utilizan para producir plásticos conductores con propiedades antiestáticas y de blindaje EMI para componentes electrónicos como sensores y actuadores.
Para producir plásticos conductores también se utilizan partículas metálicas finamente dispersas, como la plata o el cobre. Estos plásticos tienen una mayor conductividad eléctrica en comparación con los rellenos a base de carbono y se utilizan para proporcionar blindaje EMI para conectores y carcasas de dispositivos electrónicos.
Asuntos de procesamiento
El procesamiento de plásticos llenos de partículas metálicas dispersas tiene un gran impacto en el rendimiento. Los científicos han utilizado microtomografía avanzada con fuente de luz (ALS) para estudiar la fabricación de plásticos con partículas metálicas finamente dispersas. El sistema ALS combina un flujo muy alto de rayos X y luz infrarroja para capturar imágenes tridimensionales de la estructura interna de un material con resolución nanométrica o micrométrica.
En un experimento, los científicos construyeron una etapa de calentamiento especial en la línea de luz ALS para poder observar plásticos conductores a distintas temperaturas. Antes del recocido, los componentes moldeados inyectados tenían mala conductividad. Durante el recocido, las partículas de cobre y estaño de la muestra se redistribuyeron y la conductividad eléctrica mejoró significativamente. Comprender cómo el recocido mejora la conductividad respaldará mejores procesos de fabricación (Figura 1 y XNUMX).
Flexibilidad y sostenibilidad
Además de mejorar la sostenibilidad, los plásticos conductores permiten una mayor flexibilidad en los diseños de conectores. Para aplicaciones como sistemas automotrices, los plásticos conductores pueden proporcionar estabilidad ambiental, reciclabilidad, ahorro de peso y alto rendimiento mecánico. Los plásticos conductores también pueden admitir factores de forma pequeños y geometrías complejas necesarias para conectores en aplicaciones de comunicación y procesamiento de datos.
Se pueden usar diferentes plásticos para satisfacer requisitos específicos de costo-rendimiento, y la concentración de los rellenos metálicos se puede ajustar para proporcionar el nivel necesario de blindaje. El uso de plásticos convencionales requiere la adición de una protección metálica mediante deposición, enchapado, estampado u otras opciones de fabricación que añaden complejidad y costo.
¿Qué tan buenos son los protectores EMI de plástico conductor?
El blindaje EMI de plástico conductor puede proporcionar niveles de rendimiento comparables al blindaje metálico si se utiliza el plástico adecuado. Por ejemplo, se comparó el rendimiento de la pérdida de inserción y la diafonía de dos plásticos conductores con componentes metálicos. Las carcasas de plástico demostraron un rendimiento casi idéntico al de la pieza metálica (Figura 2 y XNUMX).
Resumen
Los plásticos conductores contribuyen a la sostenibilidad, ya que requieren menos energía para producirse y dan como resultado un blindaje más liviano en comparación con las opciones de blindaje a base de metal. Al ajustar la densidad de las partículas metálicas dispersas en el plástico y controlar el proceso de recocido, se puede controlar el rendimiento del blindaje EMI. Puede ser comparable al blindaje proporcionado por diseños basados puramente en metal.
Referencias
Creación de productos más ligeros y menos costosos con plásticos conductores, TE Connectivity
Contactos para compuestos poliméricos eléctricamente conductores, Fraunhofer
Explorando el ámbito de los plásticos conductores de electricidad, Jamcor
Perspectivas sobre plásticos conductores y dispesiones modernas.
TE Connectivity utiliza ALS para mejorar los plásticos conductores, Berkeley Lab