主要通过在塑料中添加导电填料、抗静电剂或采用静电传导以及制备结构型导电塑料的方法来降低塑料制件的绝缘电阻。一般链式聚合的聚烯烃类树脂体积电阻高,而缩合型树脂的体积电阻较低。塑料带电的防止作用主要受到高分子材料表面电阻率支配,如能降低其表面电阻,从而提高表面电传导,起到防止静电的作用。
塑料抗静电填料有抗静电无机材料、抗静电剂和结构型导电高分子材料三大类。①无机抗静电填料,按物质的种类可分为碳、金属、半导体氧化物及它们的复合物,按空间结构分可以是纤维状、片状、粒状和具有特殊三维结构的形状,而按颜色又可分为深色和浅色抗静电材料。常用的无机抗静电材料有炭黑、石墨、碳纳米管和石墨烯等碳系填料、碳纤维与金属纤维等短切导电纤维和导电云母粉。②抗静电剂,根据分子的差异可分为有机小分子抗静电剂和永久性抗静电剂,主要为聚醚型、季铵盐型、磺酸型、内铵盐型等高分子抗静电剂。③结构型导电高分子材料,包括聚氮化硫类高分子、聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。
随着科学技术的不断发展,抗静电塑料的种类从单一的导电复合材料向多功能复合塑料发展,如耐高温抗静电塑料、增强抗静电塑料等;抗静电塑料的应用越来越广,将逐渐从以航空、军用为主转向以民用为主,因此成本也很关键。对于聚烯烃树脂体系,如何降低复合导电介质的逾渗值,增强导电协同效应,确定导电性能与改性程度的定量关系,是聚烯烃基抗静电塑料的发展趋势。聚合物固体电解质(聚电解质)作为导电填料来提高复合材料的导电性能可望成为抗静电塑料的一个新的发展方向。
①聚氯乙烯(PVC)抗静电塑料,通用塑料之一,包括软质制品和硬质制品等,主要用于防带电和静电屏蔽方面,可用于矿山、油、气田、化工等部门的管材,输送干粉及易燃、易爆炸液体、易腐蚀液体;作为电晕放电和电磁波屏蔽材料;作为包装容器集成电路及其组合部件;作为地板及操作台垫板、导电地砖、净化室壁材、矿用阻燃和抗静电输送皮带、工作服、劳保鞋、手套等防静电用品。
②聚烯烃类抗静电塑料,在聚烯烃中加入抗静电填料和抗静电剂以达到抗静电的目的。高密度聚乙烯(HDPE)等聚烯烃抗静电塑料可用于油、气管材、电线包覆材料、集成电路、印刷电路板和仪器外罩的包装材料、瓦楞板、容器等。
③聚苯乙烯系抗静电塑料,包括聚苯乙烯(PS)、丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物(ABS)、高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物(AAS)、甲基丙烯酸甲酯(M),丁二烯(B)及苯乙烯(S)的三元共聚物(MBS)等。其中ABS树脂需求量很大。导电ABS塑料用于微电子生产中硅片的贮存盒、托盘、掩模及基片运载器等;整机生产中还可用作通信设备外壳、仪器仪表外壳、计算机外壳、录音机机芯及外壳、屏蔽盒等;用作高压电缆的半导体弯管,摩托车及小飞机油箱等。由于PS、ABS、AS树脂的玻璃化温度较高,必须使用表面活性强的抗静电剂,添加量要多,成型温度略高。
④工程塑料,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸醋(PC)、尼龙(PA)等工程塑料,除具有较好的力学性能外,还有耐热,耐低温,耐磨、耐腐蚀、耐候等特性,所使用的导电填料多为金属、碳纤维等,一般用于电阻率更低的场合作为电磁波屏蔽材料。PPS耐高温热塑性工程塑料,炭黑填充的PPS导电塑料导电率高、具有优良综合性能。聚酸亚胺(PI)长期以来作为耐高温电绝缘材料应用于电机、电子工业,含有锡络合物的半导性PI薄膜其热稳定性大于500℃。以高耐热酚醛树脂(PF)为基础的半导电性酚醛模压塑料可消除及防止静电、屏蔽电波。