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纳米技术在塑料行业中的应用前景与发展空间
      “21世纪的纳米碳材料将像20世纪的铝材一样对人类社会发挥举足轻重的作用!”这句话是美国Applied科学公司总裁马斯·莱克的预言。位于俄亥俄州的Applied科学公司是一家从事研发高级材料的企业。纳米碳材料是一种纵横比(长度与直径比)非常高的微小颗粒,类似于铝材那样具有高强度、质量轻的特点。添加使用在塑料中,还可大大提高塑料制品的导电性和导热性能。

  目前,全球范围内纳米碳材料的主要供应商有: HyperionCatalysis公司(北美唯一)、日本三井公司和Showa Denko公司、以及Pyrograf产品公司( Applied科学公司的下属企业)等4家企业。后者开发出一种石墨纳米纤维试验品,其直径为100~200纳米,长度为100微米,纵横比为500~1000∶1。目前仅提供样品,价格为70美元/磅,正在建造一家中试工厂。如果以0. 5%~5%的份量比例,加入Pyrograf公司生产的PF24品级纳米碳纤维到塑料中,塑料制品的刚度将会提高5倍,并且表面电阻值下降至1~1010欧姆/平方米。

  由Hyperion公司生产的多壁纳米石墨管的颗粒中,横向宽度仅有10纳米,长度为10~100微米,其纵横比至少达到1000∶1。这些尺寸微小并弯曲性小的“细微纤维”,在塑料加工过程中难以分散。

  为了确保得到满意的分散效果,Hyperion公司又生产提供了母料颗粒,其中含有15%~20%的小纤维,这样又可降低0. 5%的添加材料重量。

  据Hyperion公司的营销经理帕特·柯林斯介绍说:用这种细微纤维制成的混料适用于所有级别的电子频谱,添加量可比普通碳纤维至少低50% ,体积也有相当大的差异。据报道说,该种纳米碳管的韧性和延展性远远超过最好的传统导电性材料,其粘性所受的影响也非常小,因此这种细微纤维非常适合用于加工薄壁塑料制件,且用其加工的外饰件也具有良好的表面质量,比用传统填料制成的混料收缩性和制品翘曲变形性都要小。

  Hyperion公司的产品已从最初的PA 6和PA 66、PBT、PC母料扩大至PEEK、PEI( GE公司生产的Ultem品牌聚醚酰亚胺)、PPS、PA12和PS等母料,接下来还将推出PP、PET、EVA母料。包括PA 12在内,目前的用途是在汽车燃料管线中代替金属。结合了优良的静电消散( ESD)性能,再加上高韧性,以及高抗破裂性带来了额外的安全性能。纳米碳管为基体制成的静电喷漆级混料只需在塑料配方中添加约2%~3%的份量,塑料产品即可获得理想的导电性,并达到A级表面质量。

  目前在纳米碳管的使用过程中,成本居高是主要的制约因素,比如Hyperion公司的小纤维都定价约50美元/磅。柯林斯先生表示:经过长期努力,尤其是全球规模的生产厂家启动后,其价格将会下降。

  此外, RTP公司导电材料的产品经理斯科特·柯贝纳介绍说:添加4%~7%的RTP公司出品的纳米碳管混料就可使塑料制品具有104~109欧姆/平方米的表面电阻,该公司的NTC系列材料出现的冷、热点最少,适合用于高纯度的静电消散和静电喷涂混料。该公司还将纳米碳管加入到高抗冲聚苯乙烯、聚甲醛和其它种类的工程树脂中。NTC系列产品的定价比PAN品级纤维混料的价格要高出25%~100%。

  LNP公司则可供应高纯度静电消散材料———“超干净Stat- Kon”,即在PEEK和PEI材料中添加纳米碳管,用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。它的离子污染据说比碳纤维材料要低65%~90%。

  而田柯纳(Ticona)公司可提供导电性PPS系列材料,采用了一种非传统的碳导电体,这种新型物质据说具有许多纳米碳管的优点,而且成本相当低。这种添加物和专门的合成技术据说可确保静电消散性能的精确“调校”。该材料也被人们形容为“干净”材料———不脱落且离子污染低,还可除去气味,用于生产液晶显示器、电子存储介质和微电子包装盒等。 

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