靜電放電（ESD）一直是困擾電子工業的一個問題。每年由于靜電故障而使電子行業損失約數百億美元。此外，ESD不僅是導致設備故障的重要原因，而且影響石化加工、彈藥廠、紡織業、潔凈室和醫院等諸多領域的生產力、產品可靠性、生產盈利能力和員工安全。安裝防靜電地板是一項有效的ESD預防措施。
使防靜電地板中達到所需的均勻電導率取決于選擇合適的導電添加劑。若要使環氧樹脂、PU和PVC復合地板材料具有損耗和導電性能，制造商需要將碳黑、碳纖維、金屬纖維、云母顆�；蚓酆闲涂轨o電劑引入樹脂結構。
然而，大多數常規導電添加劑的用量很大（3％~20％），不可避免地導致加工困難，并對色彩產生不良影響（表1）。
表1 各類導電添加劑所需用量的比較
大量導電添加劑會降低地板的機械強度和表面光滑度。此外，許多導電添加劑在復合基材的均勻分散方面存在問題，因此，制造商通常必須處理表面上廣泛存在的高溫點。
于25年前發現的單壁碳納米管可解決用量大的問題，以及相關的不良影響。經過10多年研究，已于近年來實現諸多突破。目前已出現的可行性商業化解決方案，將這些納米管與工業產品相整合，包括電池、塑料、彈性體、涂料和樹脂。由于采用已投產的單壁碳納米管添加劑，因此ESD地板獲得成功。
單壁碳納米管屬性
任何導電添加劑一旦達到特定劑量，就可在樹脂中形成導電路徑，這被稱為滲濾閾值。高于此值時，電阻率會由于形成互連導電網絡而下降。與其他傳統添加劑相比，單壁碳納米管的關鍵優勢在于達到目標電導率所需的最低劑量只要復合物總重量的0.01％。由于直徑小、縱橫比大，因此最低劑量的納米管足以在基材中產生均勻的導電網絡，從而使復合物的表面之間及表面和地面間電阻水平達到108–102 Ω•cm，以符合以下國際標準：ANSI/ESD S 2020、ASTM F 150、IEC 61340-5-1、NFPA 99和SJ/T 11294-2003。
圖1：采用不同用量的單壁碳納米管添加劑時，環氧樹脂和聚酯樹脂的體積電阻率。
圖1顯示了采用不同用量的單壁碳納米管時，兩種不同樹脂體系所具有的體積電阻率。樹脂體系包括環氧樹脂（D.E.R. 330）和聚酯樹脂（AROPOL M 105）。由Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)對不同體系內的情況進行驗證。所有測量均按照ASTM D257進行。
由于達到目標電導率所需的單壁碳納米管用量可顯著降低，因此還可實現其他幾種材料特性。例如，與使材料變黑的傳統添加劑相比，制造商采用少量納米管即可獲得各種顏色（圖2）。
圖2. 根據單壁碳納米管添加劑TUBALLTM的用量而調節的電阻率和色彩變化
除了著色之外，納米管還可改善表面光潔度、減小厚度，并通過輔助添加劑產生新性能。在表面光潔度方面，均勻分散的單壁碳納米管可使面漆表面具有極高的光滑度和光澤，而用其他大多數導電添加劑不可能達到。
極少量的添加量使得ESD防靜電地板的制造商能開發更薄厚度的產品。例如，在導電涂層中添加單壁碳納米管，可將厚度減至25微米DFT，從而使其可用于各種垂直工況和其他導電涂料。此外，采用納米管，可使用于維護或涂覆超薄防靜電環氧樹脂或聚氨酯面漆所需的時間大大縮短，從而節省額外成本。
由于單壁碳納米管的加載劑量可變，因此制造商能通過輔助添加劑開發其他所需特性（如改善導熱性能和機械性能）。例如，可改善樹脂化合物的耐磨損性、耐沖擊性和耐擦傷性，這對采用重型叉車的生產設施頗為重要。
納米管解決方案
盡管單壁碳納米管優于其他導電添加劑，但由于制造商考慮到許多關鍵要素，因此目前仍未廣泛使用，它包括昂貴的價格、缺乏工業規模生產技術，以及關于分散和防止納米管聚集的問題。
現在，這些問題已得到解決�？偛课挥诒R森堡的跨國企業OCSiAl，創建了第一家采用工業規模生產單壁碳納米管的工廠。其產品TUBALL™所含單壁碳納米管高于80％，在同類產品中，首次投入大規模商業用途。
OCSiAl于2014年進入市場，其納米管產量首屈一指（以噸計），其價格是類似產品的75分之一，頗具吸引力。其采用的許多獨特技術，不僅可防止納米管進一步聚集，而且簡化了將已分散的納米管加入材料體系的過程。
目前，市場上有多種用于防靜電地板的單壁碳納米管濃縮物——用于環氧樹脂、聚酯和其他樹脂的TUBALL MATRIX，用于水性體系的TUBALL COAT。這些濃縮物易于使用，專門用于樹脂和涂料。例如，俄羅斯最大的一家地板材料企業TEOHIM，采用納米管開發了防靜電環氧地板系列產品，被成功用于商業用途。只需采用0.01 wt％劑量的TUBALL，就可使復合物的體積電阻率達到108Ω•cm，且不對粘度或顏色產生任何顯著影響。
結論
制造商可使用極少量單壁碳納米管，達到目標電導率。單壁碳納米管具有諸多優點——可上色，改善表面光潔度，降低厚度，并能通過輔助添加劑產生新特性。OCSiAl已超越大多數制造商，開發了可擴展的生產流程，從而能采用單壁碳納米管提供一系列解決方案，用于ESD地板和其他工業用途，包括電池、塑料、彈性體、涂料和樹脂。 |
