使用导电塑料制造更轻巧、更便宜的产品

TE 已制定导电塑料的各注塑成型等级，并用于多种应用中。多种热塑塑料可在专有的导电填充物包装中使用，只需调节填充物浓度，即可达到目标应用要求的传导率。利用注塑成型加工，我们能够处理广泛的应用，其中包括环境稳定性、减轻重量和机械性能十分关键的汽车应用、以及在高电气性能以外还要求外形尺寸小型精巧的数据和设备。

注塑成型的导电塑料的一项示例应用便是具有内置 EMI 屏蔽层的连接器壳体。用于实现 EMI 屏蔽功能的传统方法可能是通过沉积、电镀、冲压等方法采用金属屏蔽元件，这可能十分昂贵和/或带来明显地设计制约。另一方面，导电塑料可提供潜在的成本高效型解决方案与极大的设计自由度。壳体可单独注塑，或直接重叠注塑到当前的载体结构。或者，可使用双射注塑流程，在电绝缘塑料壳体的特定区域并入导电塑料。

对代表性连接器的注塑成型导电塑料壳体进行功能测试后，测试结果表明该等壳体已具有与金属屏蔽塑料壳体相当的性能。图 1 显示了针对用两种不同导电塑料（红色和蓝色曲线）制成的注塑成型塑料壳体的插入损耗和串扰数据，其对比对象为采用传统绝缘壳体和金属屏蔽层的参考部件。导电塑料壳体提供与参考部件几乎相当的性能。

TE 还开发了可以通过注塑成型的电绝缘和导热塑料。他们发现连接器壳体和散热器等潜在应用中，新一代产品设计通常涉及复杂的外形尺寸并需要提供比传统金属元件更高的设计自由度。

尽管导电塑料可以像传统热塑塑料一样注塑成型，但有必要记住，注塑成型的参数可能对部件的最终导电性能有显著影响。比如，注塑过程中的剪切力会影响导电颗粒在材料中对齐和分布的方式。这可能导致整个部件中的导电性基于流动模式而变化，以及导电性基于其测量方向变化。因此，在设计部件的几何结构时，需要重点考虑特定功能要求以及在加工过程中可能出现的流动模式。并且同样重要的是优化加工条件以实现预期的性能。

众所周知，导电塑料在实现高导电性的同时通常伴随高粘度、高硬度和高脆性的缺点，但相对而言，此类缺点对挤塑相关应用（例如导电管和带）造成的特定挑战则较少有人详述。要通过这些连续的熔化过程打造有用的薄壁产品，导电塑料必须不仅要具备高导电性，还要具有高拉伸率和高灵活性，这对于配方和加工都是巨大挑战。实际上大多数商业可用的导电塑料只建议用作注塑成型应用，而不适用于挤塑相关的应用。市场上提供的可用于挤塑的塑料主要为含碳黑的塑料，其导电性水平通常比 TE 挤塑级导电塑料低数个数量级。

TE 适用于挤塑的导电塑料以同质协同的方式混合了精选的热塑塑料、专有的导电填充物包装以及其他添加剂，通过结合材料科学、聚合物加工科学和技术完成。此导电塑料复合物的电阻系数和拉伸率可以调整。比如，在电阻系数为 1E-3 ohm.cm 时，中断值处的典型拉伸率约 300%，而通过降低拉伸率可以实现较低电阻系数或较高导电性。这些导电塑料的卓越电气和机械性能使其十分适用于许多应用中的新一代产品开发，例如管路、导线和电缆和消费类设备等等。

举例而言，TE 导电塑料复合物已经挤塑成管和带，可以用作 EMI 屏蔽材料，可在电线和电缆产品中替代或补充传统的金属编织电缆和条带，并预计可以减轻重量和节省成本。图 2 中显示了 TE 导电塑料管和带的屏蔽效果数据，其对比对象为采用金属编织电缆和镀铝的 Mylar 聚合物带的商用同轴电缆以及单独采用商用 Mylar 聚合物带的商用同轴电缆。结果显示微波/GHz 频率范围内导电塑料管和带具有卓越的 EMI 屏蔽性能，非常适用于如今的高速数据传输设备。

除了被制成管和带外，TE 导电塑料还可直接共同挤塑或串联挤塑到电线或电缆上，从而可以利用现有的电缆生产线，并为消除或减少传统电缆加工中的编织工序提供了契机。

另一个 TE 导电塑料的示例应用是电子元件的免焊接连接，为电气导通提供简单、平价且不留残渣的解决方案。

正如业内所知，在挤塑过程中，导电塑料在高剪切力、高缩小比或膨胀比下容易损失导电性，这是由于在此类条件下填充物的形态损坏和/或导电网络被击穿。为实现预期性能，除了配方科学，掌握用于高填充系统的聚合物加工技术也必不可少。

3D 打印已经在快速制样甚至是少批量生产中越来越流行。熔融沉积成型 (FDM) 是最常用的增量制造流程之一，其涉及将挤压热塑性长丝穿过加热头，然后将材料沉积至预期的结构中。导电塑料的 FDM 类 3D 打印包括导电塑料和电绝缘/导热塑料，这项技术已引起人们对功能原型快速制样的广泛关注。

现今市场上有几种适用于 3D 打印的不同导电塑料长丝。它们都包含碳基填充物，这极大地限制了导电性。我们在市场上见过的导电性最强长丝的导电等级比 IACS 低 5-6 个数量级。其中导电性最强的长丝使用碳纳米管和石墨烯等昂贵的专用填充物。TE 企业技术中心材料小组已经基于专有平台开发出适用于 3D 打印的导电塑料，其导电性高达 IACS 的 0.1%，这对于当前可用材料可谓一大改进。TE 还开发了可以 3D 打印的电绝缘/导热塑料。

FDM 打印为导电塑料提出了几个独特的挑战。导电颗粒的存在可能阻碍加热头中喷嘴的流动性，导致需要在流动性（喷嘴更大更好）和部件分辨率（喷嘴更小更好）之间权衡利弊。此外，打印部件内部存在的分层界限可能降低部件的导电性以及其他重要性能，例如机械强度。应通过优化打印参数来最大程度降低这些影响。