Eine Einführung in antistatische, ableitfähige und leitfähige Kunststoffe

Warten! Sind nicht alle Kunststoffe leitfähig? Sind Kunststoffe nicht die ultimativen Isolatoren? Sie haben Recht - Kunststoffe werden in vielen Branchen, einschließlich der Elektronik, als Isolatoren verwendet. Aber Kunststoffe sind nicht nur von Natur aus ableitfähig; die meisten von ihnen werden auf diese Weise mit Zusatzstoffen hergestellt. Sehen wir uns an, wie antistatische, leitfähige und ableitfähige Kunststoffe hergestellt und klassifiziert werden.

Um zu verstehen, wie dies funktioniert, betrachten wir zunächst das Phänomen der elektrostatischen Aufladung und Leitfähigkeit. Eine elektrostatische Aufladung entsteht, wenn sich zwei Objekte berühren. Ein Objekt wird positiv geladen und das andere wird negativ geladen. Elektrostatische Ableitung (ESD) kann empfindliche elektronische Komponenten zerstören, magnetische Medien löschen oder verändern und sogar Brände oder Explosionen auslösen. Um dieses Risiko zu minimieren, werden leitfähige, antistatische und ableitfähige Kunststoffe verwendet.

Die Leitfähigkeit von Kunststoffen kann durch Zugabe von sehr feinem Stahldraht, Aluminiumflocken, nickelbeschichtetem Graphit, Kohlefasern, Kohlepulver, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Edelstahlfasern verbessert werden, um einige der gebräuchlicheren Additive zu nennen. Viele Kohlenstoff- und Graphitfüllstoffe haben eine viel höhere elektrische Leitfähigkeit als die meisten Kunststoffe. Die Herstellung leitfähiger Kunststoffmaterialien ist jedoch nicht nur eine einfache Aufgabe des Einmischens der Füllstoffe in das Harz. Es handelt sich um „Dispersion“ oder „Wegentwicklung“, die den Leiter als Energiepfad durch das Polymer nutzt. Andernfalls, wenn der Leiter durch ein nichtleitendes Medium dispergiert wird, ist es möglich, dass der Verbundstoff nicht leitfähig ist, sondern ein Verbundstoff aus leitfähigen Partikeln, die mit einem isolierenden Polymer beschichtet sind.

Leitfähige thermoplastische Verbindungen werden basierend auf ihren elektrischen Eigenschaften und Zerfallsraten in mehrere Kategorien eingeteilt. Die Kategorien werden durch ihren Oberflächenwiderstand bestimmt, der ein Maß dafür ist, wie leicht sich eine elektrische Ladung über einen Stoff bewegen kann. Leitfähige Materialien haben einen Oberflächenwiderstand von <1 x 10 ⁶ Ohm/Quadrat und haben Zerfallsraten, die in Nanosekunden gemessen werden. Materialien, die als ableitfähig gelten, haben einen Oberflächenwiderstand von  >1 x 10 ⁵ Ohm/Quadrat <1 x 10 ¹² Ohm/Quadrat und ermöglichen die Ableitung elektrischer Ladungen im Allgemeinen innerhalb von Millisekunden. Antistatische Materialien haben einen spezifischen Widerstand von 10 ¹⁰  bis 10 ¹²  und sind diejenigen, die triboelektrisches Laden hemmen. Turboelektrische Aufladung ist der Aufbau einer elektrischen Ladung durch Reiben eines Materials mit einem anderen Material. Diese Materialien bieten eine sehr langsame Abklingrate der statischen Ladung von einem Hundertstel bis zu mehreren Sekunden. Isoliermaterialien sind solche mit einem Oberflächenwiderstand von>1 x 10 ¹² . Materialien mit idealem ESD-Schutz (10 ⁶ bis 10 ⁹ ) befinden sich am unteren Ende des statisch dissipativen Bereichs.

Leitfähige Kunststoffe  werden in den Bereichen Lagerung und Verpackung, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobil, Elektronik, Computer und Geräte verwendet. Zu den spezifischen Anwendungen gehören Elektronikverpackungen, Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge und leitfähige Lagerbehälter für Tinten und gefährliche Flüssigkeiten. Leitfähige Kunststoffe werden auch in medizinischen Geräten wie Tablettenspendern und Aerosolgeräten verwendet. Diese Kunststoffe stellen sicher, dass ein Aerosolgerät eine vollständige Dosis eines Pulvers oder einer Flüssigkeit an einen Patienten abgibt, anstatt dass die Substanzen am Gerät selbst haften bleiben.

Haben Sie weitere Fragen zu ESD und Leitfähigkeit in Kunststoffen? Frag sie im Kommentarbereich unten!

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