Роль и выбор металлических порошков в качестве добавок к пластику

I. Электропроводность/антистатические свойства

1. Серебряный порошок Лучшая электропроводность, но высокая цена. В основном используется в высококачественной электронике, медицине и других областях, где требуется очень высокая электропроводность или биосовместимость пластиковых изделий.

2. Медный порошок Хорошая электропроводность, относительно низкая стоимость. Основная проблема: легко окисляется (на поверхности образуется неокисляемая закись меди), что приводит к снижению электропроводности. Обычно требуется защитное покрытие из серебра или никеля и других инертных металлов или использование антиоксидантов. Широко используется в пластиковых деталях, требующих электромагнитного экранирования или антистатических свойств.

3. Никелевый порошок Хорошая электропроводность, коррозионная стойкость, высокая антиоксидантная способность, хорошая стабильность. Один из основных вариантов наполнителя для электропроводящих пластмасс. Часто используется в электромагнитном экранировании и антистатических приложениях. Следует учитывать потенциальную сенсибилизацию к никелю.

4. Алюминиевый порошок: средняя электропроводность (около 60% от меди), но низкая стоимость, малый вес, металлический блеск. В основном используется в приложениях, где требуется металлический внешний вид, общая антистатическая защита или чувствительность к стоимости. Также часто используется для декоративных эффектов.

5. Посеребренные стеклянные микрошарики/медный/алюминиевый порошок: нанесение слоя серебра или меди на неметаллическое ядро (например, стеклянные микрошарики) или дешевое металлическое ядро для снижения стоимости и одновременного получения хорошей электропроводности.

II. Теплопроводность

1. Алюминиевый порошок: хорошая теплопроводность (~237 Вт/м·К), низкая стоимость, малый вес. Один из часто используемых вариантов наполнителя для теплопроводящих пластмасс.

2. Медный порошок Очень высокая теплопроводность (~400 Вт/м·К), но высокая плотность, высокая стоимость, легко окисляется. Используется в высококачественных приложениях для отвода тепла.

3. Серебряный порошок Лучшая теплопроводность (~429 Вт/м·К), но очень высокая стоимость. Применение ограничено специальными высококачественными областями.

4. Оксид алюминия в порошке: хотя строго говоря, это керамика, но поскольку он получен из металлического алюминия и часто используется в качестве теплопроводящего наполнителя, он часто упоминается. Хорошая теплопроводность (~30 Вт/м·К), изоляция, низкая стоимость, хорошая химическая стабильность, один из наиболее широко используемых теплопроводящих изоляционных наполнителей.

5. Порошок из сплава магния и алюминия: некоторые специальные сплавы (например, AZ91) в порошке также используются в теплопроводящих композитных материалах для баланса теплопроводности, плотности и стоимости.

III. Электромагнитное экранирование

1. Никелевый порошок Хорошая магнитная проницаемость и электропроводность, обеспечивает хорошую защиту от низкочастотных магнитных полей и высокочастотных электрических полей (особенно в виде покрытия). Является основным наполнителем для экранирования электромагнитных помех.

2. Покрытые никелем углеродные/графитовые волокна: сочетают в себе усиливающие свойства волокон и экранирующие свойства никеля.

3. Покрытый никелем медный порошок: использование высокой электропроводности меди и коррозионной стойкости/магнитных свойств никеля для обеспечения широкополосной защиты.

4. Железный порошок/карбонильный железный порошок: обладает высокой магнитной проницаемостью, обеспечивает хорошую защиту от низкочастотных магнитных полей, но высокая плотность, легко окисляется, электропроводность ниже, чем у никеля и меди. Часто используется в случаях, когда требуется сильное магнитное экранирование.

5. Нержавеющая сталь в порошке Хорошая коррозионная стойкость, определенный экранирующий эффект, но высокая стоимость.

IV. Антибактериальные свойства

1. Серебряный порошок /Соединения ионов серебра: ионы серебра обладают широким спектром действия, высокой эффективностью и длительным антибактериальным действием. Это один из важнейших классов антибактериальных добавок для пластмасс. Формы включают наносеребро, цеолит, содержащий серебро, и фосфат циркония, содержащий серебро.

2. Медный порошок /Соединения ионов меди: медь также обладает значительными антибактериальными свойствами, стоимость ниже, чем у серебра. Используется в медицинских изделиях, водопроводных трубах, ручках и других пластиковых деталях, требующих антибактериальной защиты. Следует учитывать миграцию ионов меди и проблему цвета.

3. Оксид цинка в порошке: нанооксид цинка под воздействием света может генерировать активный кислород, обладает фотокаталитическим антибактериальным эффектом. Также часто используется в качестве антибактериального агента.

V. Замедление горения/подавление дыма

1. Гидроксид алюминия: один из наиболее часто используемых неорганических антипиренов. При нагревании разлагается, поглощая тепло, выделяя водяной пар, разбавляющий кислород и горючие газы. Одновременно является хорошим средством подавления дыма. Строго говоря, это не металлический порошок, но он получен из металлического алюминия.

2. Гидроксид магния: механизм действия аналогичен гидроксиду алюминия, температура разложения выше (~330 °C), подходит для конструкционных пластмасс с более высокой температурой обработки. Также является хорошим средством подавления дыма. Получен из металлического магния.

3. Трехокись сурьмы: сама по себе обладает ограниченным огнезащитным эффектом, но в качестве высокоэффективного «синергиста» при совместном использовании с галогенсодержащими антипиренами значительно повышает огнезащитный эффект. Это оксид сурьмы.

4. Соединения молибдена: например, трехокись молибдена, молибдат аммония. Основное действие — подавление дыма, часто используется в сочетании с ATH/MH или другими антипиренами.

VI. Другие функции

1. Раскрашивание/декорирование: алюминиевый порошок (серебристо-белый), медный порошок (золотисто-красный/бронзовый), бронзовый порошок (золотисто-желтый), порошок из нержавеющей стали (металлически-серый) и т. д. часто используются для изготовления пластиковых изделий с металлическим блеском (эффект имитации гальваники).

2.提高比重/配重：钨粉、铁粉等高密度金属粉末用于需要增加塑料制品重量的场合（如高尔夫球杆头配重块、钓鱼坠）。

3.耐磨/减摩：某些金属粉末（如青铜粉）或合金粉末可改善塑料的耐磨性。二硫化钼（虽然主要算硫化物）也常被提及用于减摩。

4.磁性：铁氧体粉末（如钡铁氧体、锶铁氧体）、钕铁硼粉末等用于制造磁性塑料。

七、选择金属粉末作为塑料添加剂时需考虑的关键因素

1. 所需功能：明确首要目标是导电、导热、屏蔽、抗菌还是其他？

2. Требования к производительности: необходимые конкретные показатели (например, целевое удельное сопротивление, коэффициент теплопроводности, эффективность экранирования в дБ, антибактериальная эффективность и т.д.).

3. Пластиковая основа: различные пластмассы (PE, PP, PVC, PC, PA, PPS и т.д.) имеют разные температуры обработки, полярность и вязкость, а также различную совместимость с наполнителями.

4. Технологический процесс: количество, размер частиц, форма и плотность порошка влияют на сложность смешивания и диспергирования, а также на обрабатываемость конечного продукта (текучесть, прочность расплава и т.д.) и механические свойства.

5. Размер и распределение частиц: размер частиц напрямую влияет на характеристики (например, образование электропроводящей/теплопроводящей сети, блеск поверхности) и обрабатываемость. Обычно наноразмерный или микрометрический, узкое распределение предпочтительнее.

6. Поверхностная обработка: модификация поверхности металлического порошка (например, силановые, титанатные связующие, гальваническое покрытие) является ключевым этапом повышения его дисперсности и совместимости в пластмассах, уменьшения окисления, улучшения прочности межфазного соединения и поддержания стабильности свойств.

7. Стоимость: цены на металлические порошки сильно различаются (например, серебро против алюминия против железа).

8. Регламенты и безопасность: особенно для пластмасс, используемых в пищевой промышленности, медицинских изделиях, игрушках и т.д., необходимо соответствие соответствующим нормативным актам (например, RoHS, REACH, FDA и т.д.), следует учитывать миграцию тяжелых металлов, биосовместимость, риск взрыва пыли и т.д.

9. Долговременная стабильность: способность сохранять свойства в условиях пластиковой среды и эксплуатации (температура, влажность, освещение, напряжение), особенно окислительная стойкость (например, медный порошок) и миграционная стойкость (например, антибактериальные ионы).

10. Влияние на свойства матрицы: добавление металлического порошка обычно снижает пластичность пластмассы (хрупкость), увеличивает плотность и может влиять на цвет и прозрачность.

В заключение, металлические порошки играют важную роль в области добавок к пластмассам, и путем разумного выбора и обработки поверхности можно придать базовым пластиковым материалам разнообразные высокоэффективные и функциональные свойства. При выборе необходимо учитывать конкретные условия применения.