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导电漆(导电涂料科普：抗静电与电磁屏蔽 都可大显身手哦)

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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

1. 1导电涂料应用及发展

物质按其电导率或电阻率的大小分为导体、半导体与绝缘体。电导率是电阻率的倒数，其单位为西门子每米，符号表示为s/m。电导率小于10-8s/m的物质为绝缘体，电导率 介于10-8与10s/m之间者为半导体，电导率大于10s/m为导体。

导电涂料是电导率在10-12s/m以上，具有半导体至导体性能的涂料。

导电涂料是由成膜物质（粘结剂）、颜填料、助剂及溶剂组成的，其中，至少有一种组分是具有导电性能，以满足形成涂层后导电率在 10-12s/m以上的要求。

导电涂料的研制始于20世纪40年代，日本在50年代末开始生产银系和炭系为主的抗静电涂料，80年代又开发出镍系和铜系的抗静电涂料。美国从50年代开始已经研制了一系列飞机雷达罩用抗静电涂料，其表面电阻在5～15MΩ，以确保泻放沉积静电。我国的导电涂料也从50年代开始兴起，如上海合成树脂研究所的DAD-5环氧导电胶，武汉化工研究所的耐热导电涂料，常州涂料化工研究院的飞机雷达罩用抗静电涂料，均获得实际应用。

随着石化工业、电子行业、通讯行业的迅速发展，在许多场合都要面临要消除累积静电的问题，如石油贮运设备的安全问题，电子产品生产工厂的地坪抗静电问题，计算机以及其他设备电磁屏蔽问题等，都促进了导电涂料研究的发展。

1.2 导电涂料的种类

1.2.1 结构型导电涂料

结构型导电涂料是以导电高聚物为基本成膜物质, 以高聚物自身的导电功能使涂层导电。导电高聚物是指自身结构或经过“掺杂”少量“杂质”之后具有一定导电功能的高聚物。掺杂的目的是在聚合物结构中引入比较易于流动的载流子。 只有共轭高聚物才能制成这类导电涂料的基本成膜物质, 其导电性可用电导率来度量[1] σ = neμ

式中 σ：电导率; n：载流子浓度; e：载流子所带电荷; μ：载流子的迁移率

1.2.2 掺杂型导电涂料

掺合型导电涂料是在绝缘高聚物中掺入金属微粒使高聚物具有导电性能, 这种导电性能并非高聚物固有的特性, 其导电过程是靠金属微粒提供自由电子载流子来实现。

1.2.2.1 掺杂型导电涂料的组成

导电涂料通常是由导电填料、基体树脂（成膜物质）、助剂及溶剂组成。

（一） 基料树脂

基体树脂是导电涂层中的骨架，因此基体树脂的选择应考虑涂装方式、干燥方式、被涂物的种类等因素。基体树脂必须能使制备的导电涂料具有一般涂料的性能，如成膜性、附着力、耐久性等。此外基体树脂还应对导电填料具有一定的亲和性、润湿性[2]。常用的基体树脂及其性能见表1。

基体树脂的分子量对导电涂料的性能有很大影响。若分子量过小，成膜后涂层骨架强度下降，从而影响涂层的导电性能。通常，基体树脂的分子量以5万到7万为宜。

在炭系导电涂料一些常用的基体树脂中，以丙烯酸和聚氨酯两类树脂的综合性较好，使用较多。尤其是丙烯酸树脂在塑料表面上具有很好的附着力和较高的硬度，而且其耐热、耐化学试剂及防水性能在常用基体树脂中均属上乘。为了进一步提高基体树脂和炭系导电涂料的综合性能，对丙烯酸进行改性后，能够更好的发挥基体树脂的作用。

（二）导电填料[3]

导电填料是导电涂料的重要组成部分。常用的导电填料包括金属系填料、炭系填料、金属氧化物系填料以及复合填料等。

a.金属系填料

金属系填料主要有银粉、镍粉和铜粉等。其中银粉的化学稳定性好,导电性高,但价格昂贵,使用受到限制。铜粉的导电性好,价格低廉,但铜粉的抗氧化性较差,若不做特殊处理，铜是不能做导电填料的这是因为涂层的电导率会随时间延长，氧化程度增加，电阻增大。因此，在制备导电涂料过程中,为了防止铜粉的氧化及保持稳定的导电性,一般采用以下技术防氧化：a .表面镀金属 b.加入还原剂将铜粉表面的氧化铜还原为铜 c.有机磷化物处理 d.聚合物稀溶液处理。镍粉价格适中,稳定性介于银粉和铜粉中间。在实际使用过程中也存在由于镍粉在基质中迁移使导电性下降的问题。金属系导电填料的比重大,大量添加时易沉底结块,不便于施工。

b. 炭系填料

炭类导电填料主要包括炭黑和石墨。按形状划分，主要有粉体和纤维两大类。炭黑的球形粒子是始末微晶的不规则的聚结体。由于制造工艺的不同，炭黑的结构形态会有很大区别，其导电性能也不同。一般炭黑按生产方法分为接触法炭黑和炉发炭黑。接触法炭黑包括天然气槽法炭黑、滚筒法炭黑、园盘发炭黑、无槽混气炭黑等。炉法炭黑包括气炉法炭黑、油炉法炭黑、油气炉法炭黑、热裂法炭黑、乙炔炭黑等。用于导电涂料和其他导电制品的炭黑常采用导电性能好的导电槽黑、导电炉黑、超导电炉黑、特导电炉黑、乙炔炭黑。

实际使用的炭黑的性能指标中长用氮气法表面积和DBP（邻苯二甲酸二丁酯）吸附量来表示炭黑粒子的结构形态。孔壳状的炭黑颗粒具有较高的电导率，即是说，没单位重量按黑的表面积和孔体积越大，每单位重量炭黑的导电性越好。

炭黑表面化学状态也影响炭黑的导电性。表面氢、氧、二氧化碳的存在将使导电性下降。因此，挥发分也是炭黑的性能指标之一。挥发分越高，导电性下降越多。一般槽黑挥发分为5%，炉黑为1%。此外，炭黑中灰分、水分的存在也使导电性下降。

在制造导电涂料时，常将石墨与炭黑混合使用，或将性能不同的炭黑混合使用，以满足不同的使用要求。如将33.33%的乙炔炭黑和66.67%的炉黑混合，可以制得分散性及贮存稳定性良好的导电涂料。

c.金属氧化物系填料

表2中给出类一些金属氧化物类导电填料的特征和技术指标。表中所列氧化物的电阻率大约在1～100（Ω.cm）范围。

应该指出，纯的氧化锡或氧化铟、氧化钛都是绝缘体，只有当他们的组成偏离了化学比以及生产晶格缺陷和进行掺杂时才能成为半导体。

用非涂布的方法，如物理气相沉积（PVD）法、溅射法、离子喷镀法等制成的掺杂5～10%的锡的透明铟锡氧化膜电阻率可达0.001～0.0001(Ω.cm)。

d. 复合填料

为了降低导电填料成本，提高导电性能，常采用复合导电填料。例如，将云母、玻璃珠或其他价廉的金属粉外部包覆银粉、铜粉等作为导电填料使用。复合导电填料按形状可分为复合粉和复合纤维。

按国际标准组织（ISO3252）的定义，复合粉末上每一颗粒子都由两种或多种不同材料组成的粉末，并且其粒度必须大到(通常大于0.5μm)足以显示出各自的宏观性质。金属包覆型复合粉是金属镀（涂）覆杂每个芯核颗粒上形成的复合粉末，它兼有镀层金属和芯核的优良性能。根据芯核物质的不同金属包覆型复合粉大体上分为三种类型：金属-金属、金属-非金属、金属-陶瓷。表3中列出了一些具有优良导电性能的复合粉。

此外，也有金属氧化物为外壳，硅或硅化合无、TiO2等为外壳的复合导电粉。

复合纤维有杜仲，如尼龙、玻璃丝、炭纤维镀覆金属或金属氧化物等。将聚丙烯腈纤维镀覆铜、镍，将镍镀于铜的外部，可以保持内部铜层不被氧化[4]。

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