在當(dāng)今導(dǎo)電薄膜的市場(chǎng)中，無(wú)論是導(dǎo)電聚合物型、鍍層型，還是共混型，都或多或少的帶有一些缺點(diǎn)，不是性能不理想，就是成本太高。而一種新型三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜卻能夠很好地兼顧這兩方面。
在現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中,由靜電放電產(chǎn)生的靜電電壓和靜電噪聲會(huì)產(chǎn)生極大的危害。例如，在粉塵極多的車間或場(chǎng)地,積累的靜電遇到合適的條件會(huì)發(fā)生放電，其瞬間釋放出的能量和產(chǎn)生的火花會(huì)造成爆炸、火災(zāi)等災(zāi)害;超細(xì)超薄的電子元件對(duì)靜電放電的敏感性極高，甚至低于20V的靜電壓,也能造成電子元件的損傷和破壞。通常，100V左右的靜電壓就可使PN類電子元件擊穿,200V以上的靜電壓就可使電腦板卡上的氧化膜熔斷;靜電噪聲(靜電放電產(chǎn)生的電磁波)能干擾甚至破壞各種電子通信設(shè)備、電子控制設(shè)備。據(jù)稱,全世界每年由于靜電放電和電磁干擾所造成的損失高達(dá)數(shù)百億美元。
基于靜電的巨大危害，而且很多時(shí)候是由于所用塑料不具備抗靜電性造成的，因此在這些場(chǎng)合使用抗靜電塑料顯得尤為必要。然而絕大多數(shù)塑料都是電絕緣體,要想使其具有靜電分散(ESD)和電磁屏蔽(EMI)性能，就必須對(duì)其進(jìn)行改性。這種經(jīng)改性的塑料被稱為抗靜電或?qū)щ娝芰稀２捎脭D出、吹塑、注射等成型方法, 它們可被制成各種型材、容器、薄膜、工業(yè)配件等。作為其中一個(gè)大類產(chǎn)品, 導(dǎo)電薄膜是使用常見塑料與導(dǎo)電物質(zhì)的共混物或填充物通過(guò)吹塑，或者在已有薄膜的基礎(chǔ)上通過(guò)噴鍍金屬來(lái)制成的。它的體積電阻率一般在103~108Ω·cm 的范圍之內(nèi),可廣泛應(yīng)用于微電子元件、集成電路芯片包裝及光纜屏蔽、導(dǎo)彈電磁屏蔽等領(lǐng)域.
導(dǎo)電聚合物薄膜
有些具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的結(jié)晶形高聚物，如聚乙炔、聚對(duì)苯撐、聚硫氰、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺等，由于它們都具有沿本身聚合物鍵導(dǎo)電的能力, 因此可把它們歸為導(dǎo)電聚合物。
鍍層型導(dǎo)電薄膜
在塑料薄膜表面鍍一層金屬,或者采用干式復(fù)合等方法,在塑料薄膜表面黏合一層鍍金屬膜或金屬箔,可以制成導(dǎo)電薄膜。塑料薄膜噴鍍金屬的方法,有真空蒸鍍、離子電鍍等。鍍金屬導(dǎo)電膜通常以聚酯(BOPET)、聚丙烯(BOPP)、聚碳酸脂和聚酰亞胺薄膜為基材,分別噴鍍純金屬、金屬合金、金屬氧化物等而形成多層復(fù)合導(dǎo)電薄膜。這種導(dǎo)電薄膜的優(yōu)點(diǎn)是具有輕便柔軟、力學(xué)性能高、透光率高、性能穩(wěn)定、不易破裂等特點(diǎn),且其體積電阻率能夠維持在 104~1010Ω·cm之間，可滿足電子元件業(yè)中的多種應(yīng)用。例如，用于透明觸摸式按鍵用的透明電極、液晶顯示板用的透明電極及電場(chǎng)發(fā)光顯示板用的透明電極的透明PET/ITO(透明導(dǎo)電半導(dǎo)體玻璃)薄膜，表面發(fā)熱薄膜(PET/Ni-Cr薄膜)，電子照相薄膜(PET/Pd薄膜)。它們的缺點(diǎn)是制造成本較高,還難以普遍推廣。
共混型導(dǎo)電薄膜
若在聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等通用塑料中，填充一定量的導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、鋁粉、石墨、不銹鋼纖維、碳纖維等，就能制成導(dǎo)電塑料，然后再用這種導(dǎo)電塑料制成導(dǎo)電塑料薄膜。由于這種導(dǎo)電薄膜價(jià)格相對(duì)低廉，因而目前使用最多。而其中又以聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜為最大用量的品種。該薄膜具有持久的導(dǎo)電性能，導(dǎo)電率為10-8~100S/cm，體積電阻率為103~108Ω·cm。
雖然聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜可采用普通塑料薄膜設(shè)備加工成型，且生產(chǎn)技術(shù)成熟，但是它仍存在許多不足之處，這包括：
● 由于導(dǎo)電塑料中大量填充導(dǎo)電炭黑(炭黑含量約20%~35%)，故只能用來(lái)制造外觀為深黑色的薄膜。
● 導(dǎo)電炭黑在塑料中較難均勻分散，多余的導(dǎo)電顆粒如發(fā)生脫落會(huì)損害電子元件;而且，塑料中的炭黑濃度即使發(fā)生較小的變化，也會(huì)使薄膜的導(dǎo)電性產(chǎn)生波動(dòng)。
● 大量添加導(dǎo)電炭黑，可降低導(dǎo)電薄膜的力學(xué)性能。
● 在深黑色的薄膜表面上只能印刷白色圖紋(不能進(jìn)行彩色印刷)，從而大大降低了包裝的美觀性。
● 在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)中，聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜的價(jià)格相對(duì)較高。
三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜
為了克服聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜的上述缺點(diǎn)，一種新型三層復(fù)合導(dǎo)電薄膜應(yīng)運(yùn)而生。這種復(fù)合導(dǎo)電薄膜是基材采用聚乙烯等普通塑料通過(guò)三層共擠吹膜設(shè)備來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的。它的橫截面具有三層，即內(nèi)層為導(dǎo)電層，中層為過(guò)渡層，外層為白色或彩色的抗靜電層。由于各層厚度和功能可以預(yù)先設(shè)定和調(diào)整，因此能夠充分滿足用戶的使用要求。
1、三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的優(yōu)勢(shì)
(1)能夠?qū)崿F(xiàn)靜電分散、導(dǎo)電及電磁屏蔽功能的合理分配
薄膜的內(nèi)層(導(dǎo)電層)是使用聚乙烯/炭黑導(dǎo)電塑料制成的。聚乙烯塑料在填充一定量的導(dǎo)電炭黑后, 炭黑的粒子之間通過(guò)相互接觸,就會(huì)形成炭黑導(dǎo)電鏈鍵狀網(wǎng)絡(luò),或者當(dāng)炭黑粒子之間的間隙變得很小時(shí)(如10nm),它們就可以形成電傳導(dǎo)通道。通常，處于接觸狀炭黑粒子越多,網(wǎng)絡(luò)越致密,或粒子間的間隙越小，材料的導(dǎo)電率就越高。不過(guò)，薄膜導(dǎo)電率的增加也是有限的，當(dāng)炭黑網(wǎng)絡(luò)形成一定的密度之后,導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電率就會(huì)回歸于一個(gè)定值。一般來(lái)說(shuō)，三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的內(nèi)層體積電阻率為103~108Ω·cm。
導(dǎo)電炭黑是天然的半導(dǎo)體,其體積電阻率在10-2~101Ω·cm之間。由于導(dǎo)電炭黑的性能、添加量、種類是影響薄膜導(dǎo)電層導(dǎo)電性能的主要因素,因此，調(diào)節(jié)導(dǎo)電炭黑的品種(選擇添加量少,導(dǎo)電性能好的品種和型號(hào))和添加量,可使三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電層表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能。三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的進(jìn)一步發(fā)展,是導(dǎo)電碳纖維、納米碳纖維、瀝青碳纖維在導(dǎo)電層上的應(yīng)用。例如,美國(guó)Hyperion公司推出了一種添加量只是碳纖維一半的多層石墨納米管微絲，其電性能可覆蓋整個(gè)電能譜范圍;Cevolution公司所用的瀝青碳纖維，不僅導(dǎo)電性比碳纖維高，而且其它性能也明顯高于碳纖維。不過(guò)，這些新型導(dǎo)電材料因價(jià)格過(guò)高，目前還不能得到大規(guī)模的應(yīng)用。
三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的外層(抗靜電層)因不與被包裝物接觸，故對(duì)其導(dǎo)電性的要求一般不是很高，只要具有一定的抗靜電效果即可(體積電阻率為 108~1010Ω·cm)。該層采用在聚乙烯等塑料中添加少量(0.1%~0.3%)非離子型表面活性劑(抗靜電劑)的方法來(lái)制得?？轨o電劑是一種既含有親油基團(tuán)又含有親水基團(tuán)的物質(zhì)，親油基團(tuán)保證了抗靜電劑與塑料的相容性，而親水基團(tuán)則保證了抗靜電劑的抗靜電性。由于親水基團(tuán)與塑料不相容，它會(huì)逐漸遷移至薄膜的表面，并吸收空氣中的水份，最終會(huì)在薄膜的表面形成一層極薄的導(dǎo)電水膜。復(fù)合導(dǎo)電薄膜正是靠著這層水膜才能把積聚在薄膜上的靜電迅速分開。
根據(jù)使用要求，三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電層厚度可在薄膜總厚度的30%~50%之間進(jìn)行調(diào)整，而過(guò)渡層及外層的調(diào)整厚度為總膜厚的50%~70%。
(2)較高的力學(xué)性能
聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜由于含有大量的導(dǎo)電炭黑粉末，其力學(xué)性能一般是較低的。如果想獲得更高的導(dǎo)電性能就得加入更多的炭黑，從而使薄膜的力學(xué)性能進(jìn)一步降低。這樣就造成了薄膜導(dǎo)電性能與力學(xué)性能之間的嚴(yán)重對(duì)立。而在三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜中，由于引入了高強(qiáng)度的過(guò)渡層及抗靜電層，降低了導(dǎo)電層厚度，因此與聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜相比，三層共擠薄膜的力學(xué)性能得到了明顯提高(見表1)。
表1聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜與三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜力學(xué)性能的比較
(3)高性價(jià)比
在三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜中，由于導(dǎo)電層較薄，其所用材料價(jià)格僅為聚乙烯/炭黑導(dǎo)電薄膜價(jià)格的一半。因此，這種導(dǎo)電薄膜具有極具競(jìng)爭(zhēng)力的性價(jià)比。
(4)外觀明顯改善
三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜為雙色薄膜，抗靜電層可保持聚乙烯本色。因此可在復(fù)合導(dǎo)電薄膜的表面進(jìn)行多色圖文印刷，從而使作為包裝材料的復(fù)合導(dǎo)電薄膜外觀更美觀，且能傳遞更多的產(chǎn)品信息。
2、如何選擇材料
要使三層共擠復(fù)合導(dǎo)電薄膜保持較高的綜合性能，關(guān)鍵是導(dǎo)電塑料的制造(包括配方中所用材料的選擇)及聚乙烯品種型號(hào)的選擇。導(dǎo)電塑料一般選用聚乙烯彈性體、茂金屬聚乙烯、EVA或它們的混合物作為載體，而炭黑則選用結(jié)構(gòu)性高、分散性好、比表面積大、表面活性含氧官能團(tuán)數(shù)量少的特導(dǎo)炭黑。在制造聚乙烯/炭黑導(dǎo)電塑料時(shí)，炭黑的添加量為15%~35%，并應(yīng)事先使用偶聯(lián)劑(用量一般為炭黑的1%~2%)進(jìn)行表面處理;聚乙烯一般選用相對(duì)分子質(zhì)量高、熔體流動(dòng)速率(MFR)低、分子量分布范圍為中到窄的型號(hào)，并應(yīng)使用LDPE與LLDPE的共混物。
結(jié)論
在眾多種類的導(dǎo)電薄膜中，采用三層共擠復(fù)合吹膜成型方法制造的三層復(fù)合導(dǎo)電薄膜以其優(yōu)良的導(dǎo)電性能、較高的力學(xué)性能、高性價(jià)比以及高效、低成本的特性等優(yōu)勢(shì)正受到越來(lái)越多人的關(guān)注，其應(yīng)用量也日益增多。
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