一種鉛基復合型高分子導電材料金屬含量的測定方法

張博洋 尚宇鵬 史杰

一種鉛基復合型高分子導電材料金屬含量的測定方法

張博洋1尚宇鵬2史杰2

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

含有鉛金屬的鉛基導電塑膠材料因其具有良好的導電能力，在精密儀器與精密電子元件領域有著廣泛的應用。作為導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電塑膠材料的導電性能與機械強度。本研究形成一種對含鐵與含鉛的導電高分子材料進行金屬分散均勻度以及金屬含量的測定方法，并應用于測定聚乙烯基導電高分子材料相關性能。

復合型高分子導電材料；金屬分散均勻度；金屬含量；測定方法

1 緒論

隨著社會的進步和科技的不斷發展，各個行業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點，可根據實際需要通過調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度，從而在電氣、機械與化工領域有著廣泛的應用。但是隨著現階段各項高新技術的研發與應用，對于高分子材料有著更高的各項要求，使得復合型導電高分子材料漸漸受到人們更多的關注[1,2]。

高分子材料普遍具有絕緣性，在特定環境下，其表面易于積累靜電電荷且無法釋放，進而形成靜電壓。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，會發生靜電放電與擊穿現象，進而對材料本身造成損害，在精密儀器與精密電子元件領域影響較大[3]。同時，在需要接觸易燃易爆氣體的行業，靜電積累到一定程度可能會將工作環境的易燃易爆氣體引燃，對工作人員的生命安全以及財產安全帶來極大損害。復合型高分子導電材料制作工藝簡單，成本較低，本身可以通過將產生的靜電及時引出，避免靜電在材料表面積累來解決上述問題，是精密電子行業常用的材料[4]。

對于導電高分子復合材料，其中金屬組分在高分子基中的含量與分散程度決定了復合材料的整體性能。一般來說，金屬填料用量比越大，復合材料的導電性越好，但整體密度也會相應增加；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，這會提升整體復合材料的導電性[5]。因此，對金屬組分的含量與分散程度的準確測定就顯得尤為關鍵。

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

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

本實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合型高分子導電材料，金屬含量要求波動不大于設定值的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準溶液，c(EDTA)=0.025mol/L。

2.2 設備及儀器

自動電位滴定儀，上海儀電科學儀器股份有限公司；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?。

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，將燒杯內液體轉移至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標準溶液滴定直至溶液顯示為亮黃色。按公式(1)計算EDTA標準溶液對鉛的滴定度：

(1)

其中，(g/mL)是EDTA標準溶液對鉛的滴定度，(g)是鉛粉的質量，(mL)是使用的EDTA標準溶液的體積。

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，在電爐上加熱使復合材料的聚乙烯組分碳化；將燒杯內容物放置于馬弗爐中，在450℃～600℃的環境中煅燒，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，并將燒杯內液體轉移至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標準溶液滴定直至溶液顯示為亮黃色，并記錄溶液用量。連續做3組試驗，并取平均值。根據公式(2)計算金屬鉛的用量：

其中，W(%)是樣品中鉛的質量分數，(mL)是EDTA標準溶液滴定至滴定終點所消耗的體積平均值，(g/mL)是EDTA標準溶液對金屬鉛的滴定度，(g)是試樣質量，500/25是稀釋的倍數。

3 結果與討論

3.1 樣品形態

在進行對金屬鉛含量的檢測之前需要優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，將樣品使用粉碎機進行粉碎。并使用不同目數篩網，篩取測試樣粉末。結果表明，更大的目數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目以上篩網時，更多目數對整體碳化效果影響不大。因此選用100目篩網對測試樣進行篩選。

3.2 樣品分析

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

表1 理論值與測定值

圖1 擬合示意圖

EDTA標準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數據表明，測定值與設定值最大相差小于3%，材料的鉛含量符合期望值。對從材料平均取樣的小樣進行金屬含量的測試并將所得數據擬合。由圖1可知，相關性R2大于0.98，表明各點金屬含量數值相近，整體材料具有較強的均勻性。

4 結語

本研究提出了一套復合型高分子導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合型高分子導電材料為研究對象。該測定方案行之有效，可為未來對復合型高分子導電材料導電組分含量的測定研究奠定基礎。

[1] 陳洵.導電塑料的國內外發展概況[J].新材料產業,2002(01):27-29.

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

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

[4] 付東升,張康助,張強.導電高分子材料研究進展[J].現代塑料加工應用,2004(01):55-59.

[5] 陳茂斌,蘭偉,張勝濤等.聚乙烯復合導電塑料性能[J].應用化學,2009,26(05):619-621.

張博洋，男，2018年畢業于濟南大學，現任職于xx駐青島地區第二軍事代表室，助理工程師。