Как на практике функционализировать PLA для достижения целевого диапазона электрического сопротивления

Три катушки нити из полимолочной кислоты, экструдированные на одной машине в один и тот же день, вернулись из лаборатории с сопротивлением 1E7, 1E9 и 1E12 Ом на квадрат. Формулировка не изменилась. Время высыхания и скорость шнека имели значение.

Этот пробел является кратким ответом на большинство вопросов о функционализации PLA для определения удельного электрического сопротивления. Добавка решает, какого порядка величины вы можете достичь. Сушка, компаундирование, вытягивание и кондиционирование решают, останетесь ли вы там. Функционализация PLA означает предоставление изоляционному полиэстеру пути для перемещения заряда либо через связанную сеть проводящих частиц, либо через химические группы, переносящие ионы. Оба маршрута работают в лабораторной тарелке. Только один из них надежно выдерживает экструзию в нить диаметром 0,2 мм.

Почему чистый PLA воспринимается как изолятор

Аккуратный PLA ведет себя как большинство термопластов. Опубликованное объемное сопротивление находится в пределах от 1E15 до 1E16 Ом·см, а поверхностное сопротивление находится в том же диапазоне. Свободных электронов и подвижных ионов нет, поэтому заряду некуда деваться.

Аддитивный путь создает просачивающуюся сеть проводящих частиц: углеродную сажу, углеродные нанотрубки, графен, графит или короткие углеродные волокна. Это единственный путь, который достигает действительно проводящих значений, примерно от 1E3 до 1E9 Ом на квадрат в зависимости от системы и нагрузки.

Химический путь модифицирует сам полимер. Прививка полярных групп к основной цепи, сополимеризация с полиэтиленгликолем или смешивание с полимером с внутренней проводимостью, таким как PEDOT:PSS, повышает ионную проводимость и снижает поверхностное сопротивление на два-три порядка. Он редко достигает зоны проводимости сам по себе, а ионная проводимость зависит от влаги, что плохо подходит для сухой площадки сборки электроники.

При работе с нитями тяжелую работу выполняет аддитивный маршрут. Химическая модификация обычно является вспомогательным действием.

Какой наполнитель дает вам какой диапазон удельного сопротивления

Начните с семейства наполнителей, которое соответствует целевой полосе, а затем потратьте время на разработку диспергирования. В Таблице 1 представлены диапазоны, наблюдаемые на практике.

Абразивная нить использует ту же логику составления с другим функциональным наполнителем. Там наполнителем являются твердые минеральные частицы, и целевым свойством является скорость резания, а не удельное сопротивление, но вопросы о дисперсии, нагрузке, степени вытяжки и износе штампа идентичны.

Абразивная нейлоновая щетка для удаления заусенцев с металла и финишной обработки поверхности Для читателей, сравнивающих функциональные наполнители и производительность резки, в этой линейке абразивных нитей подробно описаны нагрузки, зернистость и марки нейлона. Посмотреть продукт →

Перколяция — это постепенное изменение, а не циферблат

Кривая зависимости удельного сопротивления от содержания наполнителя почти пологая, затем резко падает. На пороге перколяции удельное сопротивление может упасть на пять-восемь порядков в пределах одного-двух массовых процентов наполнителя. Эта форма имеет практические последствия.

• Точность взвешивания маточной смеси становится параметром качества, а не деталью домашнего хозяйства.
• Соотношение сторон имеет значение. Нанотрубка с соотношением сторон в сотни просачивается при небольшой нагрузке, необходимой для сферической сажи, но она также разрушается при чрезмерном сдвиге, а разрушенные трубки повышают удельное сопротивление.
• Отжиг выше температуры стеклования, примерно от 55 до 60 градусов C для PLA, позволяет перестроить сетку, поэтому удельное сопротивление может дрейфовать после теплового цикла.
• Рабочая температура становится пределом. Деталь, которая читается как 1E8 при 23 градусах Цельсия, может читаться как 1Е11 через час при 60 градусах Цельсия.

Почему PLA труднее функционализировать, чем PBT или PA6

Сушка не обязательна

PLA гидролизуется. Влага в грануле при плавлении разрушает эфирные связи, молекулярная масса падает, вязкость расплава падает, нить становится хрупкой. Высушите до уровня ниже 250 частей на миллион, обычно четыре часа при температуре 80 градусов C в влагопоглотительной сушилке, а затем держите материал накрытым. Влажная партия меняет механический и электрический результат, поскольку молекулярная масса меняет способ формирования сетки наполнителя.

Тепловое окно узкое.

PLA плавится при температуре от 170 до 180 градусов C и обрабатывается примерно при температуре от 190 до 220 градусов C. При температуре выше 230 градусов C он разлагается. Наполнители с большой площадью поверхности повышают вязкость расплава и крутящий момент шнека, что приводит к повышению температуры расплава именно тогда, когда нет свободного места. Короткое время пребывания, мягкий профиль шнека и хорошо диспергированная маточная смесь имеют здесь большее значение, чем в полиолефине.

Кристалличность и степень вытяжки

Выбор оценок меняет результат. Более высокое содержание D-лактида дает более аморфный полимер, который легче вытягивается, но размягчается раньше. Кристаллизация выталкивает наполнитель из растущих сферолитов в аморфные области, локально концентрируя сетку, и некоторый разброс в опубликованных данных по сопротивлению PLA происходит именно из-за этого. Рисование ориентирует цепи и растягивает сеть вдоль оси, поэтому осевое удельное сопротивление может падать, а поперечное сопротивление расти. Две лаборатории могут протестировать одну и ту же катушку и сообщить разные цифры просто потому, что они измеряли в разных направлениях.

Когда деталь должна нагреваться или находиться во влажном воздухе, ПБТ часто оказывается более щадящей матрицей, и применяются те же правила составления рецептуры.

Нейлоновая нить из ПБТ для изготовления термостойких и антистатических щетинок. Материал щетины ПБТ/нейлон для работы в теплых и влажных условиях, термостойкость, изоляция, антистатические возможности и нестандартная форма для изготовления кистей. Посмотреть продукт →

Измерение удельного сопротивления, чтобы число что-то значило

Значение удельного сопротивления без метода не является спецификацией. Каждый раз сообщайте о стандарте, состоянии и геометрии электрода. ASTM D257 и IEC 62631-3-1 охватывают объемное удельное сопротивление, IEC 62631-3-2 охватывает поверхностное сопротивление, ASTM D4496 охватывает рассеивающие материалы, а IEC 61340-5-1 применяется, когда деталь находится в программе управления электростатическим разрядом. Перед испытанием выдержите условия согласно ASTM D618 при температуре 23 градуса C и относительной влажности 50 процентов в течение 40 часов.

• Используйте 60 секунд электризации для всего, что превышает 1E6 Ом. Более короткие времена читаются как низкие.
• Используйте защищенный кольцевой электрод для поверхностных измерений и четырехпроводное измерение при сопротивлении ниже 1E5 Ом, где сопротивление провода начинает иметь значение.
• Покрасьте контакты серебром, иначе сопротивление контактов станет частью показаний.
• Укажите, является ли целью поверхностное или объемное сопротивление. Это разные величины, и ом на квадрат — это не то же самое, что ом-см.
• Протестируйте после любого этапа отжига, который увидит деталь, и проверьте при рабочей температуре, если деталь нагревается.

От лабораторного соединения к промышленной нити

Все вышеперечисленное представляет собой сложную логику, и это та же самая логика, которая управляет монофильной леской. Нить кисти представляет собой сложный полимер диаметром примерно от 0,1 до 2 мм, поэтому переменные, которые определяют результат, — это дисперсия, сушка, степень вытяжки и охлаждение, а не только химический состав.

Это практические знания, лежащие в основе ассортимента нитей накала в Нинбо Keying Новые технологии материалов : нейлон ПА6, ПА66, ПА610, ПА612, ПБТ и абразивные нити, производимые на четырех импортных линиях с годовой мощностью свыше 1000 тонн на заводе площадью более 7000 квадратных метров. Компания занимается разработкой и производством нити с 2010 года и создает специальные сорта по чертежам или образцам клиентов, при этом соответствие требованиям RoHS и SGS является базовым экспортным стандартом. Когда речь идет о рассеянии статического электричества, а не о структурировании, те же вопросы применимы и к нитям, изготовленным для проводящие пластиковые щетки используется при работе с электроникой.

Нейлоновая щетка PA66 для очистки, удаления заусенцев и полировки Эта щетина PA66 от производителя накаливания, изготовленная по индивидуальному заказу и отвечающая требованиям RoHS/SGS, подходит для щеток для чистки, удаления заусенцев и полировки. Посмотреть продукт →

Что указать в спецификации перед заказом

Порядок элементов имеет меньшее значение, чем расположение их всех в одном документе.

1. Целевое поверхностное сопротивление и объемное сопротивление, каждое из которых имеет стандарт испытания, процедуру кондиционирования и время электрификации.
2. Приемлемый диапазон, выраженный в логарифмической шкале. Полдесятилетия по обе стороны от целевого показателя вполне реалистично для наполненного состава; диапазон плюс-минус 10 процентов — нет.
3. Рабочая температура и влажность, включая кратковременные пики во время сборки или очистки.
4. Допуск на диаметр, овальность и длину с указанием названного метода измерения.
5. Инструкции по сушке и рекомендуемый период обработки в письменном виде.
6. Независимо от того, находится ли проводящее свойство в объеме или в покрытии, потому что покрытие можно стереть.
7. Приемочные испытания по лотам, в том числе, кто платит за повторное тестирование, если партия не достигает диапазона.

Сопротивление PLA – это не только свойство рецептуры, но и свойство процесса. Выберите семейство наполнителей, соответствующее целевому диапазону, как следует высушите смолу, поддерживайте плавление ниже предела разложения, измерьте указанным методом, и цифры повторятся. Пропустите любой из этих шагов, и следующая катушка будет читаться иначе, чем предыдущая.