絕大多數(shù)高分子材料具有優(yōu)良的電絕緣性能：低電導(dǎo)率、低介電損耗、高擊穿強(qiáng)度，加之其它優(yōu)良而獨(dú)特的物理、化學(xué)性能和加工性能，長期以來在電工技術(shù)領(lǐng)域中作為絕緣體得到了廣泛的應(yīng)用。其中樹脂作為高分子中廣泛使用的一種，在擁有電絕緣性能的同時(shí)還兼具優(yōu)良的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，在建筑材料、電子電器、航空航天、石油化工等鄰域中均有廣泛應(yīng)用。

由于樹脂材料有比較低的介電常數(shù)，透波率高，且其FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，因此率先在雷達(dá)罩和天線罩領(lǐng)域獲得了大量應(yīng)用。為了提高雷達(dá)的精度，要求雷達(dá)罩的透波率越高越好，而透波率越高則要求材料的介電常數(shù)越低。高分子材料的極性是影響材料介電常數(shù)的主要因素，高分子極性越強(qiáng)，極化程度越大，則介電常數(shù)越高。書中將聚合物的介電常數(shù)根據(jù)極性強(qiáng)弱進(jìn)行了一個(gè)簡單的分類。

在103Hz的交變電場(chǎng)中，非極性的聚乙烯PE ε=2.3, 聚丙烯PP ε= 2.2，聚四氟乙烯PTFE ε﹤2.1，弱極性的聚苯乙烯PS ε= 2.4-2.6，中極性的聚酯樹脂PET ε=3.1-3.8。我們通用的不飽和聚酯樹脂是由類似PET的短聚酯分子鏈和苯乙烯單體的混合溶液，固化后形成相互交聯(lián)的立體結(jié)構(gòu)，去除合成中使用的微量金屬元素和樹脂基體及固化劑中水分的影響，其介電常數(shù)因介于PS和PET之間，實(shí)際情況中加入了水分、微量金屬離子等影響因素，UP樹脂固化后的介電常數(shù)一般在3.0-3.8之間。

UP樹脂介電常數(shù)的主要影響因素有如下幾點(diǎn)：

1.  苯乙烯的含量：

苯乙烯的含量越高則樹脂的介電常數(shù)越低，因?yàn)楦嗟谋揭蚁┮馕吨袒髽渲w系內(nèi)的低介電常數(shù)的PS組分增加，是的樹脂體系的介電常數(shù)降低；

2.  水分的含量：

小分子水在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，降低樹脂體系的介電常數(shù)，樹脂體系中的水分主要是從2方面產(chǎn)生，第一個(gè)方面是合成過程中酯化脫水的少量殘余水分，一般UP樹脂的水分含量為800-1000ppm，這個(gè)微量的水分無法除去；第二個(gè)方面是樹脂固化時(shí)添加的固化劑帶入的水分，在UP樹脂的應(yīng)用中，90%以上的客戶使用的是MEKP的固化體系，常用MEKP的水分含量在12%左右，樹脂中正常添加1-2%的固化劑，樹脂體系中則會(huì)引入1200-2400ppm的水分含量，而采用BPO粉末的固化體系，水分含量相當(dāng)?shù)停捎么斯袒w系的UP樹脂的介電常數(shù)就會(huì)比較低，但固化劑的儲(chǔ)存及工人的施工會(huì)更加危險(xiǎn)和復(fù)雜。

3.  樹脂固化度：

樹脂固化度越高則介電常數(shù)越低，UP樹脂的固化是個(gè)長期的過程，我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在室溫25℃的條件下，采用華昌公司的通用UP樹脂9708為例，其凝膠時(shí)間為30min，2h后放熱結(jié)束回復(fù)到室溫，其巴氏硬度達(dá)到25，宏觀表現(xiàn)為比較高的硬度，但其固化度只有90%，在微觀層面，在不飽和聚酯和苯乙烯的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中還有很多的小分子由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的位阻效應(yīng)，還沒有交聯(lián)到分子鏈中，這些小分子更容易受到電場(chǎng)的作用，使樹脂的介電常數(shù)提高，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在30天的時(shí)間內(nèi)，樹脂的固化度會(huì)逐漸從90%慢慢的升高到98%，之后的增長則會(huì)非常緩慢。根據(jù)時(shí)溫等效原理，我們通常會(huì)將UP樹脂在高溫下進(jìn)行后固化，快速提高樹脂的固化度，從而降低樹脂體系中小分子的量，使得樹脂體系的介電常數(shù)更低，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過2h的100℃后固化，9708樹脂澆鑄體的介電常數(shù)從3.6降低到3.3（103Hz）。

樹脂較低的介電強(qiáng)度、優(yōu)良的絕緣性能使其在絕緣鄰域和通訊鄰域得到了廣泛的應(yīng)用。而在微電子和石化領(lǐng)域，其絕緣的特性導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生靜電積聚的問題，如果不能將靜電及時(shí)傳導(dǎo)出去，則會(huì)發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)事故。

因此在微電子領(lǐng)域中需要對(duì)樹脂進(jìn)行導(dǎo)靜電改性，制備出導(dǎo)電膠。樹脂型導(dǎo)電復(fù)合材料常用于防靜電、電磁波屏蔽等，在航空材料中用于飛機(jī)抗靜電郵箱、一些飛機(jī)內(nèi)電氣元件，在電子電氣領(lǐng)域用于電子廠房的導(dǎo)靜電地坪涂料，在石油化工中用于油罐防腐導(dǎo)靜電涂料。

目前，石油是我國的主要能源之一，伴隨著我國石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于石油及化工產(chǎn)品的需求越來越大，金屬儲(chǔ)藏罐也日益增多。然而，油品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中由于原油中含有少量水分和含硫化合物，對(duì)金屬材料會(huì)發(fā)生腐蝕，進(jìn)而會(huì)發(fā)生泄露和污染。

防腐蝕保護(hù)對(duì)于降低石油儲(chǔ)存成本至關(guān)重要。樹脂涂層是保護(hù)金屬材料免受腐蝕。涂層的使用是最受歡迎的方法之一，約90%的金屬表面覆蓋有保護(hù)涂層。有機(jī)涂層的保護(hù)效果非常好，這是因?yàn)樗鼈兊暮穸认鄬?duì)較薄（厚度范圍為5-250μm）。同時(shí)，我們還需要考慮涂層的導(dǎo)電性。油品在金屬儲(chǔ)罐中容易產(chǎn)生靜電積聚導(dǎo)致安全隱患，據(jù)統(tǒng)計(jì)油罐內(nèi)靜電造成的燃爆事故較嚴(yán)重，約占石油化工靜電災(zāi)害事故的1/2。雖然有機(jī)涂層是保護(hù)金屬基材免受腐蝕的理想選擇，但它們可能不適合石油儲(chǔ)罐的保護(hù)，會(huì)引起靜電積聚導(dǎo)致安全隱患。因此，具有優(yōu)異抗腐蝕性能的樹脂涂料能夠在防腐蝕的同時(shí)，進(jìn)行導(dǎo)靜電改性，可以將積聚的靜電及時(shí)導(dǎo)出以避免發(fā)生災(zāi)害事故，是目前的迫切需要。

根據(jù)導(dǎo)電原理可將導(dǎo)靜電防腐涂料分為本征型和添加型兩種。本征型導(dǎo)靜電防腐涂料是指以本征型導(dǎo)電聚合物為成膜物質(zhì)所制成的導(dǎo)電涂料，無需添加導(dǎo)靜電材料。由于導(dǎo)電高分子的種類較少，合成和施工難度較大，因此本征型導(dǎo)靜電防腐涂料的開發(fā)和應(yīng)用尚處于研究和探索階段；而添加型導(dǎo)電涂料的基體樹脂本身不導(dǎo)電，需要加入一定質(zhì)量的導(dǎo)電填料（如聚吡咯、石墨、導(dǎo)電炭黑、碳纖維、導(dǎo)電金屬粉等）來提高樹脂的導(dǎo)靜電性能，其制備工藝相對(duì)簡單，導(dǎo)電填料種類多樣，成本較低，兼具良好防腐性能，已被廣泛應(yīng)用在油罐內(nèi)壁防腐導(dǎo)靜電中。

儲(chǔ)油罐是油田、煉油廠、油庫及加油站的重要設(shè)備，其安全長久運(yùn)行一直備受國家重視。油品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加注過程中會(huì)因摩擦產(chǎn)生靜電，若不及時(shí)導(dǎo)出積聚的靜電，當(dāng)放電能量達(dá)到可燃油品蒸汽與空氣混合物的爆炸極限時(shí)，隨時(shí)可能發(fā)生靜電起火、甚至爆炸，給國家財(cái)產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和人身安全帶來極大威脅。因此國家石化總局頒布了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，對(duì)石化領(lǐng)域?qū)ъo電材料的使用性能提出了明確指標(biāo)要求，主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如下：

GB 13348-2009中規(guī)定當(dāng)油罐內(nèi)壁采用導(dǎo)靜電型防腐蝕涂料時(shí)，應(yīng)采用本征型導(dǎo)靜電防腐涂料或者使用非碳系的淺色添加型導(dǎo)靜電涂料。

碳系材料是目前使用最廣泛的導(dǎo)電填料，其導(dǎo)電性能優(yōu)異，價(jià)格低廉，主要包括炭黑、石墨、碳纖維、碳化硅等。

為什么國標(biāo)里要求使用非碳系的導(dǎo)靜電涂料呢，因?yàn)樵谥贫ㄟ@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之前油罐普遍用的是碳黑或者石墨來做導(dǎo)靜電添加劑，使用此類材料制作后，油罐內(nèi)壁顏色深、氣泡多，且碳黑和石墨對(duì)樹脂的固化有強(qiáng)烈的阻聚作用，導(dǎo)致樹脂材料固化不完全，使得漆膜不耐油品的腐蝕從而導(dǎo)致脫落。進(jìn)而會(huì)污染油品，同時(shí)也給修補(bǔ)造成了一定的困難，所以根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況就建議使用非碳系的淺色導(dǎo)電材料。

石墨和炭黑的表面主要以羧基、酚羥基、內(nèi)酯基、醌型含氧基以及芳環(huán)上的氫的形式存在。

表1 石墨的元素組成

從圖1可以看出，CNT和石墨/炭黑一樣表面具有大稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)，而芳香族稠環(huán)化合物具有一種特殊的性能，就是其及強(qiáng)的自由基捕捉能力，如圖2所示。

圖1 炭黑和石墨表面的基團(tuán)模型

由于大稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)極強(qiáng)的自由基捕捉能力，使其成為許多活性中心的抑制劑，尤其是其表面醌型含氧基的存在，對(duì)乙烯基單體聚合反應(yīng)起到阻聚或緩聚作用，它能吸收過氧化物分解出的活性自由基及其引發(fā)的聚合物自由基，生產(chǎn)更穩(wěn)定的低活性化合物，阻止乙烯基單體的鏈增長，使樹脂在聚合過程中形成大量的小分子，尤其在接觸空氣的表面阻聚作用更明顯，使樹脂固化不完全，導(dǎo)致發(fā)粘現(xiàn)象的發(fā)生。

圖2 捕捉自由基的反應(yīng)

所以石墨粉和炭黑對(duì)樹脂有明顯的阻聚作用，隨著用量的增加，樹脂的凝膠時(shí)間變長（GT）變長，固化時(shí)間（△t）延長，放熱峰（PEAK）降低。其對(duì)△t的影響比GT更大，當(dāng)過氧化物用量減少時(shí)，對(duì)樹脂的阻聚作用更明顯。當(dāng)石墨粉添加量為2%，固化劑M50添加量為2%時(shí)，MFE 711的 GT延長了將近1倍，而△t延長了2.5倍。當(dāng)固化劑M50添加量為1.5%時(shí)，MFE 711的 GT延長了將近1.6倍，而△t延長了6.5倍。

但隨著碳納米管和石墨烯等新材料的出現(xiàn)，由于本身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，可以在添加量更少的同時(shí)，對(duì)樹脂基體起到增強(qiáng)作用，當(dāng)和碳纖維配合使用時(shí)，可以進(jìn)一步降低體系的表面電阻率，可以從102~109，CNT的添加量在0.3%以下時(shí)就可以達(dá)到很好的導(dǎo)靜電效果，同時(shí)對(duì)樹脂基體的固化性能影響減少。

表2 CNT對(duì)MFE 711澆注體表面電阻率的影響

通用乙烯基酯樹脂澆鑄體的表面電阻率在1015左右，而我們的復(fù)合CNT的MFE 711系列阻燃乙烯基酯樹脂的表面電阻率降低到105，有效的增加樹脂的導(dǎo)電性，與石墨粉/炭黑相比，達(dá)到相同的導(dǎo)電性，CNT的添加量只需要石墨/炭黑用量的10%，減少填料了對(duì)樹脂強(qiáng)度的影響，并能簡化施工工藝。

表3 CNT對(duì)MFE 711的FRP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

注：MFE 711的FRP復(fù)合材料均采用手糊工藝和3層450g/m2短切氈的鋪層結(jié)構(gòu)制作而成，其含膠量約為70%

MFE711樹脂復(fù)合CNT后其FRP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度少量提升，彎曲強(qiáng)度提高10%-15%，壓縮強(qiáng)度提高15%-25%，沖擊強(qiáng)度提高10%-20%。從表中數(shù)據(jù)可以看出碳納米管的增強(qiáng)效果比較明顯。

在MFE 711體系加入0.25%的CNT同時(shí)配合添加1%的短切碳纖維后，樹脂體系的表面電阻率可以降低到2.5*103Ω。

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)在MFE 711乙烯基酯樹脂體系中加入極少量的CNT就能大大降低電阻率。其添加量只有石墨粉的1/10就可以滿足導(dǎo)靜電的國標(biāo)要求，同時(shí)通過添加短切碳纖維，形成半連續(xù)的復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)一步降低樹脂體系的表面電阻率，達(dá)到103Ω，是比較好的樹脂導(dǎo)靜電改性方法。