泡沫塑料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電學(xué)性能、聲學(xué)性能及耐化學(xué)腐蝕性能。它的導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、強(qiáng)度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學(xué)穩(wěn)定性好、受沖擊后回復(fù)率高,因而廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、運(yùn)輸、建筑、日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。但普通泡沫塑料體積電阻率通常在1013-1017Ω·cm之間,材料表面很容易聚集大量的靜電電荷,產(chǎn)生很高的靜電電壓,引起火災(zāi)和爆炸等,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅在電子工業(yè),每年由于靜電釋放造成的損失,美國(guó)高達(dá)100億美元,英國(guó)為20億英鎊。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,泡沫塑料廣泛用作電子元件、集成電路、含能材料等電子產(chǎn)品包裝材料。另外隨著對(duì)先進(jìn)武器的電磁屏蔽及吸波隱身等性能的要求,具有導(dǎo)電功能的泡沫材料的需求愈來愈迫切。
由于泡沫塑料密度低、呈多孔結(jié)構(gòu),導(dǎo)電通路難于形成,改善其導(dǎo)電性能相當(dāng)困難。目前主要通過三種途徑試圖改善其導(dǎo)電性。
(1) 加入小分子抗靜電劑。這種方法不能在材料內(nèi)部形成導(dǎo)電通路;只能提高表面電導(dǎo)率而不能提高體積電導(dǎo)率,且表面電導(dǎo)率也僅達(dá)到抗靜電水平;抗靜電劑隨使用時(shí)間逐漸損耗,抗靜電性變差甚至消失,因此其耐久性、穩(wěn)定性和安全性較差。
(2) 添加導(dǎo)電填料(如炭黑、石墨、金屬粉末等)。普通導(dǎo)電粒子由于尺寸大難于分布在泡體間的薄膜處,因此導(dǎo)電通路不完善,獲得的材料電阻率太高,不能作為導(dǎo)電材料使用,且大量導(dǎo)電粒子的加入嚴(yán)重影響泡沫成型的工藝性能。
(3) 浸漬導(dǎo)電膠液或原位聚合本征導(dǎo)電高分子。這種方法只對(duì)開孔泡沫有效,且導(dǎo)電聚合物與泡沫表面間的粘結(jié)力很弱,容易脫落,材料的電性能不穩(wěn)定,制備工藝復(fù)雜、成本較高。
針對(duì)國(guó)內(nèi)外改善泡沫塑料電性能的不足,我們采用具有很大長(zhǎng)徑比、電性能優(yōu)異的碳納米管(CNTs)作為泡沫的導(dǎo)電填料,采用獨(dú)特的表面處理工藝和分散工藝制備低密度、低電阻率的導(dǎo)電泡沫塑料。
該導(dǎo)電泡沫塑料具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) 該導(dǎo)電泡沫密度很低,最低可達(dá)0.03g/cm3。很適宜做精密電子器件、高能炸藥等包裝材料。
(2) 碳納米管的含量很低,只有2wt%。
(3) 該材料電性能十分穩(wěn)定,在使用過程中,電性能不隨使用時(shí)間和溫度變化,對(duì)人體、設(shè)備以及環(huán)境沒有危害。
(4) 容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn),設(shè)備要求不高。
泡沫具有優(yōu)異的電性能,該材料可以作為電氣元件的抗靜電包裝材料,能夠防止電氣元件因靜電積累與釋放而受到破壞。由于該材料的電阻隨壓力發(fā)生變化且具有很好的重復(fù)性,因此該材料可以用于制造壓敏元件(如壓力傳感器等)。該材料的體積電阻率受溫度的影響很小,因此,該材料能夠在保持良好電性能的前提下,能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)使用,具有很好的實(shí)用價(jià)值。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及研究工作的深入,泡沫的使用范圍將會(huì)進(jìn)一步拓寬,有望作為電磁輻射屏蔽材料和微波吸收材料,在飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等軍事裝備的電磁屏蔽以及隱形方面發(fā)揮著重要作用。