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导电/抗静电塑料方兴未艾

  深圳市塑胶行业协会不久前组织召开了高分子导电/抗静电技术与应用国际研讨会。该协会秘书长王文广告诉记者,这一主题的研讨会在国内还是第一次。作为一种特殊的功能材料,导电/抗静电塑料属于高附加值、具有广阔应用前景的新兴材料,在我国的发展才刚刚起步,未来的应用领域会越来越广。
  
  抗静电剂开发是关键
  
  王文广介绍说,塑料是人们最熟知的材料之一,广泛应用于工农业领域和百姓生活的方方面面。除了质轻、韧性好、耐腐蚀、易加工的特点外,它还有一个突出的特点就是电绝缘性,利用这一特性,人们用塑料制作电线电缆的保护层。而随着塑料应用领域的扩大,在某些场合和领域,塑料的绝缘特性却变成了致命的弱点。
  
  塑料作为绝缘体,产生静电是不可避免的,而在人们的日常生活和生产中,静电放电造成的危害却是不容忽视的。如电子工业中各种静电敏感性元件的生产、运输、贮放过程,静电放电会击穿集成电路和精密的电子元件;在化工、炼油业、采矿业中有许多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所,静电放电引发的爆炸和火灾事故也是屡见不鲜。如何解决塑料制品大量应用伴生的静电危害,已经引起人们的重视,抗静电塑料的开发与应用成为塑料行业又一重要的课题。
  
  要到达抗静电的目的,最常用且行之有效的方法是在塑料中添加导电物质来降低材料表面电阻率。目前抗静电塑料主要有抗静电剂填充型、碳系填充型和金属填充型。而抗静电剂又分为低分子型抗静电剂和高分子型抗静电剂。
  
  据王文广介绍,由于低分子型抗静电剂稳定性差,国际上目前的主攻方向为高分子型抗静电剂。高分子型抗静电剂亦可称为永久性抗静电剂,它不会像低分子型抗静电剂那样水洗后或长时间使用后便丧失导电性。高分子型抗静电剂分为聚醚型和离子型,生产厂家主要集中在日本、瑞士和美国。
  
  清华大学高分子材料学院教授于建介绍说:“低分子抗静电剂我国虽有生产,但产品的稳定性差,使用效果不理想。20年前,国外永久型的高分子抗静电剂就已经有了成熟的技术,而我国到目前高分子抗静电剂的生产还没能形成气候,国内市场的需求基本上是靠进口来满足。”
  
  “与国外相比,我国的抗静电剂的研制和生产还存在了很大的差距,高分子型抗静电剂主要依靠进口。我国是电子电气及其零配件的生产大国,特别是在深圳等电子零配件生产和加工集中的地区,对抗静电塑料的需求量较大。高分子型抗静电剂生产技术虽有一定难度,但其产品附加值也高,国内的科研单位和生产企业应加强这方面的开发力度。”王文广也表达了同样的看法。
  
  导电塑料青出于蓝胜于蓝
  
  尽管塑料的导电与抗静电的原理是一样的,都是降低塑料的表面电阻,与抗静电塑料相比,导电塑料的应用却是青出于蓝而胜于蓝,其发展潜力远远超过了抗静电塑料。
  
  众所周知,塑料在许多领域替代金属材料已成为大势所趋,导电塑料既保留了塑料本身的易加工成型、设计灵活、质量轻、柔性好、高强度,低成本的优势,又具有了金属所具备的良好的导电性。事实上,导电塑料一旦被赋予了导电的特性,其应用领域将更加广阔。
  
  记者了解到,目前国际上导电塑料在手机电池、太阳能电池、电子芯片、电子显示屏、超导领域以及生命科学领域都已经有了实际应用,为这些行业带来了突飞猛进的发展。
  
  2000年诺贝尔化学奖授予了美国和日本的三位科学家,以表彰他们在导电聚合物的发现和发展上作出了杰出贡献。其中美国宾夕法尼亚大学的马克迪尔米德将导电塑料与纳米技术结合运用,制造出纳米级纤维和纳米电子线路。一块纳米电子线路板的成本仅为1美分。
  
  2007年,飞利浦公司的研究人员舍弃了传统的硅材料,改用塑料芯片,制造出一个邮票大小的显示屏。这种显示屏有3.5平方厘米,包含4096点像素,能以每秒100次的速度更新画面。英国剑桥的风险投资公司创办的Plastic Logic公司也开发出了以塑料为原料的微芯片。此外IBM、三菱、日立、朗讯等公司也都研制成功了塑料芯片。与硅芯片相比,塑料芯片价格则非常低廉,仅为硅芯片的1%~10%,极具市场竞争力。
  
  在机器人制造领域,导电塑料更是发挥了重要作用。采用装有塑料芯片的微电脑控制的机器人,比采用硅芯片的机器人更灵活,更容易操纵,采用导电塑料制造出来的机器人的肌肉富有弹性,用电化学方法控制这种人造肌肉,可以使之膨胀和收缩,并按指令做出各种动作,几乎能够以假乱真。这是机器人制造技术的一项重大突破。
  
  在生命科学领域,科学家把导电塑料与生命科学结合起来,可以制造出人造肌肉和人造神经,以促进的DNA生长或修饰DNA,这将是导电塑料在应用上最重要的一个趋势。
  
  另外,导电塑料在传感器、隐型涂料中也发挥无可替代的作用。
  
  2011年2月,澳大利亚昆士兰大学和新南威尔士大学的三位科学家里利用离子束技术应用到塑料膜材料上,使其具备类似金属的功能,并能像导线一样导电,当温度低到一定程度时,它甚至可以变成超导体。澳大利亚的科学家应用这种材料参照工业标准制作了电阻温度计,与同类型的铂电阻温度计对比测试时,导电材料制作电阻温度计显示了更优越的性能,这种薄膜的导电性可以进行精确的调整或设定,而且这种新材料可以利用现有的微电子工业常用的设备制造出来。相比传统的高分子半导体材料,这种新材料抗氧化能力提高了很多。
  
  加强合作拓展市场
  
  鉴于导电塑料在诸多高新技术领域的具有独特的优势,导电塑料不仅在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕和智能窗等方面的应用已有快速的发展,而且在发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域,在我国也将有广阔的应用前景。此外,导电塑料和纳米技术的结合,还将对分子电子学的迅速发展起到推动作用。于建表示,在许多领域,高分子材料替代金属材料是大势所趋,随着技术的进步与产品的成熟,我国导电塑料的市场将规模日益增长。
  
  目前,我国有一些大学和科研院所从事导电塑料的研究,但多数以基础理论研究为主,而现有的生产企业多数从事的是低档的抗静电塑料的生产,高技术含量、高附加值的导电塑料的生产鲜有问津。科研院所与生产企业间没有建立起良好的合作关系、形成有效的合作模式,总体上讲,我国在这一领域的研发和生产还处于一盘散沙的局面。
  
  对此,王文广表示,他们组织召开本次研讨会开创了国内外专业导电、抗静电会议先河,填补了同类会议的历史空白。其目的就是要将导电塑料上下游的相关单位汇集到一起,加强业界的沟通与合作,齐心协力解决导电塑料行业面临的技术、生产、市场、应用等共性问题。他还透露,与会的代表一致认为召开这样的会议十分必要,希望每年都有这样的会议举行,以促进本行业的发展。
  
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