中文简体
Пластик — это материал, к которому обращается большинство дизайнеров, когда им нужно что-то легкое, прочное и недорогое для формования, а также по своей природе он является изолятором. На поверхности собирается статический заряд, к ней прилипает пыль, а электромагнитные помехи проходят через пластиковый корпус, как будто стены и нет. Обычным ответом является проводящее покрытие на пластике, но оно работает хорошо только тогда, когда оно выбрано для полимера под ним, а не для значения проводимости, напечатанного в таблице данных.
После более чем десяти лет разработки ионных жидкостей и функциональных добавок для полимеров и электроники мы наблюдаем повторение одной и той же закономерности: химия редко является слабым местом. Адгезия, предварительная обработка, контроль отверждения и способ окончательного заземления детали с покрытием определяют, выдержит ли проект работу в полевых условиях.
Почему проводящее покрытие на пластике стоит усилий
В металлической детали проводимость является свойством объемного материала. В пластиковой детали это что-то добавленное к поверхности, и эта разница определяет всю инженерную задачу. Большинство проектов управляются тремя требованиями:
- Статический контроль. При работе с лотками, ленточной подложкой и упаковочными пленками необходим контролируемый путь к земле, чтобы заряд не накапливался и не разряжался в чувствительную электронику.
- Электромагнитное экранирование. Проводящий слой на корпусе ослабляет помехи, проникающие внутрь и наружу корпуса, поэтому пластик с покрытием остается распространенным в приборном и коммуникационном оборудовании.
- Функциональные схемы. Мембранные переключатели, сенсорные поверхности и печатные антенны используют проводящие чернила для проведения небольших токов по гибкой пленке.
Производительность обычно выражается как поверхностное сопротивление в Омах на квадрат: примерно 10 4 до 10 6 Ом/кв. проводящий, 10 6 до 10 9 диссипативный и 10 9 до 10 12 антистатический, тогда как для экранирования обычно требуется 10 0 до 10 2 Ом/кв. Знание того, какой ремешок на самом деле нужен вашему продукту, экономит деньги, поскольку углеродное покрытие часто выполняет работу серебряного покрытия за небольшую часть стоимости.
Как на самом деле действуют проводящие покрытия на полимер
Покрытие представляет собой тонкую пленку, а не металлическую пластину. Это связующее, обычно акриловое, эпоксидное, полиуретановое или смола на водной основе, несущее в себе что-то проводящее.
Системы на основе наполнителей
Углеродная сажа, графит, хлопья серебра, никель и посеребренная медь действуют одинаково: при определенной нагрузке частицы соприкасаются друг с другом и образуют сеть через высушенную пленку. Ниже этого порога сопротивление резко возрастает, поэтому так большое значение имеют загрузка наполнителя, время смешивания, толщина пленки и график отверждения. Немного недостаточно заполненная или неравномерно напыленная пленка может показывать мегаомы, тогда как в спецификации обещано килоом.
Ионные и внутренне проводящие системы
Ионные жидкости, соли четвертичного аммония и связанные с ними химические вещества перемещают ионы, а не электроны, обеспечивая мягкое, зависящее от влажности рассеивание, которое подходит для антистатических пленок. Проводящие полимеры, такие как PEDOT:PSS, образуют сопряженную основную цепь, несущую электроны, и их покрытие может быть достаточно тонким, чтобы оставаться оптически прозрачным. Оба варианта подходят там, где важна прозрачность, гибкость или низкое содержание частиц, и оба требуют более жесткого контроля влажности, чем пленка с металлическим наполнителем.
Сравнение распространенных способов нанесения покрытия
Рассматривайте приведенные ниже цифры как отправную точку для ваших собственных испытаний, а не как гарантированные значения.
| Маршрут | Проводящий компонент | Поверхностное сопротивление | Типичное использование | Основное ограничение |
|---|---|---|---|---|
| Карбоновый | Технический углерод, графит | 10 3 до 10 6 Ом/кв.м. | ESD-лотки, ленточная подложка, недорогая защита | Темный цвет, потертости углерода |
| Серебряный | Серебряные хлопья | от 0,01 до 0,1 Ом/кв. | Высоконадежное экранирование, мембранные переключатели | Стоимость материала |
| Металлическая частица | Никель, медь с серебряным покрытием | от 0,05 до 10 Ом/кв. | Корпуса, корпуса разъемов | Коррозия и гальванический риск |
| Ионный антистатик | Четвертичные аммониевые или имидазолиевые ионные жидкости | 10 6 до 10 11 Ом/кв.м. | Прозрачные антистатические пленки, упаковка, листовые изделия | Чувствительность к влажности, риск миграции |
| Проводящий полимер | ПЕДОТ:ПСС и подобные | 10 2 до 10 6 Ом/кв.м. | Прозрачные гибкие электроды, датчики | Чувствительность к влаге и кислотности |
Адгезия — вот то место, где большинство проектов терпят неудачу
Пластмассы – это не металлы. Необработанные полипропилен и полиэтилен имеют поверхностную энергию около 30 мН/м, в то время как большинству связующих для покрытий требуется подложка с плотностью примерно от 38 до 42 мН/м, прежде чем они смачиваются и должным образом склеиваются. АБС-пластик, поликарбонат и полиамид более дружелюбны, но они по-прежнему содержат антиадгезивы, пыль и загрязнения при обращении.
Предварительная обработка – это практический ответ. Плазменная и коронная обработка повышают поверхностную энергию и добавляют полярные группы, обработка пламенем делает то же самое для многих полиолефинов, а праймеры используются там, где оборудование недоступно. Наносите в течение периода активации, поскольку обработанные поверхности возвращаются в исходное состояние в течение нескольких часов или дней.
Два других режима отказа заслуживают внимания. Покрытия на основе растворителей могут вызывать растрескивание поликарбонатных смесей, поэтому выбор растворителя требует тестирования на реальных деталях, а системы термоотверждения могут деформировать тонкостенные формованные изделия, поэтому для ПВХ и ПЭТ часто выбираются низкотемпературные и УФ-отверждаемые покрытия.
Практическая последовательность применения
При переходе от образца к производству этот заказ сводит сюрпризы к минимуму.
- Прежде чем заказывать какое-либо покрытие, подтвердите марку полимера и измерьте его поверхностную энергию.
- Очистите детали от смазок, масел и пыли, а затем работайте с ними в перчатках.
- Предварительная обработка плазмой, коронным разрядом или пламенем и запись параметров для последующего повторения.
- Замаскируйте отверстия разъемов, резьбовые втулки и заземляющие контакты и убедитесь, что маска выдерживает воздействие аэрозоля.
- Наносите тонкие, перекрывающиеся проходы на одинаковом расстоянии, а не один толстый слой.
- Отверждайте в соответствии с системой связующего, поскольку проводимость пленок на основе наполнителя часто улучшается по мере высыхания пленки.
- Перед запуском партии проверяйте первые произведенные детали на удельное сопротивление, адгезию и толщину.
- Обеспечьте каждой экранированной части определенный путь заземления, поскольку незаземленная проводящая пленка мало что дает.
Что измерить перед масштабированием
Легко измерить электропроводность свежего образца и на этом остановиться. Полезнее знать, как покрытие ведет себя в эксплуатации.
- Поверхностное сопротивление, измеренное при контролируемой температуре и влажности с помощью параллельного датчика, на деталях, а не только на плоских образцах.
- Адгезия: тест на клейкую ленту с поперечной штриховкой на лицевой стороне с покрытием и на кромках, обрезанных после нанесения покрытия.
- Толщина сухой пленки отслеживается по всей детали, поэтому захватываются как толстые углы, так и тонкие углубления.
- Влажность и термоциклирование, которые подвергают ионные системы воздействию влаги, а системы наполнителей – напряжению на границе раздела.
- Испытание на истирание и изгиб пленок, с которыми будут обращаться, наматывать или сгибать во время сборки.
- Эффективность экранирования собранного корпуса, поскольку швы, зазоры и непокрытые точки крепления ограничивают производительность чаще, чем сама пленка.
Сопоставление маршрута с деталью
Правильный выбор обычно зависит от геометрии и окружающей среды. Большие простые панели и лотки подходят для быстро распыляющихся углеродсодержащих покрытий. Для корпусов с глубокими выемками и внутренними ребрами может потребоваться токопроводящий наполнитель из смолы или вакуумная обработка, поскольку распылитель не может проникнуть повсюду. Прозрачные окна указывают на проводящие полимеры или ионные антистатические системы, которые остаются прозрачными, а детали, подвергающиеся воздействию растворителей или соляного тумана, требуют раннего, а не позднего анализа коррозионного поведения металлонаполненных систем.
Стоимость принадлежит к тому же разговору. Общая стоимость приемлемой детали является более честным сравнением, чем цена за литр покрытия.
Когда компаундирование лучше покрытия
Не каждая статическая проблема требует нанесения покрытия. В смолу можно добавить антистатический химический состав, чтобы готовая отливка рассеивала заряд без каких-либо дополнительных операций. Этот подход достигает внутренних поверхностей, выдерживает очистку и обработку и полностью удаляет маскировку, поэтому он популярен для больших коробок, пленок и сложных молдингов.
Если вы обдумываете этот маршрут, наш обзор антистатики для пластмасс, текстиля, электроники и скотча объясняет, где комплексные добавки заслужили свое место, а где покрытие по-прежнему справляется со своей задачей лучше.
Компромиссами являются совместимость и постоянство. Добавка должна хорошо диспергироваться, не обесцвечивать и не делать хрупким полимер и оставаться в детали, а не мигрировать на поверхность и стираться.
Выбор химического состава добавки
Ионные жидкости являются здесь практическим инструментом, поскольку катион и анион можно выбирать практически независимо. Например, катион четвертичного аммония в паре с фторированным анионом дает термически стабильную, по существу нелетучую соль, которая смешивается с полимером или покрытием без запаха и испарения, которые приносят обычные антистатические поверхностно-активные вещества.
Тетраэтиламмоний Тетрафторборат Четвертичная аммонийная ионная жидкость Тетрафторборат тетраэтиламмония чистотой 99%, CAS 429-06-1, четвертично-аммониевая ионная жидкость для катализа, электролитов и промышленных добавок. Посмотреть продукт → Структура также управляет деталями. Более длинные алкильные цепи и более крупные анионы имеют тенденцию смягчать пленку и замедлять движение ионов, тогда как более мелкие и более полярные анионы повышают проводимость и чувствительность к влажности. Ионные жидкости на основе гидроксила и эфира часто выбираются там, где важна совместимость с полярной смолой или покрытием на водной основе. Сначала определите диапазон удельного сопротивления, температуру обработки и режим очистки, а затем дайте химическому составу следовать.
В рецептурах покрытий и пленок ионные добавки обычно составляют небольшую часть смеси, часто около одного-пяти процентов от веса сухой пленки, и корректируются в сторону увеличения только до тех пор, пока не будет достигнуто целевое удельное сопротивление.
Поддержание проекта на правильном пути
Проводящее покрытие на пластике — это скорее система, чем продукт. Полимер, предварительная обработка, химия, отверждение и заземление — все должно согласовываться друг с другом, и слабость любого из них проявляется как неудача в полевых условиях.
Работающая дисциплина непривлекательна: измеряйте поверхностную энергию перед выбором покрытия, проверяйте адгезию перед масштабированием и проверяйте характеристики после влажности и термоциклирования, а не только в день изготовления деталей.
Если вы хотите обсудить конкретную подложку, мишень удельного сопротивления или химию добавок, наша техническая команда рада помочь .
