抗静电剂的测试方法

抗静电剂的测试方法 摘要:本文主要介绍通过测量静电电荷量，表面静电电位，材料电阻率，静电 电荷衰减半衰期来评定刚静电性能和测试表面电阻率，力学性能，SEM，流变性 能，来测试与表征抗静电剂的抗静电性能。 关键字:抗静电剂,抗静电性能;测试;表征 Antistatic agent testing methods Abstract: This paper mainly introduces the electrostatic charge quantity by measuring the electrostatic potential, materials, surface resistivity, electrostatic charge attenuation half-life electrostatic property and to evaluate the just, test surface resistivity mechanical performance, SEM, theological properties, to test and characterized the antistatic performance of antistatic agent. Key words: Antistatic agent ;Antistatic performance ;Test ;Characterization 1 抗静电剂的作用机理与加工性能 抗静电剂是指涂敷于材料表面或掺杂在内部，以防止或减轻静电荷聚集的助剂，按其分子结构可分为表面活性剂和高分子型抗静电剂两大类。抗静电剂的作用机理:一是在材料表面形成导电层以降低其表面电阻率，使已经产生的静电荷很快泄漏;二是赋予材料表面一定的润滑性，从而降低磨擦系数，抑制和减少静 [1]电荷的产生。选择抗静电剂首先要考虑其与树脂的相容性，一般要求两者的相容性适当。两者相容性太好，抗静电剂分子的迁移难以进行，表面损失的抗静电剂不能及时得到补充，难以发挥作用;而相容性太差又造成加工困难，抗静电剂会大量析出，制品外观性能下降，析出的抗静电剂会很快损失，同样难以维持持久的抗静电效果。由于塑料制品在加工成型时，添加的抗静电剂量很小，特别是使用颗粒或粉状抗静电剂时，很难均匀分布在制品中，导致制品表面的抗静电性能不均匀而影响使用效果。抗静电浓缩母粒是在树脂基料中加入百分之几到百分之几十的抗静电剂而制成的颗粒状物，其分散性好、均匀、易操作、具有发展前途，国外很多公司对抗静电浓缩母粒的研制应用十分感兴趣，成果明显，已在工业上应用。使用时，将母粒与基体树脂混合，然后加工成产品，这样抗静电剂在制品中分散较均匀，制品表面性能较一致。还要注意在成型加工时，要有适当的添加量，才能使抗静电剂向制品表面迁移后，在制品表面分布形成厚度达若干个分子层的导电层，也就是导电层的抗静电剂必须达到一定浓度，才表现出一定的抗静电效果。 影响抗静电效果的因素: 影响复合型抗静电高分子材料抗静电性能的因素包括:(1)抗静电剂或导电性填料的性质、用量。(2)抗静电剂或导电填料与树脂基体的相容性(或亲和力)。(3)抗静电剂或导电填料在树脂基体中的分散性，成型加工及加工条件。(4)抗静电高分子材料使用的环境条件等。 2 抗静电性能的评定方法 静电测量主要是指对静电参数及有关材料(主要是指绝缘体)电气特性参数 [2]的测量。静电参数通常是指物体本身带电状态的一些物理量，如静电电荷量、电荷密度及电荷发生量(单位时间产生的静电量)等。 2.1 静电电荷量的测量 绝缘体由于摩擦等原因带上电荷后，由于电荷不能任意流动，各点的电位也不相等，因此不能简单的用接触式或非接触式仪表直接测量带电量，而必须利用静电感应原理，借助法拉第电筒来测出绝缘体上的带电量。法拉第电筒是由两个相互绝缘的金属封闭曲面或金属筒组成。为了对内金属筒进行静电屏蔽，外金属筒必须接地。当把带有电荷量为Q的被测量物体放到内金属筒时，内筒内壁上会感应产生等量的异性电荷，内筒外壁上和外筒内壁上又分别感应等量的同性 和异性电荷。根据高斯定理: Q’=??εEdS (2-1) S0n 式中:Q’-法拉第筒外壁上的感应电荷;ε-筒内空气的介电常数;E-电场强度0n矢量在dS法线方向上的投影;dS-金属封闭曲面法拉第筒的面积元。这样通过测量感应电荷，测出带电物体的电荷量Q。 2.2 表面静电电位的测量 静电电位的高低，反映物体带电量的多少，也是衡量防止静电灾害的重要指标。测量表面电位的仪器按照测量探头起电方式的不同，可分为接触式和非接触式两大类。对于导体和人体带电的场合，由于整个带电体的电位相等常采用接触测量。接触式测试的原理:将被测带电体直接用绝缘电缆线连接在静电电压表的测量电极上，由于电压表以地为参考点(接地线接大地)，电压表的读数就是被测体相对于大地的电位。测量时，仪器的低电压端和机壳要接地良好，其高压端用绝缘电缆与带电体相连。在介质带电的情况下，带电体具有等位特性，必须采用非接触测量。非接触式测量的原理:高绝缘介质中的电荷不能自由移动，各不同部位的电位不同，只能用静电感应或空气电离的原理进行测试。前者是将测量探头靠近带电体，测量其表面电位，实质上是对其表面的电场的测量。后者是利用放射性同位素电离空气，利用电阻分压，测量带电体的对地电位。 2.3 材料电阻率的测量 在工程上，把施加在试样上两个电极的直流电压与电流的比值称为绝缘电阻，包括表面电阻率和体积电阻率，制品的表面电阻率和体积电阻率是确定抗静 [3]电剂有效性的一个重要依据。 表面电阻率等于平行与材料表面上电流方向上的电位梯度与表面单位宽度 上的电流之比，其公式为: ,2ρ=R (2-2) sslnd/d21 式中:R-表面电阻，d-测量电极直径，d-保护电极内径。 s12 体积电阻率成等于平行材料中电流方向的电位梯度与电流密度之比，其公式为: Sρ=R(2-3) vv d -体积电阻;S-测量电极面积;d-试样厚度。 式中:Rv 2.4 静电电荷衰减半衰期的测量 [4]静电半衰期是描述静电衰落的特征参数，指充电电压在充电终止后电压衰减到最初电压一半时所需时间，静电半衰期越短，抗静电效果越好。实用中常采用Honestometer测试仪进行测试，其结果平行于静电衰落速率的测试结果。静电半衰期与表面电阻率之间的对应关系可由下式近似表示: τ=0(693RC (2-4) 1/2 式中:τ-为静电半衰期(s)，R为表面电阻率，C为电容(F)。 1/2 表1(4表面电阻率、静电半衰期及抗静电效果对应关系 Tablel-4 Relationship of the surface resistivity,half life and antistatic property 表面电阻率 / Ω 静电半衰期/s 抗静电效果 9，10 0 极好 910 10,10 1 很好 1011 10,10 2,10 良好,好 111210,10 10,60 适度 12>10 >60 差 9由表可见，当表面电阻率为10Ω时，塑料就不会积累静电荷，有良好的抗 9111112静电效果;在表面电阻率为10,10Ω时，具有较好抗静电效果:10,10Ω时 12具有一定的抗静电效果;而表面电阻率大于10Ω时，抗静电效果不好。 3 测试与表征 3.1 表面电阻率测试 [5]按GB,T 1410-1989测定表面电阻率，用高阻计，表面电阻率由下式计算: ,2ρ=R (3-1) sslnd/d21 其中R-高阻计读得的表面电阻值，d-测量电极直径，d-保护电极内径，充s12 电电压500V，充电时间15s，测试温度(20?2)?，湿度(65?5),。 3.2 力学性能测试 3.2.1 冲击强度测试 [6]依照塑料冲击性能小试样试验方法，GB,T16420-92，注射制得的样条长80?lmm，宽为lO?0.2mm，厚为4(0?O(2mm的样条。进行无缺口冲击强度测试，采用悬臂梁冲击试验机，冲击强度单位KJ,m2。 计算试样冲击强度的公式为: A3 α=×10(3-2) bd 2其中:α-冲击强度，KJ,m; A-试样吸收的冲击能量，J; b-试样剩余厚度，mm; d-试样厚度，mm 3.2.2 拉伸强度测试 依照塑料拉伸性能小试样试验方法，GB,T16421—80，将注射成哑铃型样条，在拉伸试验机上进行拉伸性能测试，拉伸速度50mm/min，拉伸强度单位MPa。实验中所采用拉伸速度为:50mm/min 计算试样拉伸强度的公式为: Pσ= (3-3) 1bd 其中:σ-拉伸强度，MPa; 1 P-最大负荷，N; b-试样宽度mm d-试样厚度，mm; 3.3 SEM测试 SEM的样品制备的原则是最大限度地保证得到样品内部结构形态的真实情 [7]况，必须保护好样品原有的状态，如断口、烧蚀试样的表面。本实验采用液氮冷冻脆断样条，并抽真空喷金，这样可以获得二次电子反射，增强二次电子相的衬度，使其具有明显的立体感。 3.4 流变性能测试 将PET原料与抗静电剂按配方混合均匀，置于转矩流变仪中作混炼实验，混炼温度为230?，混炼转子转速为40r/pm。预热3分钟，记录物料的温度、转子扭矩随时间变化的曲线。 参考文献: [1] Jiang J L，Feng P T，Feng C C et a1(Electrostatic dissipation and flexibility of poly amine segmented epoxy derivatives(Polymer International，2000，49:387—394 [2] 赵择卿，陈小立(高分子材料导电和抗静电技术及应用(北京:中国纺织出版社，2006，80,84 [3] 杨浩，陈欣方，罗云霞(复合型导电高分子材料导电机理研究及电阻率计算(高分子材 程，1996。12(2):1—7 料科学与工 [4] 薛书凯(高分子材料抗静电技术与应用(化学推进剂与高分子材料，2005，3(6):18,22 [5] 何曼君,陈维孝，董西侠(高分子物理(修订本(上海:复旦大学出版社，1997:22 [6] 付东升，张康助，张强(导电高分子材料研究进展[J](现代塑料加工应用(2004，16(1:55,59( [7]赵文明，王亦军(聚合物材料的电学性能及其应用(北京:化学工业出版社，2006:25-27