导电化合物及添加剂： 藏在电缆和薄膜里的“黑科技”

使热塑性塑料具有导电性的添加剂广泛应用于不同导电级别的场景。例如，抗静电化合物可防止表面聚集灰尘；用于电子包装或制造设备的静电消散（ESD）化合物能避免损坏，并降低不受控静电放电引发的火灾或爆炸风险。含有炭黑、碳纳米管（CNTs）、石墨、导电纤维或石墨烯等添加剂的导电化合物，可用于交通或储能领域的部件。部分应用需要同时具备导电性和导热性的化合物。

 

 

石墨烯与碳纤维的结合，尚不具备处理成熟配方产品那般的丰富经验

Insight Polymers & Compounding联合创始人兼运营总监帕斯夸莱（AJ Pasquale）表示，传统上，导电炭黑和碳纤维（包括金属涂层碳纤维）等添加剂一直是静电消散（ESD）及赋予塑料导电性能的主力。他补充说，碳纳米管（CNTs）和石墨烯等新材料效率更高，可在更低添加量下使用，对其他性能（如韧性或粘度）的影响更小。

“挑战在于找到性能之间的平衡，通过新旧添加剂的组合，实现更低的成本、更好的性能和更高的一致性。”帕斯夸莱解释道，“例如，石墨烯与碳纤维结合可同时提供机械强度和导电性，但行业缺乏像对成熟配方那样的丰富经验。相比之下，导电炭黑与碳纤维是经过充分验证的组合，能有效平衡韧性与导电性。”
Insight Polymers公司正通过组合导电添加剂，根据不同最终用途优化加工性能、力学性能及抗冲击性能的平衡，帕斯夸莱表示。该公司还提供碳纳米管母粒及全配方静电消散（ESD）化合物，并已于今年二月推出一款新型光学透明ESD ABS材料。

 

防静电包装需求持续增长

在美国，随着电子制造市场的增长，防静电包装需求持续增长，Premix USA总经理耶尔基·塔伊门宁（Jyrki Taiminen）表示：“能源行业也在快速增长，电缆制造商正在寻找新的、可持续的、面向未来的解决方案。”

塔伊门补充说，尽管汽车行业面临挑战，但整个交通运输行业对用于金属替代的轻质工程塑料的兴趣仍在不断增长。

 

图1：Premix USA于 2025 年 6 月在北卡罗来纳州的阿普尔克里克开设了新工厂 © Premix USA

Premix集团在芬兰生产导电塑料化合物和浓缩液已有40余年，于2025年6月启用其新的美国生产基地（图1）。北卡罗来纳州的新设施配备了自动化生产线，具备扩大产能的能力。

 

减少碳足迹

“导电炭黑的市场增长由可持续出行应用（电动汽车、混合动力电动汽车及新型出行市场）、不断增长的锂离子电池市场及其在导电聚合物应用中日益广泛的使用所驱动。”供应商益瑞石（Imerys）表示。

该公司于2025年4月推出了一款新型高纯度、超高导电炭黑——Ensaco 320G。该新牌号的优势包括加工性能和分散性、因高纯度而在低填充率下的导电性，以及改善最终产品的力学性能和光滑表面。益瑞石宣布，由于该公司在比利时维莱布鲁克的炭黑生产基地启用了能源回收工厂，2026年该公司所有Ensaco炭黑牌号的二氧化碳足迹将减少66%。该能源回收工厂由E.On运营，将利用炭黑生产过程中的合成气发电，从而减少降低制造过程的范围1温室气体排放。

“益瑞石致力于到2030年将集团温室气体排放较2021年基准减少42%，这与1.5°C温控轨迹保持一致。”该公司表示，“碳足迹通过符合ISO 14040/44指南的生命周期评估方法进行严格评估。”

除炭黑外，益瑞石还生产合成石墨。2025年初，益瑞石推出Su-nergy——一种工业级、部分生物质基合成石墨，具备优异的电导率与热导率。该产品在瑞士生产，定位服务于欧洲制造商，为其聚合物应用、汽车、电子、储能等行业提供短而稳定的供应链。石墨以森林残留物为原料，采用低碳能源生产，与传统方法相比，该过程可实现高达60%的二氧化碳减排。

 

电缆应用

炭黑供应商Orion指出，炭黑的纯度与洁净度对要求长期稳定性及高工作温度的关键应用（如高压地下电缆与海底电缆）至关重要。此类电缆是电网扩展与现代化的核心基础设施。

该公司首席执行官裴康宁（Corning Painter）表示：“对地下与海底输电系统及先进半导体技术的投资，使公用事业公司能够更高效、可靠地远距离传输更多电力。针对这一终端市场的增长率是我们特种部门中最高的之一。”

该公司表示，其乙炔炭黑Printex kappa 105有助于在这些要求极高的应用中保持化合物完整性，与普通炭黑相比，Printex kappa 105采用新技术生产，确保了卓越的纯度水平以及显著降低的碳足迹。

Printex kappa 105在140°C老化后仍能保持其冲击强度。欧励隆报告称，添加乙炔炭黑的化合物比添加普通炉法炭黑的聚丙烯更能抵抗性能劣化。

Orion持续完成其位于得克萨斯州拉波特市工厂的建设和调试工作，该工厂将为北美市场额外提供1,200吨乙炔法炭黑。该工厂预计于2026年投产。公司指出，其位于法国和德国的工厂以及美国的新设施旨在支持“本地生产，本地消费”（图2）。

 

图2：Orion的乙炔炭黑Printex kappa 105具有高纯度，有助于保持化合物完整性。用该乙炔炭黑配制的测试样品，在140°C的烘箱中老化后，其冲击强度仍能保持 © Orion

具有特殊性能的导电炭黑需求增加

卡博特公司（Cabot Corporation）欧洲、中东和非洲地区市场、战略与可持续发展经理亚历山德拉·梅加利表示：“汽车动力总成的电气化以及电子在日常生活中日益增长的重要性，持续对导电塑料提出新需求。其中许多需求可通过调整和重新配方使用现有添加剂来满足，但我们确实看到对具有特殊性能的导电炭黑的需求日益增多——这些性能包括超导电性、高纯度、低相互作用以及这些特性的组合。”

卡博特公司新推出的产品是Vulcan XCmax 55超导电炭黑，它兼具Vulcan XCmax系列的优势，并与配方中其他成分具有低相互作用的优点。梅加利表示：“Vulcan XCmax 55在添加量约为典型导电炭黑一半时即可提供导电性，从而增加了配方自由度，并提升最终制件的机械性能。该产品还能降低与配方中其他成分的相互作用，这在一系列潜在优势中，可带来塑料化合物更好的流动性，并让其他添加剂能更充分地发挥其全部潜力。”

梅加利认为电缆行业对导电热塑性塑料化合物的需求正在增长，该增长由可再生能源扩张和数字化转型驱动。她解释说：“在电缆行业，全球在可再生能源、电网现代化和电气化方面的投资，正推动对能够管理不断增长的电力需求和双向能量流的可靠电缆的需求。导电化合物在这些应用中发挥着关键作用，为能量传输、接地和屏蔽提供了解决方案。”

 

碳混合物

Birla Carbon开发了一种炭黑-碳纳米管混合物，专为聚丙烯、高抗冲聚苯乙烯和聚碳酸酯等聚合物中的静电消散应用而设计。该公司表示，在炭黑母粒中添加少量碳纳米管可显著提升导电性。客户可调整混合物的添加量以满足其特定应用需求。

该公司称：“预分散的炭黑-碳纳米管混合体系为客户应用提供多重优势。与传统炭黑相比，它能在化合物中实现更低的总体导电填料负载量，这有助于保持机械性能并提高冲击强度。从操作角度看，预分散形式简化了材料处理，最大限度地减少了粉尘产生，并降低了对特殊处理要求的需求——最终为客户降低了运营成本。”

某些导电添加剂可使包装呈现透明或黑色以外的颜色。例如，美国半导体行业的防静电包装正成为一个不断增长的应用领域，透明包装能提供扫描内部产品二维码的能力，美国三洋化学（Sanyo Chemical Americas）研发经理渡边隆介表示，该公司提供用于永久抗静电和静电消散防护的Pelectron本征耗散聚合物添加剂。

 

图3：LDPE中表面电阻率与Pelectron PVL添加量（重量百分比）的关系 ©三洋化学

Pelectron添加剂因其导电性能而广泛应用于各种领域（图3）。在注塑或吹塑制件以及挤出薄膜和片材中，该添加剂在转化过程的高剪切力作用下于表层形成导电网络。

相比之下，滚塑成型是一种低剪切工艺。美国三洋化学与复合商PolyChem Alloy近期合作推出了一种新型微球解决方案，可为滚塑成型部件（如工业或农业储罐、燃油箱或游乐场设备）提供抗静电和静电消散保护。该团队联合开发了一种在转化步骤中无需依赖剪切力的复合解决方案。另一项挑战在于滚塑成型通常使用粉碎或粉末状材料。尽管这些粉末可与母粒进行干混，但最终在滚塑成型部件中的分散效果可能无法满足所有应用需求。

这种新型微球解决方案是由PolyChem Alloy生产的全配方化合物，其中包含三洋的抗静电添加剂以及用户所需的任何其他添加剂和颜色。与粉末相比，这种无粉尘微球的尺寸和形状更加一致；它们提供了更清洁的加工过程、更均匀的壁厚，并降低了爆炸风险。

“颗粒尺寸很重要——我们现在可以生产300微米的微球，”PolyChem Alloy运营经理阿什顿·巴洛表示，“形状也很重要。微球的形状经过优化，可提供类似于粉末在模具中的流动性。”

改进的流动性使得能够精确制造精细部件，并保持质量和效率的一致性。两家公司表示，初始产品有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯可供选择，但这种微球化技术适用于多种聚合物，如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酰胺11和热塑性聚氨酯。

 

导电液晶聚合物（LCP）化合物

工程热塑性塑料供应商塞拉尼斯公司（Celanese）高级产品技术工程师迈克尔·谢弗（Michael Schaefer）表示，电气和电子设备制造商对导电液晶聚合物（LCP）化合物表现出浓厚兴趣。该公司的Vectra LCP用于注塑电气设备和个人电子产品的超薄壁应用。通常，导电性通过碳纤维或其他碳基填料实现，具体取决于所需的导电级别。然而，高纤维填充化合物的加工可能具有挑战性，尤其是在部件壁厚持续减薄的趋势下。

谢弗表示：“导电部件的设计至关重要，因为通常热塑性注塑件替代的是本质上具有更高导电性的金属部件。”除了液晶聚合物相关应用激增外，塞拉尼斯持续看到对依赖导电化合物的汽车领域发展的稳定关注。他解释道，这些应用通常是电动汽车电池部件，需要导电性兼具强度和耐久性，因此通常基于该公司的一种工程热塑性塑料，如Zytel聚酰胺或Crastin PBT。

帝盛工程塑料（Tisan Engineering Plastics）提供多种具有特定防静电保护或导电特性的化合物，具体取决于所需的导电程度。该公司的研发专家通过将特殊工程塑料与炭黑、碳纤维或其他抗静电添加剂相结合，来创建这些配方。该公司基于聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯的导电化合物，其表面电阻率范围为103-105欧姆/平方，可用于挤出工艺和注塑成型。帝盛的产品系列包括：基于聚丙烯的Tisoplen PPC UNR ESD BK、基于聚苯乙烯的Tisren PS UNR ESD BK、聚苯乙烯/聚乙烯共混的Tisblend PS/PE UNR ESD BK以及基于聚酰胺66的PA66 UNR ESD BK。

科腾（Cortec）推出了一款新型兼具抗静电与防腐功能的薄膜及袋制品——co-Corr Film ESD（图4），用于保护静电敏感的多种金属制品，如电子产品。公司表示，该薄膜具有持久的抗静电特性，只要薄膜或袋子在使用中，即可立即减少或消除静电积累，且不受环境湿度影响，适用于包装集成电路、印刷电路板、PCB组件、电信设备或电子电气面板与外壳。除电子领域外，该包装也可用于保存精加工金属零件、特种轴承、医疗器械和光学设备。

该新型薄膜还具有工业可堆肥性。科腾称：“奥地利TÜV的认证确认，包括专用气相缓蚀剂和抗静电添加剂在内的整个材料，可成功分解为水、二氧化碳和生物质，并通过生态毒性测试。这确保了产生的堆肥对环境及植物生长是安全的。该产品持有‘OK Compost Industrial’标志，表明其适合在工业堆肥设施中处理。” 

 

本文由荣格独家翻译自AMI《COMPOUNDING WORLD》，全文有删减
作者：Jennifer Markarian 

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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