由導(dǎo)電塑料制成的連接器如何促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展？

來(lái)源：線束世界?作者：線束世界?2024-09-11 09:34

基本塑料具有電絕緣性，但使用適當(dāng)?shù)奶砑觿鼈兛梢詫?dǎo)電。導(dǎo)電塑料可用于替代金屬部件并提高連接器結(jié)構(gòu)多個(gè)領(lǐng)域的可持續(xù)性。它們的制造能耗更低，重量更輕，減輕了系統(tǒng)重量，這是電動(dòng)汽車（EV）等應(yīng)用中非常重要的考慮因素。它們更輕的重量還減少了與運(yùn)輸和物流相關(guān)的溫室氣體排放。

回顧塑料中的三個(gè)導(dǎo)電性級(jí)別，包括防靜電保護(hù)、靜電放電（ESD）保護(hù)和電磁干擾（EMI）屏蔽。然后，它研究了如何使用炭黑、碳纖維、碳納米管（CNT）和金屬顆粒制造導(dǎo)電塑料，使用 ALS 顯微斷層掃描優(yōu)化導(dǎo)電塑料的制造，并比較了導(dǎo)電塑料與傳統(tǒng)金屬屏蔽的 EMI 屏蔽性能。

表面電阻率大于10^14Ohm-cm被認(rèn)為是絕緣體。導(dǎo)電塑料的電阻率分為三個(gè)級(jí)別：

·10^12到10^6Ohm-cm，用于防靜電保護(hù)

·10^6到10^4Ohm-cm，用于ESD保護(hù)，以及

·低于10^4歐姆-cm，用于EMI屏蔽。

季戊四醇四硬脂酸酯（PETS），也稱為季戊四醇硝酸酯，通常用于提供防靜電保護(hù)。生產(chǎn)導(dǎo)電塑料涉及材料的成本、導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和可加工性之間的權(quán)衡。除了sterate添加劑外，其他添加劑還包括炭黑和金屬顆粒。

炭黑價(jià)格低廉，廣泛用于制造導(dǎo)電塑料，用于防靜電保護(hù)和低性能EMI屏蔽。

碳纖維比炭黑更具導(dǎo)電性，并增加了機(jī)械強(qiáng)度。他們生產(chǎn)輕質(zhì)導(dǎo)電塑料，用于汽車和航空航天應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)部件。

碳納米管用于生產(chǎn)具有抗靜電和EMI屏蔽性能的導(dǎo)電塑料，用于傳感器和執(zhí)行器等電子元件。

精細(xì)分散的金屬顆粒（如銀或銅）也用于生產(chǎn)導(dǎo)電塑料。與碳基填料相比，這些塑料具有更高的導(dǎo)電性，用于為電子設(shè)備的連接器和外殼提供EMI屏蔽。

處理事項(xiàng)

填充有分散金屬顆粒的塑料的加工對(duì)性能有很大影響?？茖W(xué)家們使用先進(jìn)光源（ALS）顯微斷層掃描技術(shù)來(lái)研究具有精細(xì)分散金屬顆粒的塑料的制造。ALS系統(tǒng)結(jié)合了非常高的X射線和紅外光通量，以納米或微米的分辨率捕獲材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們?cè)贏LS光束線上建造了一個(gè)特殊的加熱臺(tái)，以便他們可以觀察各種溫度下的導(dǎo)電塑料。在退火之前，注塑成型部件的導(dǎo)電性較差。在退火過(guò)程中，樣品中的銅和錫顆粒重新分布，電導(dǎo)率顯著提高。了解退火如何提高導(dǎo)電性將有助于改進(jìn)制造工藝（圖 1）。

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圖1.退火前（a，d）和在210°C退火60分鐘后（b，e）和退火130分鐘后（c，f）的斷層重建橫截面（上圖）和體積渲染圖（下圖）

（圖片：伯克利實(shí)驗(yàn)室）

靈活性和可持續(xù)性

除了提高可持續(xù)性外，導(dǎo)電塑料還支持連接器設(shè)計(jì)更大的靈活性。對(duì)于汽車系統(tǒng)等應(yīng)用，導(dǎo)電塑料可以提供環(huán)境穩(wěn)定性、可回收性、減輕重量和高機(jī)械性能。導(dǎo)電塑料還可以支持?jǐn)?shù)據(jù)處理和通信應(yīng)用中連接器所需的小尺寸和復(fù)雜幾何形狀。

可以使用不同的塑料來(lái)支持特定的性價(jià)比要求，并且可以微調(diào)金屬填料的濃度以提供所需的屏蔽水平。使用傳統(tǒng)塑料需要使用沉積、電鍍、沖壓或其他制造選項(xiàng)添加金屬屏蔽層，這會(huì)增加復(fù)雜性和成本。

導(dǎo)電塑料emi屏蔽罩有多好？

如果使用合適的塑料，導(dǎo)電塑料EMI屏蔽可以提供與金屬屏蔽相當(dāng)?shù)男阅芩?。例如，將兩種導(dǎo)電塑料的插入損耗和串?dāng)_性能與金屬部件進(jìn)行了比較。塑料外殼表現(xiàn)出與金屬部件幾乎相同的性能（圖 2）。

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圖2.由兩種不同導(dǎo)電塑料制成的注塑成型導(dǎo)電塑料外殼的性能比較，與使用傳統(tǒng)絕緣塑料外殼和金屬屏蔽層制成的參考零件的比較

（圖片：TE Connectivity）

總? 結(jié)

導(dǎo)電塑料有助于可持續(xù)發(fā)展，因?yàn)樗鼈冃枰俚哪茉磥?lái)生產(chǎn)，并且與金屬基屏蔽選項(xiàng)相比，它們使屏蔽層的重量更輕。通過(guò)微調(diào)塑料中分散金屬顆粒的密度并控制退火過(guò)程，可以控制EMI屏蔽性能。它可以與純金屬基設(shè)計(jì)提供的屏蔽相媲美。