基本的なプラスチックは電気絶縁性ですが、適切な添加剤を使用すると導電性になる可能性があります。導電性プラスチックを使用すると、金属コンポーネントを置き換え、コネクタ構造のいくつかの領域での持続可能性を向上させることができます。製造に必要なエネルギーが少なく、軽量であるため、システムの重量が軽減されます。これは、電気自動車 (EV) などのアプリケーションでは非常に重要な考慮事項です。軽量化により、輸送や物流に伴う温室効果ガスの排出も削減されます。
この FAQ では、静電気防止保護、静電気放電 (ESD) 保護、電磁干渉 (EMI) シールドを含む、プラスチックに見られる 3 つの導電率レベルをレビューします。次に、カーボン ブラック、カーボン繊維、カーボン ナノチューブ (CNT)、および金属粒子を使用して導電性プラスチックを製造する方法、導電性プラスチックの製造を最適化するための ALS マイクロトモグラフィーの使用について検討し、最後に EMI シールド性能の比較を示します。導電性プラスチックと従来の金属シールドの比較。
表面抵抗率が 10 を超える14 オームセンチメートルは絶縁体とみなされます。導電性プラスチックの抵抗率の 3 つのレベルは次のとおりです。
- 1012 10へ6 Ohm-cm、静電気防止保護に使用されます。
- 106 10へ4 Ohm-cm、ESD 保護に使用され、
- 10以下4 オームセンチメートル、EMI シールドに使用されます。
ペンタエリスリトール硝酸エステルとも呼ばれるペンタエリスリトール テトラステアレート (PETS) などのステレート添加剤は、通常、帯電防止保護を実現するために使用されます。導電性プラスチックの製造には、コスト、導電性、機械的強度、材料の加工性の間のトレードオフが関係します。ステレート添加剤に加えて、他の添加剤もカーボンブラックから金属粒子まで多岐にわたります。
カーボン ブラックは安価であり、静電気防止保護や低性能の EMI シールドを目的とした導電性プラスチックの製造に広く使用されています。
カーボンファイバーはカーボンブラックよりも導電性が高く、機械的強度が追加されます。同社は、自動車や航空宇宙用途の構造部品に使用される軽量の導電性プラスチックを製造しています。
CNT は、センサーやアクチュエーターなどの電子部品向けに、帯電防止および EMI シールド特性を備えた導電性プラスチックを製造するために使用されます。
銀や銅などの細かく分散した金属粒子も、導電性プラスチックの製造に使用されます。これらのプラスチックは炭素ベースのフィラーと比較して導電性が高く、電子機器のコネクタやハウジングに EMI シールドを提供するために使用されます。
処理事項
分散した金属粒子が充填されたプラスチックの加工は、性能に大きな影響を与えます。科学者たちは、高度な光源 (ALS) マイクロトモグラフィーを使用して、細かく分散した金属粒子を含むプラスチックの製造を研究しました。 ALS システムは、非常に高い束の X 線と赤外光を組み合わせて、材料の内部構造の 3 次元画像をナノメートルまたはマイクロメートルの解像度でキャプチャします。
ある実験では、科学者たちはALSビームラインに特別な加熱ステージを構築し、さまざまな温度で導電性プラスチックを観察できるようにした。アニーリング前、射出成形部品の導電率は低かった。アニーリング中に、サンプル中の銅と錫の粒子が再分布し、導電率が大幅に向上しました。アニーリングによって導電率がどのように向上するかを理解することは、製造プロセスの改善に役立ちます (図1).
柔軟性と持続可能性
導電性プラスチックは、持続可能性の向上に加えて、コネクタ設計の柔軟性を高めます。自動車システムなどの用途では、導電性プラスチックは環境安定性、リサイクル性、軽量化、および高い機械的性能を提供します。導電性プラスチックは、データ処理および通信アプリケーションのコネクタに必要な小さなフォームファクタや複雑な形状もサポートできます。
特定のコストパフォーマンス要件をサポートするためにさまざまなプラスチックを使用でき、必要なレベルのシールドを提供するために金属フィラーの濃度を微調整できます。従来のプラスチックを使用するには、蒸着、メッキ、スタンピング、またはその他の製造オプションを使用して金属シールドを追加する必要があり、複雑さとコストが増加します。
導電性プラスチックのemiシールドはどれくらい優れていますか?
導電性プラスチックの EMI シールドは、適切なプラスチックを使用した場合、金属シールドに匹敵する性能レベルを提供できます。たとえば、2 つの導電性プラスチックの挿入損失とクロストーク性能が金属部品と比較されました。プラスチックハウジングは金属部品とほぼ同等の性能を示しました（図2).
まとめ
導電性プラスチックは、製造に必要なエネルギーが少なくて済むため、金属ベースのシールド オプションと比較してシールドが軽量になるため、持続可能性に貢献します。プラスチック内に分散された金属粒子の密度を微調整し、アニーリングプロセスを制御することで、EMI シールド性能を制御できます。これは、純粋な金属ベースの設計によって提供されるシールドに匹敵します。
参考文献
導電性プラスチックを使用した軽量で安価な製品の構築、TE Connectivity
導電性ポリマー複合材料に関する問い合わせ先、フラウンホーファー
導電性プラスチックの領域を探求、Jamcor
導電性プラスチック、現代の分散に関する洞察
TE Connectivity は ALS を使用して導電性プラスチックを改善、バークレー研究所