石墨烯抗静电PC复合材料
来源:morion日期:2021-10-22 浏览:610次


石墨烯


碳作为自然界分布最广的元素之一,其多种多样的存在形式不断被人类发现、认识和利 用。其中,石墨烯自从2004年首次被发现以来,就获得了国内外学者的广泛关注。石墨烯是一种由碳原子SP2 杂化轨道组成六角蜂窝结构共价组成的的单原子层晶体材料,共平面的碳原子的P轨道互相交叠形成大Π键,石墨烯平面上的共轭Π电子可以在其内部自由移动。在室温下,石墨烯的电子迁移率可以达到2.0×105cm2·V-1·S-1 ,高于所有商用半导体材料,是锑化铟的2倍, 砷化镓的20倍硅的 140倍,并且不随温度的变化而变化,导电率高于银和铜等金属,是目前已知的室温下导电性最好的材料。石墨烯的单原子层结构使其有极大的比表面积,高达2600m2/g,因此可以以极少的添加量来填充基材,达到构筑导电导热通路的效果。



石墨烯抗静电PC

抗静电PC基材为聚碳酸酯(Polycarbonate),英文缩写PC,是一种无色透明的无定性热塑性材料。PC是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂,具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性,较高的强度、耐热性和耐寒性。作为一种广泛使用的工程塑料,PC加工性能优异,易大规模工业生产,使其价格低廉,性价比高等优点。PC的缺点是和金属相比硬度不足,这导致它的外观较容易刮花,但胜在其强度和韧性很好,可以满足从手机壳体到防弹玻璃的各种需要。



未经改性处理的PC材料具有绝缘性。由于PC分子链上的苯撑基和异丙撑基的存在,使PC为弱极性聚合物,在标准条件下电性能不如聚烯烃、PS等。由于吸湿性较小,环境湿度对电性能无明显影响,是电性能较优的绝缘材料,介电常数和介电损耗在室温至125℃几乎不变。对于绝缘材料,它们一旦带上静电,则这些电荷的消除会很慢。静电的积聚,在聚合物加工和使用中造成了种种问题。第一,表面电荷能引起材料个别部分相互排斥或吸引等静电作用,给一些工艺环节带来很大困难。第二,静电作用往往影响产品的质量。第三,静电作用有时可能影响人身或设备的安全。例如聚合物加工时静电电压有时可达上千甚至上万伏,周围如有易燃易爆炸物品,就会造成重大事故。


材料抗静电性能和材料的导电性相关。一般由表面电阻率和体积电阻率表示材料表面和内部的不同导电性,抗静电功能与表面导电性密切相关。如果将试样的一个面上放置两个电极,施加直流电压V,测得沿两电极试样表面层上流过的电流IS,则可得到表面电阻RS,进而求出表面电阻率ρs。


市面上常见的防静电PC板通常是表面防静电,即在普通的PC板表面通过镀膜(Coating)技术,形成一层防静电的硬膜,在保留基材固有的物理特性的基础上,使其同时具有优异的消除静电的功能,表面电阻率在106~108Ω时为防静电功能的最佳状态,能有效防止灰尘的积聚,避免静电可能导致的危害。但此工艺稳定性差,样片经久后会出现表面电阻率上升,抗静电性能下降的情况。针对这种问题,采用石墨烯以熔融共混方式对PC基材进行改性,使之具备抗静电性能,不需要表面涂层,极大的保证了材料性能的稳定性。


 由于石墨烯较大的比表面积,在与PC基材进行共混加工的过程中,会出现难以均匀分散的问题。墨睿科技技术团队采取独创的微粒子复合工艺,能将石墨烯片层结构均匀的在基材聚合物中进行有效分散,达到少量添加就可以提高材料表面电阻率的效果。如下SEM电镜图片表征可以看到,图(a)为空白PC材料微观结构表征,结构光滑平坦。图(b)为添加石墨烯的抗静电PC材料,可以看到石墨烯片层结构在聚合物基材内的均匀分布。


(a)



(b)


墨睿科技研发团队自主研发的石墨烯抗静电PC复合材料,是一款性能稳定优异的改性热塑性材料。得益于石墨烯优异的导电性能与大比表面积,采用石墨烯对PC基材进行改性,使之具备了抗静电性能。石墨烯材料性质非常稳定,可以在高温以及酸碱环境保持性质不变,从而保证复合材料本身性能的稳定性。



石墨烯抗静电PC由于其表面电阻率可以根据客户需求进行调节,具备了更广泛的应用场景。在一些静电吸附的空气过滤装置中可以作为功能器件进行使用。墨睿科技团队针对这一使用场景,考虑到电子产品阻燃问题,通过调整配方设计,使石墨烯抗静电PC在满足静电吸附功能性的同时具备高等级阻燃性能,达到UL-94 V-0级别。相比较于市面同类抗静电PC材料在安全稳定性方面具备了更突出的性能优势。墨睿科技技术团队通过调节材料的电学性能,使之不仅在抗静电方面,可以在静电吸附等领域进行更为广泛的应用。