导电填料对电磁屏蔽橡胶性能的影响

196 2006年橡胶新技术交流暨信息发布会 导电填料对电磁屏蔽橡胶性能的影响 雷海军。翟广阳。宫文峰 (西北橡胶塑料研究设计院，陕西咸阳 712023) 摘要：研究了导电填料颗粒的含量、形状、粒径、结构等对导电橡胶的性能的影响。以石墨镀镍粉末为目标， 采用化学镀，电镀的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 制备石墨镀镍粉末为电磁屏蔽橡胶用的导电填料，参照美国MIL--85328B标准进行 测试，得到的数据显示，硫化后的试制品具有良好的电磁屏蔽性能。 关键词：电磁屏蔽f导电橡胶；导电填料；石墨镀镍 随着现代电子工业和信息产业的迅速发现， 产生电磁波干扰的设备急剧增加。电磁波及静电 等问题给我们的生产生活带来了很大的损失，电 磁波污染已经成为世界各国关注的社会公害之 一。电磁屏蔽橡胶材料产品便是为了解决这些问 题而发展起来的。采用添加导电填料电磁屏蔽橡 胶材料产品，在具备良好导电性能的同时又具有橡 胶的柔软性和水气密封性能，应用前景十分广阔。 我们通过系统的比对实验，针对导电填料的 成分、含量、形状、粒径、结构进行了选择。通过化 学镀镍和电镀镍的方法制备石墨镀镍导电颗粒。 制得的产品加入硅橡胶后，硫化的制品显示了良 好的导电性能。石墨镀镍粉末作为导电填料的填 充颗粒，具备全频率屏蔽的优异效果，同时兼顾了 实用性和低成本的要求，具有良好的前景。 1实验部分 1．1原料 硅橡胶(德国瓦克R401)、DCP、石墨粉、银 粉、硫酸镍、氯化镍、氯化铵、硼酸、柠檬酸钠、氨 水、次亚磷酸钠、氢氧化钠、氧化锌、铬酸钾等均为 工业品，化学纯。 1．2填料选择实验 选择纯银粉、镍粉、铜粉、石墨、炭黑作为导电 填料颗粒，加入硅橡胶中硫化，比较导电及屏蔽性 能。 1．3填料的物理指标 选择金属粉作为导电填料，加入不同含量、不 作者简介：雷海军(1969一)，男，陕西澄城人，西安交通大学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 硕士，从事科研管理工作 同粒径、不同形状的金属粉，加硅橡胶后混炼硫 化，测试其导电性能。 1．4石墨镀镍粉末的制备 采用化学镀镍[1]的方法的制造石墨镀镍粉 末，将粉末干燥后再进行电镀镍[23处理。选用以 下的工艺流程嘲：石墨粉一除油一水洗一敏化一 活化一水洗一化学镀一水洗一干燥一活化一水洗 一电镀一水洗一镍封闭一千燥一检验一封装待 用。 1．5检测方法 参照美国MIL-85328B标准进行电磁屏蔽性 能的检测。 2结果与讨论 2．1不同填料的屏蔽性能 加入纯银粉、镍粉、铜粉、石墨、炭黑作为导电 填料颗粒，胶料硫化后性能如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 表1不同填料填充胶料的屏蔽性能 由上述实验数据可以看出，以银粉为填料作 电磁屏蔽橡胶材料具有突出的高频屏蔽效果嘲， 且银具有优良的导电性能、耐氧化，但银的价格昂 贵，密度很大，不具有竞争力，只适合作特殊场合 的屏蔽原料，且对低频的电磁屏蔽效果较差，难以 2006正 雷海军等导电填料对电磁屏蔽橡胶性能的影响 197 满足宽频电磁屏蔽的需要；铜的导电性能良好，但 极易氧化，且不易在聚合物基体中分散，从而失去 复合材料的电磁屏蔽效果，石墨在很高的含量下 才能具有一定的电磁屏蔽效果，这样会导致产品 的力学性能显著下降，而且制品本身为黑色，影响 了产品的外观，应用范围受到限制；金属镍粉具有 良好导电性能且有和铁类似的导磁性，可满足宽 频电磁屏蔽的需要，但镍存在密度较大，分散性能 差的缺点。为了满足屏蔽橡胶材料综合性能的需 要，采用石墨镀镍粉作为屏蔽用橡胶的填料。 2．2填料物理特性对屏蔽性能的影响 2．2．1含量 以银粉为例，按不同比例加入硅橡胶(R401) 中，混炼硫化后性能如表2： 表2胶料物理性能 屏蔽用橡胶要求橡胶具有良好的导电性能。 橡胶中加入金属粉末的含量必须达到能形成无限 网链时才能使材料导电。金属粉末导电不会发生 类似炭黑中电子的隧道跃迁，粉末之间必须有连 续的接触。当导电填料用量较低时，填料颗粒能 较均匀地分散在聚合物中，相互接触较少，导电性 较低。随着填料用量的增加，颗粒间接触的机会 增多，电导率逐步上升。当填料浓度增加到某一 临界值时，体系内的颗粒相互接触，形成无限网 链，这个无限网链就像一个金属网贯穿于聚合物 中，形成导电通道。电导率急剧上升，使聚合物变 成了导体。相反，导电填料过多，金属颗粒不能紧 密接触，导电性能不稳定，电导率也会下降，同时 影响材料的力学性能[5]。如实验结果显示，在保 证拥有良好导电性能的前提下，兼顾橡胶的性能， 填料使用应该控制在75份左右为宜。 2．2．2形状 对于微观粒子，其微观结构往往影响宏观性 能，选择图1所示2种形状的银粉，做导电性实 验，性能见表3。 球状 片状 图1填料的形状 表3填料形状对胶料性能的影响 银粉含量n]相同时，片状银粉配制的导电材 料比球状银粉配制的导电材料的导电率要高出两 个数量级。比较其微观结构，球状的颗粒易形成 点接触，而片状的颗粒易形成面接触。片接触比 点接触的接触电阻小，更容易获得良好的导电性。 2．2．3粒径 采用硅橡胶150份、DCPl．5份、银粉80份 的基本配方，以不同粒径的银粉进行电导率实验， 结果如图2。 g ● a 静 雹 御 磷 拉 细度，目 图2填料粒径对导电性能的影响 198 2006年橡胶新技术交流暨信息发布会 结果显示，以200目银粉所测导电性最好，若 颗粒大小适当，分散良好，形成最密集的填充状 态，导电性能最好；若颗粒太细，会因接触电阻增 大，导电性变差。 2．3填料结构对屏蔽性能的贡献 选择石墨镀镍粉末为加入的导电填料，可以 有效的降低制品密度，且镍的导磁性可以提供优 异的低频屏蔽性能。对于石墨镀镍可以选择化学 镀或者电镀的方法。以下为电镀，化学镀，复合 镀[53试样的电镜照片图2。 堆积密度增加，使电镀易于进行，电镀使化学镀所 得的镀层更稳定，并使颗粒形状发生改变，生长成 为高效的片接触颗粒体。 2．4填料化学镀和电镀工艺对屏蔽效能的影响 在整个研制过程中，导电填料的制备是核心 技术，其工艺流程重点包括：除油——活化——化 学镀——活化——电镀——镍封闭。石墨粉末作 为基材，必须彻底除油，进行活化。以下为直接镀 和活化后的对比图3。 直接化学镀镍 有效活化后化学镀锞 图4不同电镀方法对比 反映目标载体石墨的表面活性对化学镀镍的 结晶分布起决定作用。化学镀过程利用硫酸镍和 次亚磷酸钠的氧化还原反映获得镍，需要强力搅 拌使反应均匀；电镀过程在有效温度和pH值条 件下，需要较温和的电流密度(2A／din2)和搅拌 (小于20r／min)。对于石墨来说，堆积密度较小， 容易在溶液中分散，采用化学镀可以获得均匀的 图3⋯⋯⋯⋯ 蓑嚣蓁篓篓言罢粪霎耋型鎏焉旱誓霍耄主宰蓁 对于电镀法，由于石墨粉的堆积密度较小，仅 成致密的沉积层结晶有利。 为1．O一1．89／cm3，在电镀溶液中难以沉积在阴2．5屏蔽用橡胶制品性能的改善研究 极，使电镀效果变差，易形成尖端，并且漏镀。对 由于电磁屏蔽用导电橡胶中加入填料的比例 于化学镀法，石墨在溶液中易于分散，可使镀层均 较高，对其橡胶的物理机械性能损失较大。为了 匀，但镀层较薄，稳定性差，且生成的镀层多为表 提高其弹性和水气密封性能，加入1，3一丙二醇 面包覆，有效片接触较少。为此，我们采用先化学 做增塑剂，石墨镀镍粉末加入硅橡胶混炼硫化后 镀再电镀的方法制备石墨镀镍粉，化学镀后，粉末 物理性能和屏蔽效能见表4，断面形态见图5。 2006年 雷海军等导电填料对电磁屏蔽橡胶性能的影响 199 表4胶料的物理性能和屏蔽效能 形变化不大，可提高电磁屏蔽用橡胶的物理机械 性能指标。 3 结论 (1)选择采用复合镀的石墨镀镍粉末为屏蔽 用橡胶的导电填料，可以兼顾成本与性能的要求。 (2)填料的含量升高，电阻率减小，胶料物理 性能下降；填料微观成片状结构具有更低的体积 电阻率；选择合适细度的填料能够较好的平衡导 电性能与胶料的物理性能。 (3)采用先化学镀，再电镀的复合镀工艺，控 制合适的工艺条件，能够获得性状稳定的填料粉 末，制品具有良好的电磁屏蔽性能。 参考文献： E1]姜宵霞，沈伟．化学镀理论及实践[M]．北京；国防工业出版 社，2000．70—74 [2]曾华梁，吴仲达，陈钧等．电镀工艺手册[M]．北京t机械工 业出版杜，2002．188—195 [3]武学高．塑料电镀技术[M]．成都t四川科技出版社，1994． 366——372 [4]雷海军等．金属填料对高导电硅橡胶性能的影响[M]橡胶 工业，2005．11 图5 断面形态 [5]郭为红，汪寂奎·现代功能材料及其应用[M]·北京t化学工 业出版社，2002，．8 由数据可以看出，加入1，3一丙二醇作为结 [6]余惠琴，刘晓红．增塑剂对硅橡胶硫化性能的影响[M]．弹 构控制剂[61，在硫化过程中可以有效的降低交联 性体，2005—12—25 程度，从而降低胶料硬度，提高撕裂且压缩永久变