靜電耗散是防靜電材料的基本特征要求，在防靜電材料中，通常對絕緣材料進(jìn)行抗靜電改性，對材料進(jìn)行抗靜電改性的方法主要是使用抗靜電改性劑、導(dǎo)靜電填充和本征復(fù)合材料。本文對防靜電改性的幾種方法進(jìn)行了探討，著重對能適合國標(biāo)GB 50611《電子工程防靜電設(shè)計規(guī)范》的指標(biāo)，以本征復(fù)合制作的長效型防靜電材料（10⁶~10⁸Ω）的機理、構(gòu)造、特點、適用范圍進(jìn)行了闡述。

標(biāo)準(zhǔn)GB 50611-2010《電子工程防靜電設(shè)計規(guī)范》提出防靜電工作區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分為三級，上等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為室內(nèi)控制靜電電位優(yōu)良值不大于100V，二級標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為室內(nèi)控制靜電電位優(yōu)良值不大于200V，三級標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為室內(nèi)控制靜電電位優(yōu)良值不大于1000V。相應(yīng)地對防靜電工作區(qū)采用的防靜電工程材料，按靜電屏蔽材料，導(dǎo)靜電材料，靜電耗散材料和絕緣材料進(jìn)行劃分。該標(biāo)準(zhǔn)劃分與國際上的劃分存在差異，見表一；

    表一  國內(nèi)外防靜電材料的類別劃分

例如，在ANSVESD-S20-20 ，推薦的工作臺（面）的表面電阻為 ＜1×10⁹Ω，靜電起電電壓 ＜200V；在靜電放電包裝材料b.2.4中，定義導(dǎo)體（＜1×10⁴Ω/R）耗散（≥1×10⁴ ，＜1×10¹¹）；而在IEC 61340-5-1，定義包裝材料時：劃分靜電耗散的表面電阻為（≥1×10⁵Ω，＜1×10¹¹），導(dǎo)靜電（≥1×10²Ω，＜1×10⁵）絕緣（≥1×10¹¹Ω）。

在靜電材料及制品的設(shè)計選擇中，國標(biāo)GB 50611提出上等防靜電工作區(qū)的地面和墻面、柱面應(yīng)選用導(dǎo)靜電材料，摩擦起電電壓優(yōu)良值不應(yīng)大于100V，靜電半衰期不應(yīng)大于0.1S，同時對二級、三級的防靜電工作區(qū)設(shè)計，也提出了相應(yīng)的要求。此外，對防靜電材料明確定義為長效型和短效型兩種，長效型防靜電材料其防靜電性能與材料壽命同步，在使用期限內(nèi)防靜電性能應(yīng)保持穩(wěn)定。摒除了以往對防靜電材料分類的各種稱謂（如ST/T11236《防靜電貼面板通用規(guī)范》分為長久性防靜電貼面板和普通防靜電貼面板）。

國標(biāo)50611的推出，統(tǒng)一了分類、稱謂在工程建設(shè)中的標(biāo)準(zhǔn)，提供了防靜電控制目標(biāo)，實施方法，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)適用范圍。同時對防靜電材料的研究、開發(fā)及應(yīng)用提出了新的課題。迫切需要對防靜電材料研發(fā)出滿足于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的（如防靜電工作區(qū)的地面、墻面、柱面表面電阻2.5×10⁴Ω～1.0×10⁹Ω）不同種類的對應(yīng)材料。

目前，防靜電材料的要**緩慢泄放靜電電荷，自然界無法原生，故基本上是對絕緣材料進(jìn)行抗靜電改性，將絕緣材料變?yōu)殪o電耗散材料，通常對材料進(jìn)行抗靜電處理的方法主要是使用抗靜電改性劑，導(dǎo)電性填充、本征復(fù)合和輻照改性。

2 抗靜電改性劑

抗靜電劑的添加使用，可以改變高分子材料的導(dǎo)電性能，使其達(dá)到泄漏靜電荷的要求?？轨o電劑是一種化學(xué)物質(zhì)，具有較強的吸濕性和較好的導(dǎo)電性，在介質(zhì)材料中加入或在表面涂敷抗靜電劑后，可降低材料本身的電阻率或表面電阻率，使其成為靜電的導(dǎo)體材料和靜電的消散材料，加速對靜電電荷的泄漏。

使用抗靜電劑對固體材料進(jìn)行抗靜電改性處理，可分為固體內(nèi)部攙雜方法和表面涂敷方法，無論是內(nèi)部攙雜還是外部涂敷，抗靜電劑的作用機理都是一樣的，因為抗靜電劑一般都是表面活性劑，加入材料后表面活性劑的疏水基向材料內(nèi)部結(jié)合，而親水基則朝向空氣，于是在被處理材料表面形成一個連續(xù)的能夠吸附空氣中微量水份的單分子導(dǎo)電層，降低了材料的表面電阻率，加快了靜電荷泄漏，同時改變了材料的表面能級，使材料表面變得柔軟平滑，摩擦系數(shù)減小，從而使接觸分離過程中產(chǎn)生的靜電量減小。

在傳統(tǒng)的防靜電貼面板中，一般有兩種，一種是防靜電面漆板即在表面噴涂的防靜電油漆中，添加抗靜電劑。另一種是防靜電橡膠板即將抗靜電劑添加到橡膠板。*大的缺點是使用壽命短，受環(huán)境因素（濕度）影響大，靜電泄放效果差，隨著時間推移，*終失去防靜電效果。該類產(chǎn)品只適合于短期型的使用。

抗靜電劑雖然在固體材料應(yīng)用中存在著不足，但在火**，化工石油（石油產(chǎn)品儲運）等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

3 導(dǎo)電性填充

導(dǎo)電性填充材料的防靜電改性技術(shù)是在材料的生產(chǎn)過程中，將分散的金屬粉末、碳黑、石墨、碳與基材結(jié)合，采用特殊的加工工藝而制成。

長效防靜電涂料是目前導(dǎo)電性填充防靜電材料應(yīng)用*為普遍的一種，如碳系列為主的防靜電涂料，其良好的導(dǎo)電性在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但其附著力和耐油性差，而且顏色難看。由導(dǎo)電性填充料和高分子材料混合制成的防靜電制品主要有防靜電橡膠制品和防靜電塑料制品已廣泛應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域的防靜電設(shè)施。

由導(dǎo)電性填充材料獲得的防靜電制品，其泄漏靜電的機理與吸濕無關(guān)，所以即使在很低的相對濕度下，仍能保持良好的防靜電性能。導(dǎo)電性填充的效果，主要取決于導(dǎo)電性填充料的種類，骨架構(gòu)造，分散性，表面狀態(tài)，添加濃度，以及基體聚合物的種類、結(jié)構(gòu)和填充料加入聚合物的方法。

導(dǎo)電性填充料的導(dǎo)電機理是十分復(fù)雜的，其電流電壓特性是非線性，主要的導(dǎo)電過程可歸結(jié)為兩種，一是依靠鏈?zhǔn)浇M織中導(dǎo)電顆粒的直接接觸使電荷載流子轉(zhuǎn)移，二是通過導(dǎo)電性填充料顆粒間隙和聚合物夾層的隧道效應(yīng)轉(zhuǎn)移電荷載流子。

3.1 導(dǎo)電材料均勻分布的結(jié)構(gòu)形式

將導(dǎo)電材料如炭黑、金屬粉末大量、均勻地與塑料及其它填料、增塑劑、穩(wěn)定劑混合，并經(jīng)攪拌、密煉、煉塑、熱壓成均勻的導(dǎo)電塑料板材。由于導(dǎo)電材料加入份量較多，板材內(nèi)導(dǎo)電材料形成分子鏈串而導(dǎo)電。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性能均勻，靜電衰減快、半衰期短、成本低、價格低。缺點是顏色深黑色(用炭粉)，一般無法用作活動地板的覆蓋材料和工作臺面板、墻體貼面、頂板等。

3.2 分布的導(dǎo)電纖維結(jié)構(gòu)形式

化學(xué)纖維經(jīng)逐步高溫碳化變成強度高、彈性模量大、具有良好導(dǎo)電能力的纖維絲，混合在塑料中，經(jīng)混合、煉塑后碳纖維脆斷成小段，小段碳纖維搭接成導(dǎo)電網(wǎng)而導(dǎo)靜電，導(dǎo)靜電性能與纖維段搭接多寡及搭按牢固的程度有關(guān)。另外，生產(chǎn)工藝對其導(dǎo)電性能也有很大的影響。

3.3 導(dǎo)電纖維與顆粒導(dǎo)電材料混合的結(jié)構(gòu)

由于導(dǎo)電纖維在煉塑過程中易脆斷，當(dāng)脆斷的纖維小于20um 后，無法搭接成導(dǎo)電網(wǎng)。為此，如果在兩個無法搭接的導(dǎo)電纖維間加入導(dǎo)電粒子（直徑約為20um）形成點線聯(lián)結(jié)串而導(dǎo)電，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性能好、均勻，由于導(dǎo)電粒子加入量大，幾乎將所有未搭接的纖維全聯(lián)起來了，因此，這種結(jié)構(gòu)的半衰期短。

缺點是塑料的顏色由于導(dǎo)電粒子的加多而變黑，表面磨損后，碳粉顯露造成二次污染。

3.4 外裹導(dǎo)電碳黑的塑料粒狀結(jié)構(gòu)形式

這種PVC長效性導(dǎo)靜電貼面，導(dǎo)電碳黑裹在PVC粒子表面，經(jīng)高溫、高壓后，粒子界面相互熔融而形成整體塊狀，經(jīng)切片、磨光，表面顯露出網(wǎng)狀導(dǎo)電紋路，其導(dǎo)靜電能力是由這些導(dǎo)電紋路之間的連通實現(xiàn)的。將不同顏色的母粒按比例分配混合，可生產(chǎn)出各種顏色花紋品種的貼面，導(dǎo)電性能好，且由于導(dǎo)電碳黑裹在PVC粒子相融的側(cè)面，外露少，二次污染少，其半衰期與PVC粒子形狀大小有關(guān)，粒子形狀大、半衰期長，粒子形狀小、半衰期短。導(dǎo)電性填充材料的防靜電材料幾種類型比較，見表二；

 表二   導(dǎo)電性填充材料的防靜電材料幾種類型比較

上述幾類產(chǎn)品均具有良好的導(dǎo)電能力，但也存在以下共性問題：

* 由于是單層結(jié)構(gòu)，易形成放電反沖。

* 基體材料選用PVC材料，這類材料一方面膨脹系數(shù)大，熱脹冷縮嚴(yán)重，易出現(xiàn)翹曲和收縮，

* PVC是半硬質(zhì)材料，且生產(chǎn)過程中經(jīng)過塑化、壓延，高溫情況下要分解出HCL、氯離子，形成雙鍵，對PVC進(jìn)一步分解具有催化作用，加速其老化，因此在材料配方設(shè)計中一般需加入增塑劑DOP、DBP和熱穩(wěn)定劑鹽基性鉛鹽等，不利于環(huán)保。

4 本征復(fù)合

本征復(fù)合防靜電材料是通過分子設(shè)計制備一具有共軛π健的大分子而獲得導(dǎo)電性。使用本征耗散性聚合物IDP來制造，如：聚乙烯、聚吡咯、聚苯硫醚、聚苯胺。通常應(yīng)用于涂覆工藝，也有部分聚合物作為添加劑形式與基礎(chǔ)樹脂結(jié)合，其原理是在基礎(chǔ)樹脂形成互串導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。目前，這類本征復(fù)合防靜電材料制造的防靜電薄膜包裝材料已經(jīng)應(yīng)用，但由于成本等因素，其表面電阻10⁹~10¹⁰Ω，顯然與國標(biāo)GB 50611的要求存在差距，從而限定了該類產(chǎn)品的應(yīng)用。

臺州博爾特塑膠電子有限公司研發(fā)生產(chǎn)的長效阻燃型雙層防靜電貼面板，通過防靜電結(jié)構(gòu)、材料配方、加工方法及配套施工工藝等方面的**，研發(fā)的雙層結(jié)構(gòu)長效阻燃型防靜電貼面板。采用的雙層結(jié)構(gòu)示意圖

              雙層結(jié)構(gòu)防靜電貼面板結(jié)構(gòu)示意圖

其表層為靜電耗散層，選用絕緣性好、伸縮性穩(wěn)定、耐酸堿、耐高溫、高抗沖擊和加工性能好的極性樹脂聚苯乙烯（HIPS）作為基材，同時采用極性、加工溫度與基材匹配的聚醚酰胺（PEA）作為抗靜電材料，并配以一定量的耐磨材料、潤滑劑、顏料（以改善材料的綜合性能）等，并采用特殊的制造工藝而完成。雙層結(jié)構(gòu)持久防靜電貼面板，散耗層選用聚醚酰胺（PEA）為抗靜電材料，通過高溫擠壓在耐沖擊性聚苯乙烯（HIPS）母體中形成IPN互穿網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了靜電的分路消散，

PEA是透明狀高分子導(dǎo)電聚合物，且相對于小分子導(dǎo)電聚合物不易遷移，作為耗散層抗靜電材料，即可實現(xiàn)良好的靜電耗散，又能保持靜電泄放的長效性和穩(wěn)定性，還可與著色劑結(jié)合，設(shè)計成多種顏色的防靜電裝飾面板，提高產(chǎn)品美觀度。兩種聚合物通過高溫擠壓，在熔融過程中形成雙連續(xù)相，使PEA穿透在HIPS樹脂內(nèi)部形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對靜電的快速分路消散，耗散層表面電阻控制在10⁷~10⁸（每厘米歐姆值）。耗散層配方設(shè)計需綜合考慮防靜電性能和材料成本問題，本研發(fā)項目通過大量試驗，將EPA含量控制在27％～30％。

底層為導(dǎo)電層，主要作用是將耗散層分路傳導(dǎo)下來的自由電荷，通過導(dǎo)電炭粉給予釋放，考慮到復(fù)合加工性，導(dǎo)電層基材采用HIPS，導(dǎo)電顆粒母料采用導(dǎo)電炭粉，并配以一定量的EVA為載體，另加潤滑劑等改善材料的綜合性能。底層導(dǎo)電層表面電阻控制在10³~10⁵（每厘米歐姆值）范圍，目的是將耗散層傳導(dǎo)下的靜電電荷迅速泄放，不讓自由電荷在耗散層堆積過多、過久。

這種雙層防靜電貼面板具有以下特點：

* 雙層結(jié)構(gòu)電阻率呈梯度分布，既能保證靜電荷快速釋放，體電阻控制在≦10⁷（每厘米歐姆值），靜電電壓衰減期 <1s（±1000V ~ ±100V）；又能避免放電反沖；

* 由于材料本身具有的特質(zhì)，確保了靜電耗散性能不受溫度、濕度等環(huán)境條件的影響；體積電阻衰減小，靜電泄放穩(wěn)定性好，使用壽命長；

* 由于材料不通過析出物達(dá)到靜電耗散，所以，材料不產(chǎn)生多余物，不會對環(huán)境造成二次污染；

* 采用的HIPS基材較PVC的熱穩(wěn)定性好，伸縮率小，更適用于微電子工業(yè)生產(chǎn)車間、試驗室，高鐵車廂內(nèi)裝飾板，潔凈房，以及醫(yī)院手術(shù)室、CT、X射線室、CCU、ICU病房等的工作臺面、墻面板、頂板等。

表三    幾種防靜電材料的性能對比

5 結(jié)束語

以上就國內(nèi)市場的幾種防靜電材料以及長效阻燃型雙層防靜電材料進(jìn)行了比對，見表三，可以看出本征復(fù)合防靜電材料的優(yōu)勢，但由于其成本的問題，消弱了其競爭力，但從指標(biāo)符合性、使用周期、資源有效利用、使用維護(hù)方面的總體來評估，卻具有巨大的發(fā)展空間。更主要的是本征復(fù)合防靜電材料的出現(xiàn)，其長效不依賴環(huán)境濕度的特性，填補了國內(nèi)靜電耗散材料的不足，未來該類產(chǎn)品將成為市場的主流。