張博洋 尚宇鵬 史杰

一種鉛基復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料金屬含量的測定方法

張博洋1尚宇鵬2史杰2

（1 駐青島地區(qū)第二軍事代表室，山東青島，266000）（2 淄博火炬能源有限責(zé)任公司，山東淄博，255000）

含有鉛金屬的鉛基導(dǎo)電塑膠材料因其具有良好的導(dǎo)電能力，在精密儀器與精密電子元件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為導(dǎo)電塑膠材料的重要功能性組分，金屬粒子的分散程度與含量決定了導(dǎo)電塑膠材料的導(dǎo)電性能與機(jī)械強(qiáng)度。本研究形成一種對含鐵與含鉛的導(dǎo)電高分子材料進(jìn)行金屬分散均勻度以及金屬含量的測定方法，并應(yīng)用于測定聚乙烯基導(dǎo)電高分子材料相關(guān)性能。

復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料；金屬分散均勻度；金屬含量；測定方法

1 緒論

隨著社會的進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展，各個行業(yè)對高性能材料的需求隨之增大。高分子材料由于具有相對易于加工的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需要通過調(diào)整聚合物種類與分子量來改變材料整體性狀，并且普遍具有較好的韌性與拉伸強(qiáng)度，從而在電氣、機(jī)械與化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是隨著現(xiàn)階段各項高新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，對于高分子材料有著更高的各項要求，使得復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料漸漸受到人們更多的關(guān)注[1,2]。

高分子材料普遍具有絕緣性，在特定環(huán)境下，其表面易于積累靜電電荷且無法釋放，進(jìn)而形成靜電壓。在靜電的作用下高分子材料表面會吸附灰塵，由于靜電的吸引，這些灰塵常常難以去除；另一方面，靜電電壓積累到一定程度后，會發(fā)生靜電放電與擊穿現(xiàn)象，進(jìn)而對材料本身造成損害，在精密儀器與精密電子元件領(lǐng)域影響較大[3]。同時，在需要接觸易燃易爆氣體的行業(yè)，靜電積累到一定程度可能會將工作環(huán)境的易燃易爆氣體引燃，對工作人員的生命安全以及財產(chǎn)安全帶來極大損害。復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料制作工藝簡單，成本較低，本身可以通過將產(chǎn)生的靜電及時引出，避免靜電在材料表面積累來解決上述問題，是精密電子行業(yè)常用的材料[4]。

對于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，其中金屬組分在高分子基中的含量與分散程度決定了復(fù)合材料的整體性能。一般來說，金屬填料用量比越大，復(fù)合材料的導(dǎo)電性越好，但整體密度也會相應(yīng)增加；在金屬用量一定的情況下，金屬分散程度越好，材料各個部分電阻差異越小，這會提升整體復(fù)合材料的導(dǎo)電性[5]。因此，對金屬組分的含量與分散程度的準(zhǔn)確測定就顯得尤為關(guān)鍵。

本研究以熱壓自制摻雜金屬鉛粉的聚乙烯基復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料為研究對象，針對性設(shè)定了對復(fù)合材料各項指標(biāo)測定試驗，提出了一套復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料金屬含量與金屬分散均勻度的測定方案。

2 實(shí)驗材料與方法

2.1 實(shí)驗材料

本實(shí)驗所用測定對象為熱壓自制的摻雜金屬鉛粉的聚乙烯基復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料，金屬含量要求波動不大于設(shè)定值的3%。對金屬鉛含量測定所涉及的試劑材料如下所示：

去離子水；乙酰丙酮，分析純；硝酸：ω(HNO3)=1:4；鄰二氮雜菲溶液，1g鄰二氮雜菲溶于100mL硝酸；乙酸鈉溶液，ρ=0.2g/mL；六次甲基四胺溶液，ρ=0.2g/mL；二甲酚橙溶液，ρ=0.01g/mL；乙二胺四乙酸二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，c(EDTA)=0.025mol/L。

2.2 設(shè)備及儀器

自動電位滴定儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；電子天平，湖南辰科技有限公司；馬弗爐(200℃～1000℃)，湖南華德電子有限公司；切割水刀，沈陽奧拓?？萍脊煞萦邢薰尽?/p>

2.3 測定步驟

2.3.1確定EDTA滴定度

首先稱取9.246gEDTA于燒杯中，加100mL去離子水溶解，并將液體轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度，混勻；其次，稱取1g純鉛粉，并與100mL硝酸混合于200mL燒杯中，蓋上表面皿，并使用電爐加熱至鉛粉完全溶解；最后，將燒杯內(nèi)液體轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶中，以去離子水稀釋至刻度，混勻。

將液體取出約100mL，使用注射器針筒取25mL溶液，置于燒杯中；向溶液加入2mL乙酰丙酮與8mL鄰二氮雜菲溶液，稀釋至體積約為150mL，加入六次甲基四胺溶液20mL，最后用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定直至溶液顯示為亮黃色。按公式(1)計算EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對鉛的滴定度：

(1)

其中，(g/mL)是EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對鉛的滴定度，(g)是鉛粉的質(zhì)量，(mL)是使用的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

2.3.2測試樣處理

第一步，使用切割水刀在整塊復(fù)合材料板上的四角與中心各取一次10cm×2cm×2cm大小的測試樣，并粉碎篩選測試樣5g。其次，將測試樣置200mL燒杯中，在電爐上加熱使復(fù)合材料的聚乙烯組分碳化；將燒杯內(nèi)容物放置于馬弗爐中，在450℃～600℃的環(huán)境中煅燒，并冷卻至室溫；加入100mL硝酸并在燒杯口蓋上表面皿，在電爐上加熱直至試樣完全溶解。

樣品溶解后，將燒杯與表面皿整體取下自然冷卻至室溫；冷卻后，用去離子水清洗表面皿以及燒杯杯壁，將清洗水集中至燒杯中，并將燒杯內(nèi)液體轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶中，以去離子水稀釋至刻度，混勻。

最后，將混合液體取出約100mL，使用注射器針筒取25mL溶液，置于燒杯中；向溶液加入2mL乙酰丙酮與8mL鄰二氮雜菲溶液，稀釋至體積約為150mL，加入六次甲基四胺溶液20mL，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定直至溶液顯示為亮黃色，并記錄溶液用量。連續(xù)做3組試驗，并取平均值。根據(jù)公式(2)計算金屬鉛的用量：

其中，W(%)是樣品中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，(mL)是EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至滴定終點(diǎn)所消耗的體積平均值，(g/mL)是EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對金屬鉛的滴定度，(g)是試樣質(zhì)量，500/25是稀釋的倍數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品形態(tài)

在進(jìn)行對金屬鉛含量的檢測之前需要優(yōu)先消除其他組分的影響，本研究采用碳化的方式去除多余組分。為使樣品充分碳化，將樣品使用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。并使用不同目數(shù)篩網(wǎng)，篩取測試樣粉末。結(jié)果表明，更大的目數(shù)可以篩取更小的測試樣顆粒，更小的試樣顆粒直徑代表了更均勻的受熱，極大降低了樣品充分碳化所需時間。使用100目以上篩網(wǎng)時，更多目數(shù)對整體碳化效果影響不大。因此選用100目篩網(wǎng)對測試樣進(jìn)行篩選。

3.2 樣品分析

本次研究分別以鉛含量設(shè)定值為75%、80%與85%的三種材料作為研究對象，測試了5個藥品，具體測定數(shù)據(jù)見表1與圖1。

表1 理論值與測定值

圖1 擬合示意圖

EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對金屬鉛的滴定度在試驗開始前確定，通過這一步驟，本研究的測定方法可以真實(shí)有效地反映試驗中樣品的鉛含量。鉛含量的理論值是對材料金屬含量提出的期望值，表1數(shù)據(jù)表明，測定值與設(shè)定值最大相差小于3%，材料的鉛含量符合期望值。對從材料平均取樣的小樣進(jìn)行金屬含量的測試并將所得數(shù)據(jù)擬合。由圖1可知，相關(guān)性R2大于0.98，表明各點(diǎn)金屬含量數(shù)值相近，整體材料具有較強(qiáng)的均勻性。

4 結(jié)語

本研究提出了一套復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料金屬含量與金屬分散均勻度的測定方案，并以熱壓自制摻雜金屬鉛粉的聚乙烯基復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料為研究對象。該測定方案行之有效，可為未來對復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料導(dǎo)電組分含量的測定研究奠定基礎(chǔ)。

[1] 陳洵.導(dǎo)電塑料的國內(nèi)外發(fā)展概況[J].新材料產(chǎn)業(yè),2002(01):27-29.

[2] 方鯤,毛衛(wèi)民,馮惠平.等.導(dǎo)電聚苯胺(PAn)材料在EMI中的應(yīng)用[J].安全與電磁兼容,2004(05):38-39+48.

[3] 陳立軍,方宏鋒,張欣宇等.碳系填充型導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展[J].合成樹脂及塑料,2007(02):78-81.

[4] 付東升,張康助,張強(qiáng).導(dǎo)電高分子材料研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2004(01):55-59.

[5] 陳茂斌,蘭偉,張勝濤等.聚乙烯復(fù)合導(dǎo)電塑料性能[J].應(yīng)用化學(xué),2009,26(05):619-621.

張博洋，男，2018年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)，現(xiàn)任職于xx駐青島地區(qū)第二軍事代表室，助理工程師。