Въглероден черен пигментслужи като крайъгълна добавка в съвременното пластмасово производство, особено когато електрическите свойства са от първостепенно значение. Тази специализирана форма на елементарен въглерод трансформира изолационните полимери във функционални материали, способни да управляват статично разреждане и да провеждат електричество. Чрез контролирано разпределение на размера на частиците и структурата на агрегатите, въглеродният пигмент създава проводими пътища в полимерните матрици, като се справя с критични предизвикателства в опаковките на електрониката, автомобилните компоненти и промишлените приложения, където защитата от електростатичен разряд не-подлежи на обсъждане.
Разбиране на черния въглероден пигмент и неговите свойства
Химични и физични характеристики
Саждите са високо{0}}ефективен въглероден материал, произведен чрез внимателно контролиране на процесите на термично разлагане. За разлика от обикновените сажди, този пигмент е направен съгласно стриктни правила, които казват колко големи трябва да бъдат частиците, каква трябва да бъде повърхността химически и колко сложна трябва да бъде структурата. Процесът на черна пещ все още е най-разпространеният начин за производство на частици, които могат да бъдат с размер от 10 до 80 нанометра в зависимост от необходимостта. Способността на материала да получава ултравиолетова светлина и да създава електрически мрежи вътре в полимерите на гостоприемника е пряко свързана с тези микроскопични измервания.
Начинът, по който тези въглеродни частици взаимодействат с полимерните вериги по време на смесване, зависи от това как са направени техните повърхности. Оксидираните видове имат карбоксилни и фенолни функционални групи, които ги правят по-омокряеми в някои смолисти системи. Не-окислените видове, от друга страна, имат по-малко летливо съдържание и са по-добри за термопластични цели. С това повърхностно инженерство, производителите могат да избират класове, които се разпръскват добре по време на екструдиране или леене под налягане, без да отслабват целостта на материала при опън.
Ключови параметри на ефективността
Както оптичните, така и електрическите характеристики са силно повлияни от размера на частиците и повърхностната площ. По-малките частици (под 20 нанометра) абсорбират ултравиолетовата светлина по-добре и придават на черните цветове по-дълбоки сини нюанси, което е важно за високо-автоматичните покрития. Междувременно по-големите частици (40–80 нанометра) позволяват добра проводимост при по-високи нива на натоварване, като същевременно поддържат минимални увеличения на вискозитета по време на обработката.
Масленото абсорбционно число (OAN) може да се използва за измерване на структурата и сложността на разклоняването на въглеродните клъстери. Класовете с висока -структура имат сложни три{2}}измерни мрежи, които улесняват протичането на електроенергия при по-ниски количества, обикновено между 8 и 15% от теглото в полиетиленовите структури. Необходима е по-голяма тежест, за да се добавят версии с ниска -структура, но те имат по-добри механични качества и могат да се използват на места, където са изпълнени стандартите за умерена проводимост.
Полутоновете идват от начина, по който се разпръсква светлината, когато се разпределят частици с различни размери. Когато мениджърите по закупуване искат сажди за очевидни части, те трябва да знаят, че получаването на неутрални или сини нюанси изисква по-добър контрол върху размера на частиците, което има пряк ефект върху това колко струва покупката и как се избират доставчиците.
Регулаторни и екологични съображения
Съдържанието на полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ) във въглеродните цветове се разглежда по-отблизо от глобалните индустриални стандарти. Индустриалните приложения трябва да гарантират, че доставчиците поддържат нивата на PAH на ниво, което отговаря на местните стандарти за безопасност. Това е особено важно, когато пластмасовите съединения могат да влязат в контакт с водни системи или земеделски площи. Надеждните производители дават пълни сертификати за анализ, които показват летливото съдържание, остатъците от пепел и нивата на влага, които влияят върху стабилността на следващата стъпка в процеса.
Производствените-системи със затворен цикъл, които улавят топлинна енергия и по-ниски емисии на частици, направиха голяма разлика в екологичността на производството на сажди. Когато разглеждат дългосрочни-партньорства, екипите за доставки трябва да открият дали доставчиците са ангажирани с устойчиви практики. Тези въпроси стават все по-важни на пазарите в Северна Америка, когато става въпрос за мерки за корпоративна отговорност и спазване на правилата.
Сажен пигмент в проводими и антистатични пластмасови съединения
Механизми на проводимост в полимерни системи
Теорията за просмукване обяснява как защитните пластмаси могат да бъдат превърнати в материали, които могат да провеждат електричество. Когато броят на въглеродните частици в полимерната матрица достигне определено ниво, те започват да образуват пътища, които позволяват на електроните да се движат наоколо. Тази перколационна бариера се променя в зависимост от формата на частиците. Саждите с висока структура могат да провеждат електричество при 8–12% натоварване в полиетилен, докато класовете с по-ниска структура може да се нуждаят от нива на добавяне от 15–20%.
Колко добре се формират мрежите се контролира от формата на частиците. Агрегатите с разклонени структури имат повече контактни точки на единица обем, което означава, че е необходимо по-малко налягане за достигане на желаните стойности на съпротивление. Техническите инженери трябва да намерят баланс между електрически характеристики и механични свойства, тъй като изборът наВъглероден черен пигментпряко влияе както върху проводимостта, така и върху запазването на якостта на удар и удължението, необходими за корпуса или обвивката на кабела.
Разграничаване на проводими от антистатични приложения
Проводимите пластмаси са направени с повърхностно съпротивление по-малко от 10^6 ома на квадрат, което ги прави добри за блокиране на електромагнитни смущения или премахване на статично електричество в опасни среди. Тези смеси обикновено имат 12 до 20 процента висока-структура на сажди в тях, за да се гарантира, че силните електрически мрежи издържат през целия живот на частта.
Антистатичните химикали поддържат повърхностното съпротивление между 10^6 и 10^11 ома на квадрат, което е точно достатъчно, за да спре полепването на прах по повърхността и натрупването на заряди с течение на времето, без да правят напълно проводими пътища. Те използват въглеродни натоварвания между 6 и 12 процента, което увеличава-ефективността на разходите, като същевременно отговаря на стандартите за електростатичен разряд в опаковките на електрониката и контейнерите за обработка на материали. Изборът между проводими и антистатични формули се основава на нуждите на бизнеса. Контролираното съпротивление е необходимо за полупроводниковите опаковки, за да се предпазят чувствителните части от пикове на напрежението. От друга страна, достатъчна проводимост може да е достатъчна за приложения на селскостопанско фолио, за да се избегне статично залепване по време на високо{11}}скоростно опаковане.
Дисперсионна технология и съображения за обработка
Като се има предвид високата повърхностна енергия на наномащабните частици, е много трудно да се гарантира, че въглеродът е равномерно разпределен в полимерната стопилка. Обичайният начин за механично смесване на материали е чрез дву-шнекова екструзия. Конфигурациите на винтовете са направени така, че да дават високи сили на срязване, които разбиват въглеродните агломерати, без да разрушават полимерната матрица. Чрез добавяне на агенти за съвместимост по време на производството на мастербач, химическите повърхностни обработки правят дисперсията по-стабилна. Тези съвместими средства понижават междинното напрежение между въглеродните повърхности и полимерните вериги. Това прави оригиналната дисперсия по-добра и също така предпазва сместа от слепване отново по време на съхранение или почистване.
Производителите следят ситата с 325 меша, за да се уверят, че остатъците от ситото са по-малко от 20 части на милион. Това гарантира, че несмесените въглеродни агрегати няма да запушат филтърните системи по време на екструдирането на филма или да оставят дефекти по повърхността на формованите части. Този параметър за качество има пряк ефект върху това колко добре е направен продуктът и как изглежда, когато е завършен, така че е важно изискване за квалифицираните доставчици.
Как да изберете правилния сажен пигмент за вашата пластмасова смес?
Съответствие на характеристиките на частиците с изискванията на приложението
За да изберете правилните степени на въглерод, трябва да знаете много за това как размерът на частиците, структурата и химията на повърхността влияят на полимерните системи, с които искате да работите. За използване на полиетилен и полипропилен най-добри са класове със средна -структура с балансирана проводимост и възможност за обработка. От друга страна, може да са необходими окислени степени за инженерни смоли като ABS, за да се получи стабилна дисперсия без прекалено голямо увеличение на вискозитета.
Дори когато оцветяването е проводимо, важно е да помислите за силата на оцветяване, тъй като еднаквостта на цвета между партидите влияе върху контрола на качеството и удовлетвореността на клиентите. Класове с постоянна мощност на оцветяване, тествани от ASTM D3265, гарантират, че външният вид е един и същ от един производствен цикъл до следващия, което намалява отпадъците от материал, който не отговаря на спецификациите. Като част от оценката на доставчик, тестването за съвместимост трябва да включва реологични измервания, които показват как добавянето на въглерод променя индекса на потока на стопилката и прозорците на температурата на обработка. Тези фактори ни казват дали настоящото оборудване за екструдиране или формоване може да се справи с променената формула, без да се налага да купуваме ново, по-модерно оборудване.
Сравнение на сажди с алтернативни добавки
По отношение на редица мерки за ефективност, саждите все още се представят по-добре от другите електрически пълнители. Графитните частици естествено провеждат по-добре електричеството, но по-големите добавки правят механичните им качества и повърхностното им покритие много по-лоши. Металните пълнители добавят проводимост при по-ниски нива на напрежение, но също така правят материала по-плътен, което може да бъде проблем за приложения, които трябва да запазят теглото си, и могат да причинят галванична ръжда на влажни места.
Активният въглен има специфична порьозност, която може да бъде полезна за филтриране, но няма структурните свойства, необходими за ефективно изграждане на електрическа мрежа на цена, която е конкурентна. Ценова-ефективност наВъглероден черен пигменте ясно, когато погледнете общите разходи за формулиране, които включват не само цената на суровините, но и колко добре е направена частта и колко добре работи. Наночастиците от въглерод стават все по-популярни на пазара, тъй като компаниите се опитват да направят проекти с по-тънки стени и по-строги изисквания за съпротивление. Тези по-усъвършенствани класове струват повече, но работят по-добре и си струват допълнителните пари в ситуации с висока-стойност, където стабилността на електричеството е ключова за изпъкването на продукта.
Критерии за оценка на доставчиците
Професионалистите, които отговарят за закупуването на неща, трябва да се уверят, че потенциалните продавачи разполагат с цялостни системи за качество, които покриват стабилност от партида до партида. Коефициентът на абсорбция на масло трябва да бъде в рамките на ±5 DBP единици, съдържанието на влага трябва да бъде под 1,0 % и нивата на пепел трябва да показват, че няма много неорганично замърсяване, което може да промени диелектричните свойства.
Превъзходните доставчици се различават от продавачите на стоки, защото могат да осигурят техническа поддръжка. Наличието на достъп до инженери на приложения, които знаят как да обработват полимери и как електрическите свойства са свързани помежду си, ускорява процеса на формулиране на по-добри продукти и отстраняване на проблеми, които възникват по време на производството. Преди подписване на широкомащабни-договори, рисковете при внедряването могат да бъдат намалени чрез използване на примерни програми за тестване, които ви позволяват да тествате в реални-условия на обработка.
Сертифицирането по стандартите за управление на качеството ISO 9001 показва, че доставчикът се е ангажирал да посрещне специфични нужди, докато други сертификати, които са специфични за индустрията, показват, че доставчикът е сериозен относно контролирането на процеса. Дългосрочните -партньорства се формират, когато доставчиците отделят време, за да научат за приложенията на клиентите си и да предложат подобрения в степента при промяна на технологиите.
Прозрения за обществените поръчки: Закупуване на въглероден пигмент за проводящи пластмаси
Ценови структури и оптимизиране на поръчките
Цената на саждите зависи от редица неща, като например начина на производство, изискванията за размера на частиците и колко трудно е да се третира повърхността. Стандартните класове за основни антистатични употреби обикновено струват между $1,50 и $3,00 за килограм, когато се купуват на едро. Специалните проводими класове със строго контролирано разпределение на частиците струват между $4,00 и $8,00 на килограм, въз основа на изискванията за ефективност.
Различните продавачи имат много различни минимални номера на поръчката. Например големите производители обикновено се нуждаят от пълни контейнери (20–22 метрични тона), за да получат рекламираната цена, докато по-малките дистрибутори могат да се справят с по-малки количества с пропорционални промени в цените. Мениджърите по покупките трябва да разгледат общата цена на доставката, която включва транспорт, тъй като саждите имат по-ниска плътност от минералните пълнежи, което променя цената на доставката.
На нестабилните пазари на суровини програмите за ангажиране на обема помагат да се поддържат цените стабилни. Производителите могат да заключат добри цени и да поддържат инвентара си гъвкав чрез договаряне на годишни споразумения с тримесечни графици за доставка. Тези настройки работят най-добре, когато е възможно грубо да се познае колко ще се използва и когато складовото пространство позволява стратегически нива на запаси.
Стратегии за управление на веригата за доставки
Когато изпращате неща, трябва да обърнете допълнително внимание на това, че опаковката е здрава и предпазва от влага. Тъй като саждите са хигроскопични, контейнерите трябва да останат затворени, докато дойде време да се използват. Това е така, защото абсорбирането на вода може да причини проблеми при обработката, като образуване на мехурчета по време на екструдиране. За фирми, които работят във влажни зони, доставчиците, които предлагат влаго{3}}устойчиви опаковки или азот-продухвани контейнери, са особено полезни.
Сроковете за доставка от азиатски доставчици до северноамериканските пристанища обикновено отнемат 6 до 10 седмици, което включва морски превоз. Местните продавачи обаче може да са в състояние да предложат доставка след 1 до 2 седмици от регионалните магазини. Тази разлика във времето засяга стратегиите за инвентаризация. Например, някои производители поддържат договорености с двоен-източник, които включват евтини вносни материали за основно потребление и скъпи вътрешни доставки за бързо попълване на запасите. Протоколите за осигуряване на качеството трябва да включват процеси за проверка на входящите материали, за да се гарантира, че отговарят на стандартите, преди да бъдат използвани в производството. Простите тестове, които сравняват силата на оцветителя със спазените стандарти, могат бързо да намерят разлики в партидите, които могат да повлияят на стабилността на продукта. Това спира скъпите производствени проблеми и оплакванията на клиентите.
Изграждане на стратегически отношения с доставчици
Тъй като технологията за сажди е толкова сложна, най-добре е да работите с доставчици, които могат да покажат, че имат истински технически познания и работят с вас за решаване на проблеми. Когато доставчиците помагат с формулирането, правят проби от растения и предлагат постоянна поддръжка на приложения, те добавят стойност над и отвъд цената на стоката, което прави бизнеса по-конкурентоспособен.
Да бъдете открити относно вашите производствени умения и качествени процеси помага за изграждането на доверие, което е важно за трайни взаимоотношения. Одитите на място, които показват реалните производствени условия, процедурите за тестване и практиките за документиране на качеството, дават на купувачите увереност, че доставчиците ще могат да се справят със спецификациите, дори когато пазарът се промени и има оперативни проблеми. Когато производителите говорят за нови въглеродни технологии и променящи се правила, това им отваря шансове да работят заедно върху нови идеи. Комуникация преди време за нови оценки наВъглероден черен пигменткоито предлагат по-добра производителност или по-ниски разходи, показва, че доставчикът се грижи за успеха и на двете страни, а не просто да се конкурира на цена.
Казуси от практиката: Успешни приложения на сажди в проводими и антистатични пластмаси
Производство на автомобилни компоненти
Голяма компания, която произвежда кабелни снопове за автомобили, имаше проблеми с електромагнитни смущения, които направиха сензорите по-малко надеждни в хибридните превозни средства. Инженерният екип постигна повърхностно съпротивление под 10^5 ома на квадрат, като добави 14% въглеродни сажди с висока -структура към корпусите на конекторите от найлон-12. Това блокира добре електромагнитните смущения (EMI), като същевременно запазва механичната якост, необходима за много цикли на свързване.
За да може приложението да работи най-добре, източниците на материали и експертите по обработката трябваше да работят заедно, за да намерят най-добрата конфигурация на винта и разпределението на времето за престой за леене под налягане. При първите тестове беше установено, че недостатъчната дисперсия причинява промени в съпротивлението, които са твърде големи, така че методите на смесване трябва да бъдат променени. Подобреният процес осигури еднакво електрическо представяне в производствени количества от повече от 500 000 единици годишно, без повреди на място поради статичен разряд за три моделни години.
Анализ на разходите показа, че модифицираните-съединения със сажди са по-рентабилни-от метализираните алтернативи. Те не се нуждаеха от допълнителни стъпки за покритие и бяха също толкова добри в екранирането. Това приложение показва как изборът на правилния клас и оптимизирането на процесите може да отключи ползите от производителността, които правят повишаването на материалните разходи си заслужаващо чрез намаляване на общите разходи за производство.
Решения за опаковане на електроника
Компания, която произвежда тави за интегрални схеми, получаваше все повече искове за щети от електростатичен разряд, който се случи по време на сглобяването на полупроводници. Традиционните антистатични добавки, които се придвижват към повърхностите на компонентите, предизвикаха притеснения от замърсяване, което навреди на надеждността на свързването на чиповете, което доведе до изследване на дългосрочни-антистатични решения.
Когато проблемите с повърхностната миграция бяха коригирани чрез използване на полипропиленови съединения с 10% окислени сажди, повърхностното съпротивление остана стабилно между 10^8 и 10^10 ома на квадрат през целия живот на продукта. Тъй като корозиралата степен беше съвместима с полипропилен, тя се разпространи равномерно, без да се налага повишаване на температурата на обработка, което може да повлияе на сигурността на размерите на тавата. В продължение на 18 месеца проследяването на производствените данни показа, че инцидентите с електростатични щети са намалели със 73%. Това означаваше, че гаранционните разходи намаляха значително и резултатите за удовлетвореност на клиентите се повишиха. Случаят показва, че въглеродните сажди могат надеждно да защитят скъпите компютърни части, като същевременно отговарят на стриктни стандарти за чистота, които не могат да бъдат изпълнени от скитащи адитивни технологии.
Промишлено оборудване за обработка на материали
Компания, която продава части за конвейери на химическата промишленост, се нуждаеше от проводими HDPE ролки, за да предпази праховете от натрупване на статично електричество, когато се преместват в среда, която може да бъде експлозивна. За тази работа повърхността трябваше да има съпротивление по-малко от 10^6 ома на квадрат, като същевременно можеше да издържи на удари и да работи с химикали както в киселинни, така и в основни условия.
Разработването на формулата установи, че 16% доза сажди от пещ с висока -структура работи най-добре за постигане на желаната проводимост, без да прави материала твърде твърд, което би ускорило износването на колана. Тестовете за ускорено стареене показаха, че електрическите качества остават същите след пет години експлоатационни условия, които са подобни на реалните-работни настройки, като температурни цикли и излагане на химикали. В продължение на три години инсталациите в дванадесет завода потвърдиха това, което лабораторията каза, че ще се случи, а електрическите тестове показаха, че системите продължават да отговарят на стандартите за -взривобезопасност. Успешното стартиране показва как въглеродните сажди могат да се използват в критични за безопасността-ситуации, при които напреженията на околната среда или дългите експлоатационни периоди не могат да повлияят на стабилността на електрическите свойства.
Заключение
Въглероден черен пигментвсе още е необходим, за да превърне обикновените пластмаси в полезни материали, които отговарят на нуждите от електрическа ефективност на съвременната индустрия. Професионалистите в закупуването могат да избират степени, които осигуряват най-добра проводимост, като същевременно запазват механичните свойства и ефективността на обработката, като разбират характеристиките на частиците, оптимизацията на структурата и методологията на дисперсията. Производителите могат да отговорят на променящите се нужди на пазара, като избират надеждни доставчици, които предлагат постоянно качество, техническо сътрудничество и стабилна верига за доставки. С нарастването на употребата на саждите в секторите на електрониката, автомобилостроенето и промишлеността, технологията зад тях се подобрява чрез нови инженерни техники на частици и екологични методи на производство. Тази важна добавка остава в центъра на разработването на проводими и антистатични пластмасови съединения.
ЧЗВ
Q1: Какво определя проводимостта на саждите в пластмасови матрици?
О: Проводимостта зависи от структурата на агрегата и количеството частици, които са в него. Когато 8–12% полиетилен се състои от високо-структурни класове със сложно разклонение, се образуват проводими мрежи. Разпределението на размера на частиците влияе върху това колко добре агрегатите контактуват един с друг. Повърхностната обработка влияе върху съвместимостта на полимерите, което от своя страна влияе върху качеството на дисперсията, което от своя страна определя последователността на електрическите пътища в цялото вещество.
В2: Кои типове полимери работят най-добре със сажди за антистатични цели?
О: За антистатична употреба полиетиленът, полипропиленът и ABS смолите работят добре със саждите. PE и PP имат добра дисперсия със средни -степени на структурата при 6–10% натоварване, със съпротивление от 10^8–10^10 ома на квадрат. За инженерни смоли като ABS, окислените степени могат да помогнат за поддържане на дисперсията фиксирана, без да кара вискозитета да се повишава твърде много по време на леене под налягане.
Q3: Как купувачите трябва да оценят качеството на саждите чрез тестване на проби?
О: Поискайте примери, които се доставят с пълни сертификати за анализ, които показват, че имат число на абсорбция на масло (в рамките на ±5 DBP стандарт), съдържание на влага по-малко от 1% и остатък от ситото по-малко от 20 ppm при 325 меша. За да сте сигурни, че всеки цикъл е един и същ, тествайте силата на оцветяване съгласно ASTM D3265. Също така, измерете повърхностното съпротивление във вашата конкретна полимерна система при нивата на натоварване, които планирате да използвате, за да сте сигурни, че ефективността на проводимостта съответства на това, което продавачът казва, че ще бъде.
Партньор на Henghao Technology за надеждни доставки на въглеродни пигменти
Henghao Technology Development (Hangzhou) Co., Ltd. предоставя високо{1}}качествен въглероден пигмент на производители в 33 страни по света повече от 20 години. Нашите директни фабрични цени и строг контрол на качеството гарантират, че вашите проводими и антистатични пластмасови състави винаги работят добре с електричество и не се развалят, когато се обработват. Като добре-известен доставчик на въглероден пигмент, ние поддържаме голям запас от високо-структурирани и оксидирани видове, които могат да се използват в предизвикателни индустриални, автомобилни и електронни условия. Нашият технически екип може да ви помогне с формулирането и прилагането, като намери най-добрите нива на натоварване и протоколи за дисперсия за вашите полимерни системи и производствено оборудване. Изпратете ни имейл наinfo@henghaopigment.comза да получите мостри с пълни технически спецификации, да говорите за вашите нужди от проводимост или да получите персонализирани оферти, които показват колко сме ангажирани да предлагаме конкурентни цени и надеждна верига за доставки.
Референции
1. Donnet, JB, Bansal, RC и Wang, MJ (2018).Сажди: Наука и технологии. CRC Press, Бока Ратън, Флорида.
2. Rothon, RN (2017).Пълнители за полимерни приложения. Springer International Publishing, Cham, Швейцария.
3. Мамуня, Ю.П., Давиденко, В.В., Писис, П. и Лебедев, Е.В. (2012). "Електрическа и топлопроводимост на полимери, напълнени с метални прахове."European Polymer Journal, том. 38, стр. 1887-1897.
4. Крупа, И. и Ходак, И. (2001). "Физични свойства на термопластични/графитни композити."European Polymer Journal, том. 37, стр. 2159-2168.
5. Фландин, Л., Хилтнер, А. и Баер, Е. (2001). „Взаимовръзки между електрически и механични свойства на въглероден-запълнен с етилен-октенов еластомер.“Полимер, том. 42, стр. 827-838.
6. Американско дружество за тестване и материали (2019).ASTM D257-14: Стандартни методи за изпитване на постояннотоково съпротивление или проводимост на изолационни материали. ASTM International, West Conshohocken, Пенсилвания.
