一、综述

　　PC材料的高电绝缘性(体积电阻率可高达10的16次方)易使其在运输、贮存、包装等过程中产生静电，限制了其在煤矿、油田、石油加工等领域及其它易燃易属场合上的应用。笔者通过研究多种抗静电剂对PC材料抗静电性能的影响，着重对以导电炭黑、导电纤维为抗静电剂制作的抗静电PC材料从抗静电机理、抗静电性能方面进行了分析，最终以具有高导电性的导电纤维为抗静电剂，利用熔融浸渍挤出工艺，在普通挤出机上安装专门设计的挤出口模，通过优化注射成型工艺参数，控制导电纤维的分散程度和长径比，可使研制的抗静电PC材料既具有较好的力学性能，又赋予了优异的抗静电性能，其体积电阻率达到了l xlO的6次方Ω?cm。

　　二、试验部分

　　1、原材料
　　PC：141R型，GE公司；
　　1＃试样：抗静电剂，Atmerl22，ICI公司；
　　2＃试样：抗静电母料．广州合成日化公司；
　　3＃试样：导电炭黑，临淄华光炭黑厂；
　　4＃试样：导电纤维，市售；
　　其它助剂：市售。

　　2、主要设备和仪器

　　静电测试仪：6517型静电计，美国吉时利公司；
　　双螺杆挤出机：TSE 27型，Leistritz公司；
　　扫描电子显微镜(SEM)：QUANTA 200型，美国FEI公司；
　　注塑机：BA950／500型，奥地利Battenfield公司；
　　电热鼓风干燥箱：WMK―08型，山东电热仪器厂；
　　万能试验机：英国Instmn公司；
　　冲击试验机：XCJ―22型、XCJ―40型，承德试验机厂。

　　3、抗静电PC挤出工艺及试样制备
　　抗静电PC挤出工艺流程见图1。

图 1: 抗静电挤出工艺流程图

　　4、性能测试

　　抗静电性能以材料体积电阻率大小来衡量，按CB／T 1410―1989进行测试，试样尺寸为直径等于10cm厚度为2--3.5mm的圆片，试样制备工艺见表1。

　　弯曲强度按CB／T 9341―2000测试，缺口冲击强度按GB／T 1043―i993测试，试样制备及尺寸同弯曲强度，拉伸强度按CB／T 1040―1992测试，试样尺寸为I型试样。

三、结果与讨论

　　1、抗静电机理分析

　　称取相同质量的1＃至3＃抗静电剂分别与烘好的PC材料混合均匀后在双螺杆挤出机上共混挤出造粒，采用熔融浸渍挤出工艺，将导电纤维在双螺杆挤出机的专用口模处引入，通过控制牵引速度及切粒速度，控制导电纤维在PC颗粒巾的长径比为500―1000，导电纤维的含量与上述三种抗静电剂含量相当。按GB/T1410―1989标准对试样测试，测试结果见表3。

　　如表3所示，在PC材料所添加几种抗静电剂中，导电纤维的抗静电性能最好。

　　渗流理论认为；导电复合材料的导电性能由3个条件单独或综合构成：(a)导电粒子相互接触而成为连续的链状结构。形成导电通道；(b)各导电粒子独立分散于基体中．通过隧道效应或电子发射形成导电通道；(c)导电粒子断续连接，是链状通道及隧道效应的综合结果。

　　采用熔融浸渍挤出工艺研制的抗静电PC之所以具有较优异的抗静电性能，主要是因为导电纤维未经挤出机剪切，经专用口模浸渍、造粒后，使纤维保留有很大的长径比。很容易地使导电纤维在PC复合材料中相互搭接缠绕而形成导电网络，很显然，这与渗流理论中的a条件所描述的情况相同。导电炭黑的导电机理与渗流理论中的b条件相似，如要达到相同的抗静电性能，必须减小炭黑颗粒的间距，大大增加其添加比例，但会使PC材料的挤出工艺和力学性能受到较大影响。添加不同比例导电炭黑的PC材料的抗静电性能和力学性能见表4。

　　如表4所示，导电炭黑在添加到8%至10%时，抗静电PC材料的体积电阻率急速下降，说明其渗滤阈值在8%附近，而以导电炭黑为抗静电剂制造的抗静电PC，若想得到较好的抗静电性能，其原本非常优异的冲击性能降低很多，仅为原树脂的1/6，同时添加后的PC复合材料存在挤出加工性差、材料颜色单一等缺陷。

　　2、挤出方式对PC材料抗静电性能的影响

　　以导电纤维为抗静电剂，分别采用熔融浸渍挤出方式(连续导电纤维从挤出机专用口模引入)和传统挤出方式(连续导电纤维从挤出机的玻纤加入口引入)，通过调整挤出机主机螺杆转速、喂料螺杆转速、导电纤维牵引速度及切粒机转速，以确保导电纤维的添加量相同，加工工艺流程见图1，测试结果见表5。图2、图3是两种挤出方式注射的试样燃烧后，导电纤维分散情况的SEM照片，可粗略观察到导电纤维的长度与分布情况。

由表5、图2和图3可以看出，添加量相同的导电纤维，采用不同挤出方式对PC材料的抗静电性能影响较大。经熔融浸渍挤出方式生产的PC材料具有较优异的抗静电性能，试样中纤维长度的保持率非常高，在4―7 mm之间，且其彼此缠绕连接，而在传统的挤出方式下经造粒、注射后的PC试样无导电性：体积电阻率与未添加导电纤维的纯树脂在同一个数量级上。这主要是因为导电纤维经螺杆剪切、分散后，其纤维长径比大大缩小了，从图3可以看出导电纤维保持在0.1―2mm之间．彼此间被PC树脂包覆阻隔，其导电条件发生了变化，从渗流理论描述的条件a变化成条件b。当施加电压时，导电纤维间距远远超过了隧道跃迁理论中产生隧道效应的临界距离，因此PC材料依然表现出绝缘特性。

　　3、抗静电剂添加量对PC材料抗静电性能的影响

　　采用熔融浸渍挤出方式，分别控制导电纤维含量为1％、3％和5％，。并分析其含量对PC材料抗静电性能的影响。抗静电性能见表6。

　　从表6可以看出，添加导电纤维的PC材料其抗静电性与导电纤维的含量无线性关系，导电纤维含量从1％上升为5％后，PC材料体积电阻率变动不大，处于较稳定的上下波动状态，可以认为此材料体系中的渗滤阈值为1％或更小。说明采用熔融浸渍挤出方式，能够最大限度地保持导电纤维的长径比，只需添加较少量就可以在PC材料内部形成导电通路。获得较好的抗静电性能，同时保证了材料的颜色多样性要求。

　　4、注射成型工艺对产品外观和抗静电性能的影响

　　注塑成型工艺对这种以导电纤维为抗静电剂，采用熔融浸渍挤出方式制造的抗静电PC材料的产品外观及抗静电性能影响很大。由于导电纤维是成束的均匀包覆在PC材料中，如何通过调整注塑机料筒温度、螺杆转速、注射速率和注塑压力等工艺参数，使含有成束导电纤维的PC粒料在料筒内均匀地二次浸渍、分散并最终使成束的导电纤维均匀地分散到试样各处，使其在试样或产品中形成网状结构并避免其在试样中成束成簇出现，影响产品外观质量；其次在保证分散效率的同时又要尽可能地减小导电纤维的折损程度，提高纤维长度保持率，最终提高注塑产品的抗静电性能。

　　经过反复摸索试验，笔者针对PC材料的特性，采用从料筒后段到前段温度递减设置，降低螺杆预塑速率，以中速中压的注射成型工艺注射获得了较好的产品外观和杭静电性能。表7是不同注射成型工艺对PC材料抗静电性能的影响。

　　如表7所示，普通注射工艺对PC材料体系中导电纤维的分散效果较差，试样表面有成束纤维团聚的现象，抑制了材料中导电网络的分散与扩大，所以材料体积电阻率较大。采用优化的注射成型工艺，PC材料在料筒后段开始熔融，使导电纤维变软，减少了与螺杆的刚性摩擦和剪切，同时较低的预塑速率使导电纤维在料筒内剪切减少，浸渍、分散时间延长，中压中速可以保

由表5、图2和图3可以看出，添加量相同的导电纤维，采用不同挤出方式对PC材料的抗静电性能影响较大。经熔融浸渍挤出方式生产的PC材料具有较优异的抗静电性能，试样中纤维长度的保持率非常高，在4―7 mm之间，且其彼此缠绕连接，而在传统的挤出方式下经造粒、注射后的PC试样无导电性：体积电阻率与未添加导电纤维的纯树脂在同一个数量级上。这主要是因为导电纤维经螺杆剪切、分散后，其纤维长径比大大缩小了，从图3可以看出导电纤维保持在0.1―2mm之间．彼此间被PC树脂包覆阻隔，其导电条件发生了变化，从渗流理论描述的条件a变化成条件b。当施加电压时，导电纤维间距远远超过了隧道跃迁理论中产生隧道效应的临界距离，因此PC材料依然表现出绝缘特性。

　　3、抗静电剂添加量对PC材料抗静电性能的影响

　　采用熔融浸渍挤出方式，分别控制导电纤维含量为1％、3％和5％，。并分析其含量对PC材料抗静电性能的影响。抗静电性能见表6。

　　从表6可以看出，添加导电纤维的PC材料其抗静电性与导电纤维的含量无线性关系，导电纤维含量从1％上升为5％后，PC材料体积电阻率变动不大，处于较稳定的上下波动状态，可以认为此材料体系中的渗滤阈值为1％或更小。说明采用熔融浸渍挤出方式，能够最大限度地保持导电纤维的长径比，只需添加较少量就可以在PC材料内部形成导电通路。获得较好的抗静电性能，同时保证了材料的颜色多样性要求。

　　4、注塑成型工艺对产品外观和抗静电性能的影响

　　注塑成型工艺对这种以导电纤维为抗静电剂，采用熔融浸渍挤出方式制造的抗静电PC材料的产品外观及抗静电性能影响很大。由于导电纤维是成束的均匀包覆在PC材料中，如何通过调整注塑机料筒温度、螺杆转速、注射速率和注塑压力等工艺参数，使含有成束导电纤维的PC粒料在料筒内均匀地二次浸渍、分散并最终使成束的导电纤维均匀地分散到试样各处，使其在试样或产品中形成网状结构并避免其在试样中成束成簇出现，影响产品外观质量；其次在保证分散效率的同时又要尽可能地减小导电纤维的折损程度，提高纤维长度保持率，最终提高注塑产品的抗静电性能。

　　经过反复摸索试验，笔者针对PC材料的特性，采用从料筒后段到前段温度递减设置，降低螺杆预塑速率，以中速中压的注射成型工艺注射获得了较好的产品外观和杭静电性能。表7是不同注射成型工艺对PC材料抗静电性能的影响。

　　如表7所示，普通注射工艺对PC材料体系中导电纤维的分散效果较差，试样表面有成束纤维团聚的现象，抑制了材料中导电网络的分散与扩大，所以材料体积电阻率较大。采用优化的注射成型工艺，PC材料在料筒后段开始熔融，使导电纤维变软，减少了与螺杆的刚性摩擦和剪切，同时较低的预塑速率使导电纤维在料筒内剪切减少，浸渍、分散时间延长，中压中速可以保

 

 

由表5、图2和图3可以看出，添加量相同的导电纤维，采用不同挤出方式对PC材料的抗静电性能影响较大。经熔融浸渍挤出方式生产的PC材料具有较优异的抗静电性能，试样中纤维长度的保持率非常高，在4―7 mm之间，且其彼此缠绕连接，而在传统的挤出方式下经造粒、注射后的PC试样无导电性：体积电阻率与未添加导电纤维的纯树脂在同一个数量级上。这主要是因为导电纤维经螺杆剪切、分散后，其纤维长径比大大缩小了，从图3可以看出导电纤维保持在0.1―2mm之间．彼此间被PC树脂包覆阻隔，其导电条件发生了变化，从渗流理论描述的条件a变化成条件b。当施加电压时，导电纤维间距远远超过了隧道跃迁理论中产生隧道效应的临界距离，因此PC材料依然表现出绝缘特性。

　　3、抗静电剂添加量对PC材料抗静电性能的影响

　　采用熔融浸渍挤出方式，分别控制导电纤维含量为1％、3％和5％，。并分析其含量对PC材料抗静电性能的影响。抗静电性能见表6。

　　从表6可以看出，添加导电纤维的PC材料其抗静电性与导电纤维的含量无线性关系，导电纤维含量从1％上升为5％后，PC材料体积电阻率变动不大，处于较稳定的上下波动状态，可以认为此材料体系中的渗滤阈值为1％或更小。说明采用熔融浸渍挤出方式，能够最大限度地保持导电纤维的长径比，只需添加较少量就可以在PC材料内部形成导电通路。获得较好的抗静电性能，同时保证了材料的颜色多样性要求。

　　4、注塑成型工艺对产品外观和抗静电性能的影响

　　注塑成型工艺对这种以导电纤维为抗静电剂，采用熔融浸渍挤出方式制造的抗静电PC材料的产品外观及抗静电性能影响很大。由于导电纤维是成束的均匀包覆在PC材料中，如何通过调整注塑机料筒温度、螺杆转速、注射速率和注塑压力等工艺参数，使含有成束导电纤维的PC粒料在料筒内均匀地二次浸渍、分散并最终使成束的导电纤维均匀地分散到试样各处，使其在试样或产品中形成网状结构并避免其在试样中成束成簇出现，影响产品外观质量；其次在保证分散效率的同时又要尽可能地减小导电纤维的折损程度，提高纤维长度保持率，最终提高注塑产品的抗静电性能。

　　经过反复摸索试验，笔者针对PC材料的特性，采用从料筒后段到前段温度递减设置，降低螺杆预塑速率，以中速中压的注射成型工艺注射获得了较好的产品外观和杭静电性能。表7是不同注射成型工艺对PC材料抗静电性能的影响。

　　如表7所示，普通注射工艺对PC材料体系中导电纤维的分散效果较差，试样表面有成束纤维团聚的现象，抑制了材料中导电网络的分散与扩大，所以材料体积电阻率较大。采用优化的注射成型工艺，PC材料在料筒后段开始熔融，使导电纤维变软，减少了与螺杆的刚性摩擦和剪切，同时较低的预塑速率使导电纤维在料筒内剪切减少，浸渍、分散时间延长，中压中速可以保

证PC材料顺利地充满型腔并减少导电纤维在注射喷嘴与模具浇口处的剪切。从测试结果可以说明，经过优化的注塑成型工艺可以满足抗静电性能与产品外观质量。 　　5、抗静电PC的主要性能及应用 　　笔者以导电纤维为抗静电剂，利用熔融浸渍挤出工艺，研制的抗静电PC材料在电子探测器壳体上得到应用，抗静电PC材料的各项性能指标满足其使用要求，抗静电PC材料的主要性能指标见表8。 　　四、结论 　　(1)利用导电纤维制作抗静电材料，加工设备和成型工艺对材料的抗静电性能有重要的影响。 　　(2)导电纤维是优异的抗静电材料，在保持高长径比的条件下，添加较少量就可产生非常好的抗静电效果，材料体积电阻率可达到1×10的6次方Ωcm，在某电子探测器壳体上得到了应用。