Műszaki Műanyag Féltermékek Villamosipari- és Elektronikai Alkalmazásokhoz

Vissza

2. Elektromosan nem-szigetelő (vezetőképes) műanyagok

Az igaz, hogy a műanyagok hagyományosan mint szigetelők terjedtek el a köztudatban. De a gyors továbbfejlesztést az anyagtudományban több fontos szempont is motiválta. Számos új alkalmazásnál, - pl. elektronikus szerkezetek tokozata - alapkövetelmény az elektromágneses árnyékoló hatás, vagy az elektrosztatikus feltöltődés elleni védelem vált kritikussá - tűz- és robbanásveszélyes munkahelyek, elektronikus alkatrészek gyártása, tárolása -, így megjelentek az elektromos szempontból különlegesnek nevezhető, nem szigetelő polimerek csoportja.

A jó hő- és villamosan vezető műanyagok előállítására két alapvető irányzat alakult ki:

• vezetőképes műanyagok előállítása elektronszerkezetük módosításával;
• a műanyagokba vezetőképes adalékanyagok bevitele oly módon, hogy a jó hő- és elektromos vezetés kialakulása mellett a polimer mátrix fizikai- mechanikai tulajdonságai a lehető legkisebb mértékben romoljanak.

Az elektromos vezetés alapvetően a töltéshordozó koncentrációjától, töltésétől és a töltéshordozó mozgékonyságától függ.

A polimereknél az antisztatikus jelleg (nem szigetelő) megítélése szempontjából a gyakorlatban a felületi ellenállások összehasonlítása terjedt el.
A felületi ellenállás értékek alapján történő csoportosítások, elnevezések változnak a szakirodalmakban, az egyes gyártók elnevezései sem következetesek, a termékek márkaneveiben szereplő kiegészítő jelek esetenként félrevezetők lehetnek. A 2. ábrán összefoglalva áttekinthető ez a területet.

2.ábra. A felületi ellenállás és az elektromos vezetőképesség

A korábbi gyártói elnevezések gyakran nem különböztették meg a 10² - 10¹³ tartományba eső anyagokat külön, hanem egységesen az antisztatikus jelzőt használták. Ennek következtében ma is találkozhatunk ezzel a leegyszerűsítő megközelítéssel, gyakran ez okozza a márkanevek kiegészítő jelzéseinél használt megtévesztő jelölést. Példaként az első "antisztatikusnak" nevezett, koromtöltésű polietilén család említhető, ahol a gyártói jellemzések következetesen antisztatikus jelzőt használtak, a márkanevekben megjelent az AST vagy ASTL jelölés, viszont a fajlagos ellenállási értékek alapján vagy az elektrosztatikai disszipatív, vagy a vezető kategóriába sorolhatók.

2.1. Elektromosan nem-szigetelő (vezetőképes) polimerek tipikus alkalmazásai

A villamosan vezetőképes műanyagok legfőbb alkalmazási területei:

• az elektromágneses (EMI) és rádiófrekvenciás interferencia (RFI) kiküszöbölése villamos árnyékolással,
• az elektrosztatikus feltöltődés megakadályozása
• új konstrukciós megoldások
• a szokásos műanyagoknál jobb hővezető képesség felhasználása hőelvezetésre
• ellenállásfűtés kialakítása speciális célokra.

Elektrosztatikus feltöltődés villamosan vezető vagy szigetelőtesteken egyaránt keletkezhet. Az elektrosztatikus töltések a szilárd testek felületén helyezkednek el. A feltöltődés létrejöhet érintkezés utáni szétválás, darabolás, porlasztás, mozgás, dörzsölés, ütés, nyomás, nagyfeszültségű kisülés, halmazállapot-változás stb. következtében.
A műanyagok felülete elektrosztatikus feltöltődés következtében több kV-os potenciálokra kerülhet, a töltés kiegyenlítést előidéző mikrokisülés energiaértéke 1-100 mJ, amely a por-levegő keverék gyújtási energiaértékének tartományába esik. Ha nem jön létre szikraképződés, akkor a körülményektől függően időben csökken a töltés feszültsége. A töltéscsökkenés jellemzésére használható az ún. felezési idő. Ez az az időtartam, amely alatt a feszültség értéke felére csökken. A felezési idő ismeretében meg lehet becsülni valamely műanyag felület várható antisztatikus tulajdonságát. (1.táblázat).

A műanyagok elektrosztatikus feltöltődése számos kellemetlen következménnyel jár, így meggátlására antisztatikus vagy vezetőképes műanyag szerkezeti anyagokat alkalmaznak. Az általánosan elterjedt földelt alkalmazásokban kielégítő, ha a műanyag felületi ellenállása 10⁴-10⁸ W. Robbanásveszélyes területeken alkalmazott műanyagok ellenállásának 10³ W alatt kell lennie.
A műanyagok elektrosztatikus feltöltődésének meggátlására antisztatikumokat alkalmaznak. Az ún. külső antisztatikumokat utólag viszik fel a felületre. Az anyagában antisztatikus műanyagok antisztatikumok vagy villamosan vezető anyagok bekeverésével állíthatók elő.