“21世紀(jì)的納米碳材料將像20世紀(jì)的鋁材一樣對人類社會發(fā)揮舉足輕重的作用!”這句話是美國Applied科學(xué)公司總裁馬斯·萊克的預(yù)言。位于俄亥俄州的Applied科學(xué)公司是一家從事研發(fā)高級材料的企業(yè)。納米碳材料是一種縱橫比(長度與直徑比)非常高的微小顆粒,類似于鋁材那樣具有高強度、質(zhì)量輕的特點。添加使用在塑料中,還可大大提高塑料制品的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能。
目前,全球范圍內(nèi)納米碳材料的主要供應(yīng)商有: HyperionCatalysis公司(北美唯一)、日本三井公司和Showa Denko公司、以及Pyrograf產(chǎn)品公司( Applied科學(xué)公司的下屬企業(yè))等4家企業(yè)。后者開發(fā)出一種石墨納米纖維試驗品,其直徑為100～200納米,長度為100微米,縱橫比為500～1000∶1。目前僅提供樣品,價格為70美元/磅,正在建造一家中試工廠。如果以0. 5%～5%的份量比例,加入Pyrograf公司生產(chǎn)的PF24品級納米碳纖維到塑料中,塑料制品的剛度將會提高5倍,并且表面電阻值下降至1～1010歐姆/平方米。
由Hyperion公司生產(chǎn)的多壁納米石墨管的顆粒中,橫向?qū)挾葍H有10納米,長度為10～100微米,其縱橫比至少達到1000∶1。這些尺寸微小并彎曲性小的“細(xì)微纖維”,在塑料加工過程中難以分散。
為了確保得到滿意的分散效果,Hyperion公司又生產(chǎn)提供了母料顆粒,其中含有15%～20%的小纖維,這樣又可降低0. 5%的添加材料重量。
據(jù)Hyperion公司的營銷經(jīng)理帕特·柯林斯介紹說:用這種細(xì)微纖維制成的混料適用于所有級別的電子頻譜,添加量可比普通碳纖維至少低50% ,體積也有相當(dāng)大的差異。據(jù)報道說,該種納米碳管的韌性和延展性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最好的傳統(tǒng)導(dǎo)電性材料,其粘性所受的影響也非常小,因此這種細(xì)微纖維非常適合用于加工薄壁塑料制件,且用其加工的外飾件也具有良好的表面質(zhì)量,比用傳統(tǒng)填料制成的混料收縮性和制品翹曲變形性都要小。
Hyperion公司的產(chǎn)品已從最初的PA 6和PA 66、PBT、PC母料擴大至PEEK、PEI( GE公司生產(chǎn)的Ultem品牌聚醚酰亞胺)、PPS、PA12和PS 等母料,接下來還將推出PP、PET、EVA母料。包括PA 12在內(nèi),目前的用途是在汽車燃料管線中代替金屬。結(jié)合了優(yōu)良的靜電消散( ESD)性能, 再加上高韌性,以及高抗破裂性帶來了額外的安全性能。納米碳管為基體制成的靜電噴漆級混料只需在塑料配方中添加約2%～3%的份量,塑料產(chǎn)品即可獲得理想的導(dǎo)電性,并達到A級表面質(zhì)量。
目前在納米碳管的使用過程中,成本居高是主要的制約因素,比如Hyperion公司的小纖維都定價約50美元/磅?？铝炙瓜壬硎?經(jīng)過長期努力,尤其是全球規(guī)模的生產(chǎn)廠家啟動后,其價格將會下降。
此外, RTP公司導(dǎo)電材料的產(chǎn)品經(jīng)理斯科特·柯貝納介紹說:添加4%～7%的RTP公司出品的納米碳管混料就可使塑料制品具有104～109歐姆/平方米的表面電阻,該公司的NTC系列材料出現(xiàn)的冷、熱點最少,適合用于高純度的靜電消散和靜電噴涂混料。該公司還將納米碳管加入到高抗沖聚苯乙烯、聚甲醛和其它種類的工程樹脂中。NTC系列產(chǎn)品的定價比PAN品級纖維混料的價格要高出25%～100%。
LNP公司則可供應(yīng)高純度靜電消散材料———“超干凈Stat- Kon”,即在PEEK和PEI材料中添加納米碳管,用以生產(chǎn)晶片盒和磁盤驅(qū)動元件。它的離子污染據(jù)說比碳纖維材料要低65%～90%。
而田柯納(Ticona)公司可提供導(dǎo)電性PPS系列材料,采用了一種非傳統(tǒng)的碳導(dǎo)電體,這種新型物質(zhì)據(jù)說具有許多納米碳管的優(yōu)點,而且成本相當(dāng)?shù)?。這種添加物和專門的合成技術(shù)據(jù)說可確保靜電消散性能的精確“調(diào)校”。該材料也被人們形容為“干凈”材料———不脫落且離子污染低,還可除去氣味,用于生產(chǎn)液晶顯示器、電子存儲介質(zhì)和微電子包裝盒等。
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