航天器用防静电包装材料研究现状
【摘 要】本文简述了防静电材料在航天器包装应用方面的重要性，着重综述了防静电包装材料的分类和研究现状与进展，并就如何开发出抗静电性能高、工艺成本低、外观等级高的防静电材料对相关科研人员提出了更高的要求。
【关键词】防静电 包装材料 综述
随着我国航空航天事业的快速发展，微电子技术及其产品在建设新型航天工业体系中扮演重要的角色。据研究表明，航天器微电子产品的总质量已经达到整个航天器质量的30%[1]。航天器微电子产品的稳定性包装涵盖着一个复杂的系统，据不完全统计，全球每年因静电放电原因造成电子元器件损坏的损失高达数百亿美元[2]。国内航空专家称抗静电包装在航空航天微电子产品上的运用已成为确保航空航天事业安全发展的关键一环。因此，航天器防静电包装箱技术的相关研究具有重要的现实意义。
1 防静电包装概述
静电对人们来说并不陌生，在干燥的秋冬季节，晚上睡觉脱衣服或者见面握手，会经常听到噼啪的声响或者感受到指尖刺痛。当物体之间的静电积累到一定程度，在合适的条件下，便会瞬间释放出能量，从而对物体造成破坏。尤其是航天器中的各种电子元器件、精密仪表仪器以及复杂集成电路等敏感器件，如果在存储、运输、使用环节中不采用防静电包装，非防静电包装材料就因为诸如摩擦或者电磁感应等原因产生静电，当静电积累到一定量后，达到一定条件就会放电，瞬间造成器件的损坏，造成整个不可估量的经济损失。
随着人们对防静电意识的不断增加，防静电包装也越来越受重视。原因主要有两个方面：第一，高分子材料被广泛运用在包装材料中，而高分子材料的绝缘性能优良；第二，航天器中的电子元器件越来越精细化、集成化，而这些精细化、集成化的产品静电敏感系数大幅提高，对防静电包装的需求也急剧提高[3]。
2 防静电包装材料
防静电包装是指在使用和运输中不产生摩擦电荷的材料。对于防静电材C，我国于1996年颁布并实施军标GJB2605-96（可热封柔性防静电阻隔材料规范），该标准等效采用美国军标MIL-B-81705C，对阻隔包装材料的静电性能指标做出了明确的规定，详见表1。静电屏蔽是指导体外壳对其内部起到“保护”作用，使其内部不受外部电场影响的现象。导体接地的屏蔽称为内屏蔽，导体不接地称为外屏蔽。根据静电屏蔽的原理，将静电敏感电子元器件包裹在导体材料中，使其完全不受静电场或静电放电产生的电磁脉冲的影响，该导体材料就称为静电屏蔽材料。
2.1 导电填料填充型材料
通过在包装材料中添加能提高材料导电性，降低材料的电阻系数，提高材料的静电耗散率，避免静电累积的方法是目前为止最为简单有效的防静电方法。最为常用的填充材料是碳黑，其次还有导电纤维和金属粉末等。该方法是通过向高分子材料中添加一定比例的导电物质，经过混合、熔炼、塑化、造粒等过程制备而成。最终复合材料能够导电主要原因是因为一定体积比例的导电粒子均与分散在基体中，形成导电回路。如果材料没有很好地分散在基体中，最终产品是不具有导电性的。
目前研究方向主要集中在导电填料的改进以及合成树脂的选择上，根据填料的不同又可分为：碳系填充、金属填充（金粉、银粉、电解铜粉、胶态金属、片状镍以及铝、铁等金属粉末）和金属氧化物（纳米掺锑二氧化锡）填充等。
2.2 导电高分子材料
导电高分子材料具有特殊的结构和优异的物理化学性能，具有类似金属的电导率，具有重要的理论研究价值和广阔的市场应用前景。自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家首次发现掺杂后的聚乙炔具有类似金属的导电性以后，人们对导电高分子材料的研究不断推进。按照材料的结构与组成，导电高分子材料通常可以分为结构型和复合型两大类[4]。
结构型高分子材料是指高分子结构本身或者经掺杂后具有导电性质的高分子材料。其主要有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。复合型高分子材料是指高分子材料与导电物质通过填充复合、表面复合或者层积复合等方法制得。主要的品种有：导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。
2.3 纳米型防静电材料
纳米材料具有三大效应：表面效应、体积效应和量子尺寸效应[5]。由于这些效应，纳米材料在磁、光、电等方面具备其他材料不具备的特殊性质。
金属纳米微粒具有消除静电的特殊功能，在生产防静电包装材料时只要加入少量金属纳米微粒，就可以抑制静电现象，使得包装材料表面不再吸附灰尘，减少了因摩擦而导致的擦伤，同时对静电敏感元器件起到了很好的保护作用[6]。纳米掺锑二氧化锡（ATO），是一种N型半导体材料，与传统的抗静电材料相比，具有明显的优势，表现在良好的导电性、浅色透明性、良好的耐气候性和稳定性以及低的红外发射率等方面，是一种极具发展潜力的新型多功能导电材料[7-8]。
碳纳米管作为新一代防静电添加材料引起了研究学者的广泛关注。碳纳米管是一种永久性导电材料，具有大的比表面积，静电电荷很容易在其表面聚合和移动，另外其具有的量子尺寸效应，非常有利于自身的电荷释放。另一方面其克服了纳米材料容易聚集、难以分散的难题，使得碳纳米管在基体材料中分散变得十分容易。因此碳纳米管特别适合作为防静电复合材料来应用。
结语
防静电包装在航天器上的需要将随着航空航天事业不断发展而不断增大，如今，静电敏感元器件在航天器上的应用越来越广泛，相关的研究急需进一步加强。包装对材料的性能要求极为严苛，物理化学性能必须同时满足产品要求才能运用于实践。防静电材料是防静电包装的物质基础，如何开发出抗静电性能高、工艺成本低、外观等级高的防静电材料对相关科研人员提出了更高的要求。
参考文献
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[2]Key Tek Instrument Corp.Electrostatic Discharge （ESD）Protection Test Book[M].Key Tek Instrument Corp，1983.
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[4]何莉，刘军，沈阳，等.导电高分子的应用[J].化学试剂，2003，（25）：145-149.
[5]霍洪媛，仝玉萍，李玉河.纳米材料[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
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