由导电塑料制成的连接器如何促进可持续发展？

来源：线束世界•作者：线束世界•2024-09-11 09:34

基本塑料具有电绝缘性，但使用适当的添加剂，它们可以导电。导电塑料可用于替代金属部件并提高连接器结构多个领域的可持续性。它们的制造能耗更低，重量更轻，减轻了系统重量，这是电动汽车（EV）等应用中非常重要的考虑因素。它们更轻的重量还减少了与运输和物流相关的温室气体排放。

回顾塑料中的三个导电性级别，包括防静电保护、静电放电（ESD）保护和电磁干扰（EMI）屏蔽。然后，它研究了如何使用炭黑、碳纤维、碳纳米管（CNT）和金属颗粒制造导电塑料，使用 ALS 显微断层扫描优化导电塑料的制造，并比较了导电塑料与传统金属屏蔽的 EMI 屏蔽性能。

表面电阻率大于10^14Ohm-cm被认为是绝缘体。导电塑料的电阻率分为三个级别：

·10^12到10^6Ohm-cm，用于防静电保护

·10^6到10^4Ohm-cm，用于ESD保护，以及

·低于10^4欧姆-cm，用于EMI屏蔽。

季戊四醇四硬脂酸酯（PETS），也称为季戊四醇硝酸酯，通常用于提供防静电保护。生产导电塑料涉及材料的成本、导电性、机械强度和可加工性之间的权衡。除了sterate添加剂外，其他添加剂还包括炭黑和金属颗粒。

炭黑价格低廉，广泛用于制造导电塑料，用于防静电保护和低性能EMI屏蔽。

碳纤维比炭黑更具导电性，并增加了机械强度。他们生产轻质导电塑料，用于汽车和航空航天应用中的结构部件。

碳纳米管用于生产具有抗静电和EMI屏蔽性能的导电塑料，用于传感器和执行器等电子元件。

精细分散的金属颗粒（如银或铜）也用于生产导电塑料。与碳基填料相比，这些塑料具有更高的导电性，用于为电子设备的连接器和外壳提供EMI屏蔽。

处理事项

填充有分散金属颗粒的塑料的加工对性能有很大影响。科学家们使用先进光源（ALS）显微断层扫描技术来研究具有精细分散金属颗粒的塑料的制造。ALS系统结合了非常高的X射线和红外光通量，以纳米或微米的分辨率捕获材料内部结构的三维图像。

在一项实验中，科学家们在ALS光束线上建造了一个特殊的加热台，以便他们可以观察各种温度下的导电塑料。在退火之前，注塑成型部件的导电性较差。在退火过程中，样品中的铜和锡颗粒重新分布，电导率显著提高。了解退火如何提高导电性将有助于改进制造工艺（图 1）。

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图1.退火前（a，d）和在210°C退火60分钟后（b，e）和退火130分钟后（c，f）的断层重建横截面（上图）和体积渲染图（下图）

（图片：伯克利实验室）

灵活性和可持续性

除了提高可持续性外，导电塑料还支持连接器设计更大的灵活性。对于汽车系统等应用，导电塑料可以提供环境稳定性、可回收性、减轻重量和高机械性能。导电塑料还可以支持数据处理和通信应用中连接器所需的小尺寸和复杂几何形状。

可以使用不同的塑料来支持特定的性价比要求，并且可以微调金属填料的浓度以提供所需的屏蔽水平。使用传统塑料需要使用沉积、电镀、冲压或其他制造选项添加金属屏蔽层，这会增加复杂性和成本。

导电塑料emi屏蔽罩有多好？

如果使用合适的塑料，导电塑料EMI屏蔽可以提供与金属屏蔽相当的性能水平。例如，将两种导电塑料的插入损耗和串扰性能与金属部件进行了比较。塑料外壳表现出与金属部件几乎相同的性能（图 2）。

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图2.由两种不同导电塑料制成的注塑成型导电塑料外壳的性能比较，与使用传统绝缘塑料外壳和金属屏蔽层制成的参考零件的比较

（图片：TE Connectivity）

总结

导电塑料有助于可持续发展，因为它们需要更少的能源来生产，并且与金属基屏蔽选项相比，它们使屏蔽层的重量更轻。通过微调塑料中分散金属颗粒的密度并控制退火过程，可以控制EMI屏蔽性能。它可以与纯金属基设计提供的屏蔽相媲美。

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