Konduktivt belegg på plast: En praktisk veiledning til materialer, vedheft og testing

Plast er materialet de fleste designere strekker seg etter når de trenger noe lett, tøft og rimelig å støpe, og det er også i sin natur en isolator. Statisk ladning samler seg på overflaten, støv fester seg til den, og elektromagnetisk interferens passerer gjennom en plastkapsel som om veggen ikke var der. Et ledende belegg på plast er det vanlige svaret, men det fungerer bare bra når det er valgt for polymeren under i stedet for konduktivitetstallet som er trykt på et dataark.

Etter mer enn et tiår med utvikling av ioniske væsker og funksjonelle tilsetningsstoffer for polymer- og elektronikkapplikasjoner, har vi sett det samme mønsteret gjenta seg: kjemien er sjelden det svake punktet. Vedheft, forbehandling, herdekontroll og måten en belagt del til slutt jordes på avgjør om prosjektet holder stand i felten.

Hvorfor et ledende belegg på plast er verdt innsatsen

På en metalldel er ledningsevne en egenskap ved bulkmaterialet. På en plastdel er det noe som legges til overflaten, og den forskjellen former hele ingeniøroppgaven. Tre krav driver de fleste prosjekter:

• Statisk kontroll. Håndtering av skuffer, tape-bakside og emballasjefilmer trenger en kontrollert vei til bakken, slik at ladning ikke bygges opp og går ut i sensitiv elektronikk.
• Elektromagnetisk skjerming. Et ledende lag på et hus demper interferens som beveger seg inn og ut av kabinettet, og det er grunnen til at belagt plast fortsatt er vanlig i instrumenterings- og kommunikasjonsmaskinvare.
• Funksjonelle kretser. Membranbrytere, berøringsflater og trykte antenner bruker ledende blekk for å føre små strømmer over en fleksibel film.

Ytelse uttrykkes normalt som overflateresistivitet i ohm per kvadrat: omtrent 10 ⁴ til 10 ⁶ ohm/kvadrat er ledende, 10 ⁶ til 10 ⁹ dissiperende, og 10 ⁹ til 10 ¹² antistatisk, mens skjerming vanligvis krever 10 ⁰ til 10 ² ohm/kvadrat. Å vite hvilket bånd produktet ditt faktisk trenger sparer penger, siden et karbonfylt belegg ofte gjør jobben som et sølvfarget til en brøkdel av prisen.

Hvordan ledende belegg faktisk fungerer på en polymer

Et belegg er en tynn film, ikke en metallplate. Det er et bindemiddel, vanligvis akryl, epoksy, polyuretan eller en vannbasert harpiks, som bærer noe som leder.

Fyllstoffbaserte systemer

Kjønnsort, grafitt, sølvflak, nikkel og sølvbelagt kobber fungerer alle på samme måte: over en viss belastning berører partikler hverandre og danner et nettverk gjennom den tørkede filmen. Under denne terskelen stiger motstanden bratt, og det er grunnen til at fyllstofffylling, blandetid, filmtykkelse og herdeplan betyr så mye. En litt underfylt eller ujevnt sprayet film kan lese megohm der spesifikasjonen lovet kilo-ohm.

Ioniske og iboende ledende systemer

Ioniske væsker, kvaternære ammoniumsalter og relaterte kjemier flytter ioner i stedet for elektroner, og gir en skånsom, fuktighetsavhengig spredning som passer til antistatiske filmer. Ledende polymerer som PEDOT:PSS danner en konjugert ryggrad som bærer elektroner og kan belegges tynt nok til å holde seg optisk klar. Begge rutene appellerer der gjennomsiktighet, fleksibilitet eller lav partikkelbelastning betyr noe, og begge trenger strengere fuktighetskontroll enn en metallfylt film.

Sammenligning av de vanlige belegningsrutene

Behandle tallene nedenfor som utgangspunkt for dine egne forsøk i stedet for som garanterte verdier.

Adhesjon er der de fleste prosjekter mislykkes

Plast er ikke metall. Ubehandlet polypropylen og polyetylen sitter nær 30 mN/m overflateenergi, mens de fleste beleggsbindemidler trenger et substrat over omtrent 38 til 42 mN/m før de fuktes og bindes ordentlig. ABS, polykarbonat og polyamid er vennligere, men de kommer fortsatt med muggslippmidler, støv og håndteringsforurensning.

Forbehandling er det praktiske svaret. Plasma- og koronabehandling øker overflateenergien og legger til polare grupper, flammebehandling gjør det samme for mange polyolefiner, og primere fungerer der utstyr ikke er tilgjengelig. Belegg innenfor aktiveringsvinduet, fordi behandlede overflater slapper av tilbake til sin opprinnelige tilstand i løpet av timer eller dager.

To andre feilmoduser fortjener oppmerksomhet. Løsemiddelbaserte belegg kan stress-sprekke polykarbonatblandinger, så løsningsmiddelvalg må testes på ekte deler, og varmeherdede systemer kan deformere tynnveggede lister, og det er derfor lavtemperatur- og UV-herdende belegg ofte velges for PVC og PET.

En praktisk applikasjonssekvens

Når du går fra prøve til produksjon, holder denne bestillingen overraskelser på et minimum.

1. Bekreft polymerkvaliteten og mål overflateenergien før du bestiller belegg.
2. Rengjør delene for å fjerne muggslippmidler, oljer og støv, og håndter dem deretter med hansker.
3. Forbehandle med plasma, korona eller flamme og registrer parametrene slik at de kan gjentas.
4. Mask koblingsåpninger, skruebosser og jordingskontakter, og sjekk at maskeringen overlever sprayen.
5. Påfør tynne, overlappende pasninger med jevn avstand i stedet for ett tungt lag.
6. Herder i henhold til bindemiddelsystemet, siden ledningsevnen i fillerbaserte filmer ofte forbedres etter hvert som filmen tørker.
7. Test de første produksjonsdelene for resistivitet, vedheft og tykkelse før du kjører batchen.
8. Gi hver skjermet del en definert jordbane, fordi en ujordet ledende film gjør veldig lite.

Hva du skal måle før du skalerer opp

Det er enkelt å måle konduktivitet på en fersk prøve og stoppe der. Det er mer nyttig å vite hvordan belegget oppfører seg under bruk.

• Overflateresistivitet, målt ved kontrollert temperatur og fuktighet med en parallell sonde, på deler i stedet for bare på flate kuponger.
• Vedheft, ved hjelp av en kryssluke-tapetest på den belagte overflaten og på kantene kuttet etter belegg.
• Tørr filmtykkelse, sporet over delen slik at både tykke hjørner og tynne fordypninger fanges opp.
• Fuktighet og termisk syklus, som utsetter ioniske systemer for fuktighet og fyllstoffsystemer for grensesnittstress.
• Slitasje- og bøyningstesting for filmer som vil bli håndtert, viklet eller bøyd under montering.
• Beskyttelseseffektivitet på et sammensatt kabinett, fordi sømmer, hull og ubestrøede festepunkter begrenser ytelsen oftere enn selve filmen.

Matche ruten til delen

Det riktige valget faller vanligvis ut av geometrien og miljøet. Store, enkle paneler og brett passer karbonfylte belegg som sprayer raskt. Hus med dype fordypninger og indre ribber kan trenge et ledende fyllstoff i harpiksen eller en vakuumprosess, fordi en sprøytepistol ikke kan nå overalt. Gjennomsiktige vinduer peker mot ledende polymerer eller ioniske antistatiske systemer som forblir klare, og deler som utsettes for løsemidler eller saltspray trenger korrosjonsadferden til metallfylte systemer gjennomgått tidlig i stedet for sent.

Kostnad hører hjemme i samme samtale. Totalkostnad per akseptabel del er en mer ærlig sammenligning enn pris per liter belegg.

Når Compounding Beats Coating

Ikke alle statiske problemer trenger et belegningstrinn. En antistatisk kjemi kan blandes inn i harpiksen slik at den ferdige støpingen sprer ladningen uten sekundær operasjon. Denne tilnærmingen når innvendige overflater, overlever rengjøring og håndtering, og fjerner maskering helt, og det er derfor den er populær for bokser, filmer og komplekse lister.

Hvis du veier denne ruten, vår oversikt over antistatiske midler for plast, tekstiler, elektronikk og tape forklarer hvor sammensatte tilsetningsstoffer tjener sin plass og hvor et belegg fortsatt gjør jobben bedre.

Avveiningene er kompatibilitet og varighet. Et tilsetningsstoff må spre seg rent, må ikke misfarge eller sprø polymeren, og må forbli i delen i stedet for å migrere til overflaten og gni av.

Velge kjemien bak tilsetningsstoffet

Ioniske væsker er et praktisk verktøy her fordi kation og anion kan velges nesten uavhengig av hverandre. Et kvaternært ammoniumkation sammen med et fluorert anion gir for eksempel et termisk stabilt, i hovedsak ikke-flyktig salt som blander seg inn i en polymer eller et belegg uten den lukten og fordampningen som konvensjonelle antistatiske overflateaktive midler gir.

Tetraetylammoniumtetrafluorborat kvartær ammoniumionisk væske 99 % renhet tetraetylammoniumtetrafluorborat, CAS 429-06-1, en kvaternær ammoniumionisk væske for katalyse, elektrolytter og industrielle additiver. Se produkt →

Struktur styrer også detaljene. Lengre alkylkjeder og større anioner har en tendens til å myke opp en film og sakte ionebevegelser, mens mindre, mer polare anioner øker ledningsevnen og fuktighetsfølsomheten. Hydroksyl- og eterbaserte ioniske væsker velges ofte der kompatibilitet med en polar harpiks eller et vannbasert belegg er viktig. Definer først resistivitetsbåndet, prosesstemperaturen og rengjøringsregimet, og la deretter kjemien følge.

I belegg- og filmformuleringer er ioniske tilsetningsstoffer vanligvis en liten brøkdel av blandingen, ofte rundt én til fem prosent av tørrfilmvekten, justert oppover bare til målresistiviteten er nådd.

Holde et prosjekt på sporet

Et ledende belegg på plast er et system snarere enn et produkt. Polymer, forbehandling, kjemi, kur og jording må alle stemme overens, og en svakhet i noen av dem viser seg som en fiasko i feltet.

Disiplinen som fungerer er uglamorøs: mål overflateenergi før du velger et belegg, test vedheft før oppskalering, og sjekk ytelsen etter fuktighet og termisk sykling i stedet for bare den dagen delene ble laget.

Hvis du ønsker å diskutere et spesifikt substrat, resistivitetsmål eller additiv kjemi, vårt tekniske team hjelper gjerne .