導(dǎo)電填料對(duì)電磁屏蔽橡膠性能的影響

隨著現(xiàn)代電了工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生電磁波十?dāng)_的儀器和設(shè)備急劇增加。電磁波及靜電等問(wèn)題給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來(lái)了很大的影響，電磁波污染己經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)注的社會(huì)公害之一。電磁屏蔽橡膠材料及其制品便是為了解決這些問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的。添加導(dǎo)電填料的電磁屏蔽橡膠材料，在具備良好導(dǎo)電性能的同時(shí)又具有橡膠的柔軟性和水氣密封性，應(yīng)用前景十分廣闊。
本研究通過(guò)系統(tǒng)的比對(duì)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)導(dǎo)電填料的成分、用量、形狀、粒徑、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選擇。通過(guò)化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳的方法制備了石墨鍍鎳導(dǎo)電顆粒填料，加入硅橡膠后，硫化制品表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能。石墨鍍鎳粉末作為導(dǎo)電填料的填充顆粒，具有全頻率屏蔽的優(yōu)異性能，同時(shí)兼顧了實(shí)用性和低成本要求，具有良好的應(yīng)用前景。
實(shí)驗(yàn)部分
1. 1原料
硅橡膠，德國(guó)瓦克8401; DCP，石墨粉，銀粉，硫酸鎳，氯化鎳，氯化鉸，硼酸，檸檬酸鈉，氨水，次亞磷酸鈉，氫氧化鈉，氧化鋅，鉻酸鉀等，均為工業(yè)制品，化學(xué)純。
1. 2填料的選擇
選擇純銀粉t}-粉銅粉石墨炭黑作為導(dǎo)電填料顆粒，加入硅橡膠硫化膠中比較導(dǎo)電性及屏蔽性能。

1. 3性能測(cè)試
選擇不同用量、不同粒徑、不同形狀的銀粉，加入硅橡膠混煉膠后硫化，測(cè)試其導(dǎo)電性能。
1. 4石墨鍍鎳粉末的制備
采用化學(xué)鍍鎳方法制造}‘]石墨鍍鎳粉末。將粉末十燥后再進(jìn)行電鍍鎳}2]處理。選用以下工藝流程}3]:石墨粉~除油~水洗~敏化刊舌化~水洗~化學(xué)鍍~水洗~卜燥刊舌化汁水洗~電鍍~水洗~鎳封閉~卜燥}!i驗(yàn)簇L寸裝待用。
1.5檢測(cè)方法
參照美國(guó)M IL- 85328B標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電磁屏蔽性能的測(cè)試。
2結(jié)果與討論
2. 1不同填料的屏蔽性能
加入純銀粉、鎳粉、銅粉、石墨、炭黑作為導(dǎo)電填料顆粒，其硫化膠性能見(jiàn)表1。

用銀粉或鍍銀填料作電磁屏蔽材料具有突出的高頻屏蔽效果}3]，銀具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、耐氧化，但價(jià)格昂貴，密度很大，不具有競(jìng)爭(zhēng)力，只適合作特殊場(chǎng)合的屏蔽原料，目對(duì)低頻電磁屏蔽效果較差，難以滿足寬頻電磁屏蔽的需要;銅的導(dǎo)電性能良好，但極易氧化，目不易在聚合物基體中分散，從而失去在復(fù)合材料中的應(yīng)用。石墨在很高用量下才有一定的電磁屏蔽效果，這樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品力學(xué)性能顯著下降，而目本身為黑色，影響產(chǎn)品外觀，應(yīng)用范圍受到限制;金屬鎳粉具有良好導(dǎo)電性能目有和鐵類(lèi)似的導(dǎo)磁性，可滿足寬頻電磁解蔽的擊要，但鎳密度較大，分散性能差。為了滿足電磁加‘蔽橡膠材料綜合性能的;,,要，采用石墨鍍鎳粉作為橡膠填料。
2. 2填料對(duì)屏蔽性能的影響
2. 2. 1用量對(duì)屏蔽性能的影響
以銀粉為例，按不同比例加入硅橡膠(8401)中，硫化膠性能見(jiàn)表20

橡膠屏蔽材料要求具有良好的導(dǎo)電性能。橡膠中金屬粉末用量必須達(dá)到能形成無(wú)限網(wǎng)鏈時(shí)才能使材料導(dǎo)電。金屬粉末導(dǎo)電時(shí)不會(huì)發(fā)生類(lèi)似炭黑中電了隧道躍遷，粉末之間必須有連續(xù)接觸。
當(dāng)導(dǎo)電填料用量較低時(shí)，填料顆粒能較均勻地分散在聚合物中，相勻_接觸較少，導(dǎo)電性較低。隨著填料用量的增加，顆粒間接觸機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)電率逐步上升。當(dāng)填料用量增加到某一臨界值時(shí)，體系內(nèi)顆粒相勻_接觸，形成無(wú)限網(wǎng)鏈，這個(gè)無(wú)限網(wǎng)鏈就像一個(gè)金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導(dǎo)電通道。
導(dǎo)電率急劇上升，使聚合物變成了導(dǎo)體。相反，導(dǎo)電填料過(guò)多，金屬顆粒不能緊密接觸，導(dǎo)電性能不穩(wěn)定，導(dǎo)電率也會(huì)下降，同時(shí)影響材料的力學(xué)性能}5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保證良好導(dǎo)電性的前提下，兼顧橡膠性能，填料用量應(yīng)該控制在75份左右為宜。
2. 2. 2形狀對(duì)屏蔽性能的影響
對(duì)于微觀粒了，其微觀結(jié)構(gòu)往往影響宏觀性能。圖1是導(dǎo)電填料2種微觀結(jié)構(gòu)TEM照片C選擇以下2種形狀的銀粉，做導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，2種導(dǎo)電銀粉形狀對(duì)硫化膠力學(xué)性能的影響結(jié)果見(jiàn)表30銀粉含量}“]相同時(shí)，片狀銀粉配制的導(dǎo)電材料比球狀銀粉配制的導(dǎo)電材料的導(dǎo)電率要高出近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。比較其微觀結(jié)構(gòu)，球狀顆粒易形成點(diǎn)接觸，而片狀顆粒易形成面接觸。片接觸比點(diǎn)接觸的電阻小，更容易獲得良好的導(dǎo)電性。

2.2·3　粒徑對(duì)導(dǎo)電性能的影響
表4是不同粒徑的銀粉對(duì)硫化橡膠導(dǎo)電率的影響結(jié)果。
以200目銀粉所測(cè)導(dǎo)電性最好。若顆粒大小適當(dāng),分散良好,形成最密集的填充狀態(tài),導(dǎo)電性能最好;若顆粒太細(xì),會(huì)因接觸電阻增大,導(dǎo)電性變差

2. 2. 4填料結(jié)構(gòu)對(duì)屏蔽性能的影響
選擇石墨鍍鎳粉末為導(dǎo)電填料，可以有效降低制品密度，目鎳的導(dǎo)磁性可以提供優(yōu)異的低頻屏蔽性能。對(duì)于石墨鍍鎳可以采用化學(xué)鍍鎳或者
電鍍鎳方法。圖2為電鍍鎳、化學(xué)鎳、復(fù)合鍍鎳試樣的電鏡照片。

電鍍鍍法由于石墨粉的堆積密度較小，僅為1.0-1.8/cm3，在電鍍?nèi)芤褐须y以沉積在陰極，使電鍍效果變差，易形成尖端，并目漏鍍?；瘜W(xué)鍍法由于石墨在溶液中易于分散，可使鍍層均勻，但較薄，穩(wěn)定性差，目生成的鍍層多為表面包覆，有效片接觸較少。為此，采用先化學(xué)鍍法再電鍍法制備石墨鍍鎳粉，化學(xué)鍍后，粉末堆積密度增加，使電鍍易于進(jìn)行，電鍍使化學(xué)鍍所得的鍍層更穩(wěn)定，并使顆粒形狀發(fā)生改變，生成高效片接觸顆
米眾。
2.2 5Z種鍍覆工藝對(duì)屏蔽性能的影響
在整個(gè)研制過(guò)程中，導(dǎo)電填料的制備是核心技術(shù)，其工藝流程重點(diǎn)包括:除油刊舌化~化學(xué)鍍刊舌化~電鍍~t封閉。石墨粉末作為基材，必
須徹底除油，進(jìn)行活化。圖3為直接化學(xué)鍍和有效活化后化學(xué)鍍的對(duì)比結(jié)果。

反映日標(biāo)載體石墨的表面活性對(duì)化學(xué)鍍鎳的結(jié)品分布起決定作用?；瘜W(xué)鍍鎳過(guò)程利用硫酸鎳和次亞磷酸鈉的氧化還原反應(yīng)獲得鎳，需要強(qiáng)力攪拌使反應(yīng)均勻; 電鍍過(guò)程在有效溫度和pH值條件下，需要較溫和的電流密度(2A/dm`)和攪拌(小于20r/ min)。對(duì)于石墨來(lái)說(shuō)，堆積密度較小，容易在溶液中分散，采用化學(xué)鍍鎳可以獲得均勻的鍍層并增加堆積密度有利沉積，目鍍后經(jīng)一次活化的鎳層表面存在大量品核，對(duì)于電鍍過(guò)程中形成致密的沉積層結(jié)品有利。
2.2.6橡膠制品屏蔽性能的改善
由于電磁屏蔽用導(dǎo)電橡膠中加入填料的比例較高，對(duì)其橡膠的物理機(jī)械性能損害較大。為了提高其彈性和水氣密封性能，加入1, 3一內(nèi)一醇做增塑劑，把石墨鍍鎳粉末加入硅橡膠混煉膠并硫化后物理性能和屏蔽效能見(jiàn)表5;端面形態(tài)見(jiàn)圖40
由表5可以看出，加入1, 3一內(nèi)一醇作為結(jié)構(gòu)增塑劑}}i，在硫化過(guò)程中可以有效降低交聯(lián)程度，從而降低膠料硬度，提高撕裂強(qiáng)度和減小壓縮永久變形，提高電磁屏蔽用橡膠的物理機(jī)械性能。

3結(jié)語(yǔ)
( 1)采用復(fù)合鍍工藝制備的石墨鍍鎳粉末為屏蔽用橡膠材料的導(dǎo)電填料，可以兼顧其成本與性能的要求。
} 2}填料用量增加，電阻率減小，膠料物理性能下降;填料微觀片狀結(jié)構(gòu)具有更低的體積電阻率;選擇合適細(xì)度的填料能夠較好地平衡導(dǎo)電性
能與膠料的物理性能。
( 3)采用先化學(xué)鍍，再電鍍的復(fù)合鍍工藝，控制合適的工藝條件，能夠獲得性能和形狀穩(wěn)定的填料粉末，制品具有良好的電磁屏蔽性能。