Les plastiques de base sont électriquement isolants, mais avec les additifs appropriés, ils peuvent devenir conducteurs. Les plastiques électriquement conducteurs peuvent être utilisés pour remplacer les composants métalliques et améliorer la durabilité dans plusieurs domaines de la construction de connecteurs. Leur fabrication nécessite moins d'énergie et est plus léger, ce qui réduit le poids du système, un facteur très important dans des applications telles que les véhicules électriques (VE). Leur poids plus léger réduit également les émissions de gaz à effet de serre liées au transport et à la logistique.
Cette FAQ passe en revue les trois niveaux de conductivité trouvés dans les plastiques, notamment la protection antistatique, la protection contre les décharges électrostatiques (ESD) et le blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI). Il examine ensuite comment des plastiques électriquement conducteurs peuvent être fabriqués à partir de noir de carbone, de fibres de carbone, de nanotubes de carbone (CNT) et de particules métalliques, l'utilisation de la microtomographie ALS pour optimiser la fabrication de plastiques conducteurs et se termine par une comparaison des performances de blindage EMI. des plastiques conducteurs par rapport aux blindages métalliques conventionnels.
Une résistivité superficielle supérieure à 1014 Ohm-cm est considéré comme un isolant. Les trois niveaux de résistivité dans les plastiques conducteurs sont :
- 1012 - 106 Ohm-cm, utilisé pour la protection antistatique,
- 106 - 104 Ohm-cm, utilisé pour la protection ESD, et
- Ci-dessous 104 Ohm-cm, utilisé pour le blindage EMI.
Les additifs stériques comme le tétrastéarate de pentaérythritol (PETS), également appelé ester de nitrate de pentaérythritol, sont généralement utilisés pour offrir une protection antistatique. La production de plastiques conducteurs implique des compromis entre le coût, la conductivité, la résistance mécanique et la maniabilité du matériau. En plus des additifs stérate, d'autres additifs vont du noir de carbone aux particules métalliques.
Le noir de carbone est peu coûteux et largement utilisé pour créer des plastiques conducteurs pour une protection antistatique et un blindage EMI de moindre performance.
Les fibres de carbone sont plus conductrices que le noir de carbone et ajoutent de la résistance mécanique. Ils produisent des plastiques conducteurs légers utilisés pour les composants structurels dans les applications automobiles et aérospatiales.
Les NTC sont utilisés pour produire des plastiques conducteurs dotés de propriétés de blindage antistatiques et EMI pour les composants électroniques tels que les capteurs et les actionneurs.
Des particules métalliques finement dispersées comme l’argent ou le cuivre sont également utilisées pour produire des plastiques conducteurs. Ces plastiques ont une conductivité électrique plus élevée que les charges à base de carbone et sont utilisés pour fournir un blindage EMI pour les connecteurs et les boîtiers des appareils électroniques.
Questions de traitement
Le traitement des plastiques remplis de particules métalliques dispersées a un impact important sur les performances. Les scientifiques ont utilisé la microtomographie avancée à source lumineuse (ALS) pour étudier la fabrication de plastiques contenant des particules métalliques finement dispersées. Le système ALS combine un flux très élevé de rayons X et de lumière infrarouge pour capturer des images tridimensionnelles de la structure interne d’un matériau avec une résolution nanométrique ou micrométrique.
Dans une expérience, les scientifiques ont construit un étage de chauffage spécial sur la ligne de lumière ALS afin de pouvoir observer des plastiques conducteurs à différentes températures. Avant le recuit, les composants moulés par injection avaient une mauvaise conductivité. Lors du recuit, les particules de cuivre et d'étain présentes dans l'échantillon ont été redistribuées et la conductivité électrique s'est considérablement améliorée. Comprendre comment le recuit améliore la conductivité contribuera à l'amélioration des processus de fabrication (Figure 1).
Flexibilité et durabilité
En plus d'améliorer la durabilité, les plastiques conducteurs permettent une plus grande flexibilité dans la conception des connecteurs. Pour des applications telles que les systèmes automobiles, les plastiques conducteurs peuvent offrir une stabilité environnementale, une recyclabilité, des économies de poids et des performances mécaniques élevées. Les plastiques conducteurs peuvent également prendre en charge les petits facteurs de forme et les géométries complexes nécessaires aux connecteurs dans les applications de traitement de données et de communication.
Différents plastiques peuvent être utilisés pour répondre à des exigences spécifiques en termes de coût et de performance, et la concentration des charges métalliques peut être affinée pour fournir le niveau de blindage nécessaire. L'utilisation de plastiques conventionnels nécessite l'ajout d'un blindage métallique utilisant le dépôt, le placage, l'estampage ou d'autres options de fabrication qui ajoutent de la complexité et du coût.
Quelle est la qualité des boucliers EMI en plastique conducteur ?
Le blindage EMI en plastique conducteur peut fournir des niveaux de performances comparables à un blindage métallique si le plastique approprié est utilisé. Par exemple, la perte d’insertion et les performances de diaphonie de deux plastiques conducteurs ont été comparées à celles de composants métalliques. Les boîtiers en plastique ont démontré des performances presque identiques à celles de la pièce métallique (Figure 2).
Résumé
Les plastiques conducteurs contribuent à la durabilité car leur production nécessite moins d’énergie et permettent d’obtenir un blindage plus léger que les options de blindage à base de métal. En ajustant avec précision la densité des particules métalliques dispersées dans le plastique et en contrôlant le processus de recuit, les performances du blindage EMI peuvent être contrôlées. Il peut être comparable au blindage fourni par les conceptions purement métalliques.
Bibliographie
Construire des produits plus légers et moins chers avec des plastiques conducteurs, TE Connectivity
Contacts pour composites polymères électriquement conducteurs, Fraunhofer
Explorer le domaine des plastiques électriquement conducteurs, Jamcor
Aperçus sur les plastiques conducteurs et les Dispesions modernes
TE Connectivity utilise ALS pour améliorer les plastiques conducteurs, laboratoire de Berkeley