Основные пластмассы обладают электроизоляционными свойствами, но при использовании соответствующих добавок они могут стать проводящими. Электропроводящие пластмассы можно использовать для замены металлических компонентов и повышения устойчивости в некоторых областях конструкции разъемов. Для их изготовления требуется меньше энергии, и они легче, что снижает вес системы, что очень важно в таких приложениях, как электромобили (EV). Их меньший вес также снижает выбросы парниковых газов, связанные с транспортировкой и логистикой.
В этом разделе часто задаваемых вопросов рассматриваются три уровня проводимости пластмасс, включая антистатическую защиту, защиту от электростатических разрядов (ESD) и защиту от электромагнитных помех (EMI). Затем рассматривается, как можно изготовить электропроводящие пластики с использованием технического углерода, углеродных волокон, углеродных нанотрубок (УНТ) и металлических частиц, а также использование микротомографии ALS для оптимизации производства проводящих пластиков и завершается сравнением характеристик экранирования от электромагнитных помех. проводящего пластика по сравнению с обычным металлическим экраном.
Поверхностное сопротивление более 1014 Ом-см считается изолятором. Три уровня удельного сопротивления проводящих пластиков:
- 1012 в 106 Ом-см, используется для антистатической защиты,
- 106 в 104 Ом-см, используется для защиты от электростатического разряда и
- Ниже 104 Ом-см, используется для экранирования электромагнитных помех.
Стератные добавки, такие как тетрастеарат пентаэритрита (PETS), также называемый нитратным эфиром пентаэритрита, обычно используются для обеспечения антистатической защиты. Производство проводящих пластиков предполагает компромисс между стоимостью, проводимостью, механической прочностью и технологичностью материала. Помимо стератных добавок, существуют и другие добавки: от технического углерода до металлических частиц.
Углеродная сажа недорога и широко используется для создания проводящих пластиков для антистатической защиты и экранирования от электромагнитных помех с более низкими характеристиками.
Углеродные волокна более проводящие, чем углеродная сажа, и добавляют механическую прочность. Они производят легкие проводящие пластмассы, используемые для изготовления конструкционных компонентов в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
УНТ используются для производства проводящих пластиков с антистатическими свойствами и свойствами экранирования электромагнитных помех для электронных компонентов, таких как датчики и исполнительные механизмы.
Мелкодисперсные частицы металлов, таких как серебро или медь, также используются для производства проводящих пластиков. Эти пластмассы имеют более высокую электропроводность по сравнению с наполнителями на основе углерода и используются для защиты от электромагнитных помех разъемов и корпусов электронных устройств.
Обработка имеет значение
Обработка пластмасс, наполненных дисперсными металлическими частицами, оказывает большое влияние на производительность. Ученые использовали микротомографию с использованием усовершенствованного источника света (ALS) для изучения изготовления пластмасс с мелкодисперсными металлическими частицами. Система ALS сочетает в себе очень высокий поток рентгеновских лучей и инфракрасного света для получения трехмерных изображений внутренней структуры материала с разрешением нанометра или микрометра.
В одном эксперименте ученые построили специальную нагревательную ступень на линии луча ALS, чтобы они могли наблюдать проводящие пластики при различных температурах. До отжига отлитые под давлением детали имели плохую проводимость. В ходе отжига частицы меди и олова в образце перераспределились и электропроводность значительно улучшилась. Понимание того, как отжиг улучшает проводимость, будет способствовать улучшению производственных процессов (Рисунок 1).
Гибкость и устойчивость
Помимо повышения устойчивости, проводящие пластмассы обеспечивают большую гибкость в конструкциях разъемов. Для таких применений, как автомобильные системы, проводящие пластики могут обеспечить экологическую стабильность, возможность вторичной переработки, экономию веса и высокие механические характеристики. Проводящие пластмассы также могут поддерживать малые форм-факторы и сложную геометрию, необходимые для разъемов в приложениях обработки данных и связи.
Для удовлетворения конкретных требований по соотношению цена-качество могут использоваться различные пластики, а концентрация металлических наполнителей может быть точно подобрана для обеспечения необходимого уровня защиты. Использование обычных пластиков требует добавления металлического экрана с использованием осаждения, гальванического покрытия, штамповки или других вариантов изготовления, которые усложняют и увеличивают стоимость.
Насколько хороши проводящие пластиковые электромагнитные экраны?
Экранирование от электромагнитных помех из проводящего пластика может обеспечить уровень производительности, сравнимый с металлическим экранированием, если используется правильный пластик. Например, вносимые потери и характеристики перекрестных помех двух проводящих пластиков сравнивались с металлическими компонентами. Пластиковые корпуса продемонстрировали практически идентичные характеристики с металлическими деталями (Рисунок 2).
Обзор
Проводящие пластики способствуют устойчивости, поскольку для их производства требуется меньше энергии, и они обеспечивают более легкую экранировку по сравнению с вариантами экранирования на металлической основе. Эффективность экранирования от электромагнитных помех можно контролировать путем точной настройки плотности диспергированных металлических частиц в пластике и управления процессом отжига. Ее можно сравнить с защитой, обеспечиваемой конструкциями на основе чистого металла.
Рекомендации
Создание более легких и менее дорогих продуктов из проводящего пластика и возможностей подключения TE
Контакты для электропроводящих полимерных композитов, Фраунгофера
Исследование области электропроводящих пластиков, Jamcor
Взгляд на проводящие пластики, современные решения
TE Connectivity использует ALS для улучшения проводящих пластмасс, лаборатория Беркли