기본 플라스틱은 전기 절연성이 있지만 적절한 첨가제를 사용하면 전도성이 될 수 있습니다. 전기 전도성 플라스틱은 금속 부품을 대체하고 커넥터 구성의 여러 영역에서 지속 가능성을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 제조하는 데 에너지가 덜 들고 더 가벼워 시스템 무게가 줄어듭니다. 이는 전기 자동차(EV)와 같은 응용 분야에서 매우 중요한 고려 사항입니다. 무게가 가벼워지면 운송 및 물류와 관련된 온실가스 배출도 줄어듭니다.
이 FAQ에서는 정전기 방지 보호, 정전기 방전(ESD) 보호 및 전자기 간섭(EMI) 차폐를 포함하여 플라스틱에서 발견되는 세 가지 전도성 수준을 검토합니다. 그런 다음 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브(CNT) 및 금속 입자를 사용하여 전기 전도성 플라스틱을 제조할 수 있는 방법과 ALS 현미경 단층 촬영을 사용하여 전도성 플라스틱 제조를 최적화하는 방법을 살펴보고 EMI 차폐 성능 비교로 마무리합니다. 전도성 플라스틱과 기존 금속 차폐의 비교.
10보다 큰 표면 저항14 Ohm-cm은 절연체로 간주됩니다. 전도성 플라스틱의 세 가지 저항 수준은 다음과 같습니다.
- 1012 10로6 정전기 방지 보호에 사용되는 Ohm-cm,
- 106 10로4 ESD 보호에 사용되는 Ohm-cm
- 10 아래4 Ohm-cm, EMI 차폐에 사용됩니다.
펜타에리트리톨 질산염 에스테르라고도 불리는 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트(PETS)와 같은 스테레이트 첨가제는 일반적으로 정전기 방지 보호 기능을 제공하는 데 사용됩니다. 전도성 플라스틱을 생산하려면 비용, 전도성, 기계적 강도 및 재료의 가공성 간의 균형이 필요합니다. 스테레이트 첨가제 외에도 카본 블랙부터 금속 입자까지 다른 첨가제도 있습니다.
카본 블랙은 저렴하며 정전기 방지 보호 및 저성능 EMI 차폐를 위한 전도성 플라스틱을 만드는 데 널리 사용됩니다.
탄소 섬유는 카본 블랙보다 전도성이 뛰어나고 기계적 강도를 더해줍니다. 이들은 자동차 및 항공우주 응용 분야의 구조 부품에 사용되는 경량 전도성 플라스틱을 생산합니다.
CNT는 센서 및 액추에이터와 같은 전자 부품을 위한 정전기 방지 및 EMI 차폐 특성을 갖춘 전도성 플라스틱을 생산하는 데 사용됩니다.
은이나 구리와 같이 미세하게 분산된 금속 입자는 전도성 플라스틱을 생산하는 데에도 사용됩니다. 이 플라스틱은 탄소 기반 필러에 비해 전기 전도성이 더 높으며 전자 장치용 커넥터 및 하우징에 EMI 차폐를 제공하는 데 사용됩니다.
처리사항
분산된 금속 입자로 채워진 플라스틱의 가공은 성능에 큰 영향을 미칩니다. 과학자들은 고급 광원(ALS) 미세 단층 촬영을 사용하여 금속 입자가 미세하게 분산된 플라스틱 제조를 연구했습니다. ALS 시스템은 매우 높은 플럭스의 X선과 적외선을 결합하여 나노미터 또는 마이크로미터 해상도로 재료 내부 구조의 3차원 이미지를 캡처합니다.
한 실험에서 과학자들은 다양한 온도에서 전도성 플라스틱을 관찰할 수 있도록 ALS 빔라인에 특수 가열 스테이지를 구축했습니다. 어닐링 전에는 사출 성형 부품의 전도성이 좋지 않았습니다. 어닐링 중에 샘플의 구리 및 주석 입자가 재분배되고 전기 전도도가 크게 향상되었습니다. 어닐링이 전도성을 어떻게 향상시키는지 이해하면 제조 공정 개선에 도움이 됩니다(그림 1).
유연성과 지속 가능성
지속 가능성을 향상시키는 것 외에도 전도성 플라스틱은 커넥터 설계에 더 큰 유연성을 지원합니다. 자동차 시스템과 같은 응용 분야의 경우 전도성 플라스틱은 환경 안정성, 재활용성, 중량 절감 및 높은 기계적 성능을 제공할 수 있습니다. 전도성 플라스틱은 또한 데이터 처리 및 통신 애플리케이션의 커넥터에 필요한 소형 폼 팩터와 복잡한 형상을 지원할 수 있습니다.
특정 비용 대비 성능 요구 사항을 지원하기 위해 다양한 플라스틱을 사용할 수 있으며, 필요한 차폐 수준을 제공하도록 금속 필러의 농도를 미세 조정할 수 있습니다. 기존 플라스틱을 사용하려면 증착, 도금, 스탬핑 또는 복잡성과 비용을 추가하는 기타 제조 옵션을 사용하여 금속 실드를 추가해야 합니다.
전도성 플라스틱 EMI 쉴드는 얼마나 좋은가요?
전도성 플라스틱 EMI 차폐는 올바른 플라스틱을 사용하는 경우 금속 차폐에 필적하는 성능 수준을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 두 전도성 플라스틱의 삽입 손실과 누화 성능을 금속 부품과 비교했습니다. 플라스틱 하우징은 금속 부품과 거의 동일한 성능을 보여주었습니다(그림 2).
요약
전도성 플라스틱은 생산에 더 적은 에너지가 필요하기 때문에 지속 가능성에 기여하고 금속 기반 차폐 옵션에 비해 더 가벼운 차폐 효과를 제공합니다. 플라스틱에 분산된 금속 입자의 밀도를 미세 조정하고 어닐링 공정을 제어함으로써 EMI 차폐 성능을 제어할 수 있습니다. 이는 순수 금속 기반 설계가 제공하는 차폐와 비교할 수 있습니다.
참고자료
전도성 플라스틱을 사용해 더 가볍고 저렴한 제품을 만드는 TE Connectivity
전기 전도성 고분자 복합재 연락처, Fraunhofer
전기 전도성 플라스틱 영역 탐구, Jamcor
전도성 플라스틱에 대한 통찰, 현대적 확산
TE Connectivity, Berkeley Lab에서 ALS를 사용하여 전도성 플라스틱 개선