淺談高分子材料抗靜電技術(shù)與應(yīng)用

徐力

（池州學(xué)院，安徽 池州 247000）

隨著材料科學(xué)的發(fā)展和人類工業(yè)建設(shè)的逐步深入，越來越多的領(lǐng)域開始運用高分子材料，其良好的耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性，以及較低的成本使其在電子電氣、建筑以及交通運輸行業(yè)中發(fā)揮重要作用。然而高分子材料因其體積電阻率較大的特點，在使用過程中易產(chǎn)生經(jīng)典，給設(shè)備埋下安全隱患。因此，為實現(xiàn)高分子材料應(yīng)用范圍的進一步擴大，有必要在高分子材料中應(yīng)用抗靜電技術(shù)。

一、高分子材料產(chǎn)生靜電的危害

靜電是生活中常見的物理現(xiàn)象，處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷集中在某個物體上或者物體表面時，就形成了靜電。通常來說，電阻率越大，摩擦強度越高，越容易產(chǎn)生和積累靜電。而高分子聚合物大多為絕緣體，且廣泛用于電子電氣、交通運輸領(lǐng)域，一旦因靜電問題發(fā)生風(fēng)險，不僅會影響到設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，還有可能給人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成損害。

具體說來，高分子材料產(chǎn)生靜電給工業(yè)生產(chǎn)造成的危害，可以分為靜電放電造成的危害和靜電引力造成的隱患。前者可能引發(fā)電子設(shè)備的故障，造成電磁干擾，或促使電子元件老化，降低設(shè)備器件壽命；而后者則可能因吸附空氣中的灰塵，而導(dǎo)致集成電路與半導(dǎo)體元件受到污染，降低生產(chǎn)成品率，導(dǎo)致生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟損失。

因而，為抑制高分子材料中靜電的產(chǎn)生，避免給工業(yè)生產(chǎn)造成危害，專家學(xué)者從高分子材料表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個維度開發(fā)了一系列抗靜電技術(shù)和方法。

二、高分子材料抗靜電技術(shù)及其應(yīng)用

在現(xiàn)有的工業(yè)實踐中，高分子材料實現(xiàn)抗靜電效果的手段主要是在高分子材料的表面涂刷一層物質(zhì)或在高分子聚合物基體中摻入填料來防止靜電產(chǎn)生或協(xié)助靜電釋放，消除靜電的危害，提高材料的壽命。下面對主流的高分子材料抗靜電技術(shù)及其應(yīng)用加以分析。

（一）混合結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子

導(dǎo)電高分子材料是該技術(shù)抗靜電功能的核心，但該材料韌性差、不穩(wěn)定，難以成型，需要與其他高分子材料基體形成復(fù)合高分子導(dǎo)電材料才能發(fā)揮作用，可通過化學(xué)法或機械法形成材料共混。

機械法就是把基體高分子材料與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料相混合，從而制備有著多相結(jié)構(gòu)特征的復(fù)合型高分子材料。當(dāng)將高分子材料中的導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2%-3%范圍內(nèi)，制成的高分子材料可用做抗靜電材料。而化學(xué)法則是在微觀尺度上實現(xiàn)兩種高分子材料的共混，實現(xiàn)的機理是在FeCl3或CuCl2等氧化劑的作用下，使結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子單體發(fā)生氧化聚合反應(yīng)。當(dāng)前，在生產(chǎn)實踐中，PPY和聚酞亞胺、PPY和聚碳酸酯等高分子材料與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子共混，可有效降低靜電的危害。

（二）應(yīng)用抗靜電劑

抗靜電劑的作用是減小高分子材料表面電阻率，增強表面導(dǎo)電性，使表層靜電荷可以快速導(dǎo)出，同時還能起到潤滑作用，減少因摩擦而產(chǎn)生的靜電效應(yīng)。

抗靜電劑是一種水溶性高分子材料，具有較高的表面活性，陽離子型抗靜電劑雖然具有較高的抗靜電效果，但耐熱性不足；相較而言，陰離子型可以彌補耐熱性差這一問題，但與樹脂的相容性不能達到標(biāo)準(zhǔn)，且在透明產(chǎn)品中應(yīng)用性較差。針對上述離子型靜電劑的問題，引入了非離子型抗靜電劑，其物理性能與離子型靜電劑類似，但消耗較快，因此需要與兩種離子型靜電劑結(jié)合起來使用。

應(yīng)用抗靜電劑主要有外涂和內(nèi)加兩種方式，前者生產(chǎn)流程簡便，效率較高，在抗靜電劑在對產(chǎn)品進行清潔或發(fā)生摩擦?xí)r，可能出現(xiàn)脫落問題；而后者在生產(chǎn)中需在樹脂配料的環(huán)節(jié)就加入抗靜電劑，在產(chǎn)品表面會形成均勻的抗靜電層，抗靜電的耐久性較強。

（三）在聚合物基體上添加導(dǎo)電填料

此種技術(shù)手段是在高分子聚合物基體上，添加金屬粉末、碳纖維以及其他具有導(dǎo)電性的物質(zhì)作為填料。根據(jù)填料的不同，幾類高分子材料的特性和應(yīng)用范圍也有所區(qū)別。舉例來說，石墨的成本較低，且導(dǎo)電性能突出，應(yīng)用添加此類填料的高分子聚合物材料的經(jīng)濟效益相對較好。但同時，石墨的顏色是黑色的，添加填料后的高分子材料也呈現(xiàn)為黑色，若對材料的顏色有其他要求，需增加額外的生產(chǎn)原料和工序。而金屬粉末一般無法直接加入到高分子聚合物基體中，還需要與其他材料進行混合或進行一定處理，但同時也能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需要實現(xiàn)特定功能。因而，為更好地實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的目的，最大化發(fā)揮高分子材料的價值，相關(guān)領(lǐng)域工作者需結(jié)合摻加填料的高分子材料的特性和功能，適當(dāng)加以選擇。

三、結(jié)語

經(jīng)過了多年的發(fā)展，高分子材料的抗靜電技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的價值，對提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性具有積極作用，部分研究成果已走在世界前列。在此背景下，如何進一步壓縮材料使用量，降低高分子材料抗靜電技術(shù)應(yīng)用的成本，提升材料的壽命和穩(wěn)定性，應(yīng)成為相關(guān)領(lǐng)域研究工作者未來努力重要方向。