導(dǎo)電填料對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。電磁波及靜電等問題給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來了很大的影響，電磁波污染己經(jīng)成為世界各國關(guān)注的社會公害之一。電磁屏蔽橡膠材料及其制品便是為了解決這些問題而發(fā)展起來的。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。
本研究通過系統(tǒng)的比對實(shí)驗(yàn)，針對導(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檢測方法
參照美國M IL- 85328B標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電磁屏蔽性能的測試。
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，不具有競爭力，只適合作特殊場合的屏蔽原料，目對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填料對屏蔽性能的影響
2. 2. 1用量對屏蔽性能的影響
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)到能形成無限網(wǎng)鏈時才能使材料導(dǎo)電。金屬粉末導(dǎo)電時不會發(fā)生類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，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，體系內(nèi)顆粒相勻_接觸，形成無限網(wǎng)鏈，這個無限網(wǎng)鏈就像一個金屬網(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)電率也會下降，同時影響材料的力學(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形狀對屏蔽性能的影響
對于微觀粒了，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)電銀粉形狀對硫化膠力學(xué)性能的影響結(jié)果見表30銀粉含量}“]相同時，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)電率要高出近兩個數(shù)量級。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　粒徑對導(dǎo)電性能的影響
表4是不同粒徑的銀粉對硫化橡膠導(dǎo)電率的影響結(jié)果。
以200目銀粉所測導(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),會因接觸電阻增大,導(dǎo)電性變差

2. 2. 4填料結(jié)構(gòu)對屏蔽性能的影響
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種鍍覆工藝對屏蔽性能的影響
在整個研制過程中，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)鍍的對比結(jié)果。

反映日標(biāo)載體石墨的表面活性對化學(xué)鍍鎳的結(jié)品分布起決定作用。化學(xué)鍍鎳過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)。對于石墨來說，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，對于電鍍過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表5;端面形態(tài)見圖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
( 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。