導電填料對電磁屏蔽橡膠性能的影響

隨著現代電了工業和信息產業的迅速發展，產生電磁波十擾的儀器和設備急劇增加。電磁波及靜電等問題給工農業生產和日常生活帶來了很大的影響，電磁波汙染己經成為世界各國關注的社會公害之一。電磁屏蔽橡膠材料及其製品便是為了解決這些問題而發展起來的。添加導電填料的電磁屏蔽橡膠材料，在具備良好導電性能的同時又具有橡膠的柔軟性和水氣密封性，應用前景十分廣闊。
本研究通過系統的比對實驗，針對導電填料的成分、用量、形狀、粒徑、結構進行了選擇。通過化學鍍鎳和電鍍鎳的方法製備了石墨鍍鎳導電顆粒填料，加入矽橡膠後，硫化製品表現出良好的導電性能。石墨鍍鎳粉末作為導電填料的填充顆粒，具有全頻率屏蔽的優異性能，同時兼顧了實用性和低成本要求，具有良好的應用前景。
實驗部分
1. 1原料
矽橡膠，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，均為工業製品，化學純。
1. 2填料的選擇
選擇純銀粉t}-粉銅粉石墨炭黑作為導電填料顆粒，加入矽橡膠硫化膠中比較導電性及屏蔽性能。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/260915.htm

1. 3性能測試
選擇不同用量、不同粒徑、不同形狀的銀粉，加入矽橡膠混煉膠後硫化，測試其導電性能。
1. 4石墨鍍鎳粉末的製備
採用化學鍍鎳方法製造}『]石墨鍍鎳粉末。將粉末十燥後再進行電鍍鎳}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~化學鍍~水洗~卜燥刊舌化汁水洗~電鍍~水洗~鎳封閉~卜燥}!i驗簇L寸裝待用。
1.5檢測方法
參照美國M IL- 85328B標準進行電磁屏蔽性能的測試。
2結果與討論
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]，銀具有優良的導電性能、耐氧化，但價格昂貴，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，從而失去在複合材料中的應用。石墨在很高用量下才有一定的電磁屏蔽效果，這樣會導致產品力學性能顯著下降，而目本身為黑色，影響產品外觀，應用範圍受到限制;金屬鎳粉具有良好導電性能目有和鐵類似的導磁性，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，採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，按不同比例加入矽橡膠(8401)中，硫化膠性能見表20

橡膠屏蔽材料要求具有良好的導電性能。橡膠中金屬粉末用量必須達到能形成無限網鏈時才能使材料導電。金屬粉末導電時不會發生類似炭黑中電了隧道躍遷，粉末之間必須有連續接觸。
當導電填料用量較低時，填料顆粒能較均勻地分散在聚合物中，相勻_接觸較少，導電性較低。隨著填料用量的增加，顆粒間接觸機會增多，導電率逐步上升。當填料用量增加到某一臨界值時，體系內顆粒相勻_接觸，形成無限網鏈，這個無限網鏈就像一個金屬網貫穿於聚合物中，形成導電通道。
導電率急劇上升，使聚合物變成了導體。相反，導電填料過多，金屬顆粒不能緊密接觸，導電性能不穩定，導電率也會下降，同時影響材料的力學性能}5]。實驗結果表明，在保證良好導電性的前提下，兼顧橡膠性能，填料用量應該控制在75份左右為宜。
2. 2. 2形狀對屏蔽性能的影響
對於微觀粒了，其微觀結構往往影響宏觀性能。圖1是導電填料2種微觀結構TEM照片C選擇以下2種形狀的銀粉，做導電性實驗，2種導電銀粉形狀對硫化膠力學性能的影響結果見表30銀粉含量}「]相同時，片狀銀粉配製的導電材料比球狀銀粉配製的導電材料的導電率要高出近兩個數量級。比較其微觀結構，球狀顆粒易形成點接觸，而片狀顆粒易形成面接觸。片接觸比點接觸的電阻小，更容易獲得良好的導電性。

2.2·3　粒徑對導電性能的影響
表4是不同粒徑的銀粉對硫化橡膠導電率的影響結果。
以200目銀粉所測導電性最好。若顆粒大小適當,分散良好,形成最密集的填充狀態,導電性能最好;若顆粒太細,會因接觸電阻增大,導電性變差

2. 2. 4填料結構對屏蔽性能的影響
選擇石墨鍍鎳粉末為導電填料，可以有效降低製品密度，目鎳的導磁性可以提供優異的低頻屏蔽性能。對於石墨鍍鎳可以採用化學鍍鎳或者
電鍍鎳方法。圖2為電鍍鎳、化學鎳、複合鍍鎳試樣的電鏡照片。

電鍍鍍法由於石墨粉的堆積密度較小，僅為1.0-1.8/cm3，在電鍍溶液中難以沉積在陰極，使電鍍效果變差，易形成尖端，並目漏鍍。化學鍍法由於石墨在溶液中易於分散，可使鍍層均勻，但較薄，穩定性差，目生成的鍍層多為表面包覆，有效片接觸較少。為此，採用先化學鍍法再電鍍法製備石墨鍍鎳粉，化學鍍後，粉末堆積密度增加，使電鍍易於進行，電鍍使化學鍍所得的鍍層更穩定，並使顆粒形狀發生改變，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
在整個研製過程中，導電填料的製備是核心技術，其工藝流程重點包括:除油刊舌化~化學鍍刊舌化~電鍍~t封閉。石墨粉末作為基材，必
須徹底除油，進行活化。圖3為直接化學鍍和有效活化後化學鍍的對比結果。

反映日標載體石墨的表面活性對化學鍍鎳的結品分布起決定作用。化學鍍鎳過程利用硫酸鎳和次亞磷酸鈉的氧化還原反應獲得鎳，需要強力攪拌使反應均勻; 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(小於20r/ min)。對於石墨來說，堆積密度較小，容易在溶液中分散，採用化學鍍鎳可以獲得均勻的鍍層並增加堆積密度有利沉積，目鍍後經一次活化的鎳層表面存在大量品核，對於電鍍過程中形成緻密的沉積層結品有利。
2.2.6橡膠製品屏蔽性能的改善
由於電磁屏蔽用導電橡膠中加入填料的比例較高，對其橡膠的物理機械性能損害較大。為了提高其彈性和水氣密封性能，加入1, 3一內一醇做增塑劑，把石墨鍍鎳粉末加入矽橡膠混煉膠並硫化後物理性能和屏蔽效能見表5;端面形態見圖40
由表5可以看出，加入1, 3一內一醇作為結構增塑劑}}i，在硫化過程中可以有效降低交聯程度，從而降低膠料硬度，提高撕裂強度和減小壓縮永久變形，提高電磁屏蔽用橡膠的物理機械性能。

3結語
( 1)採用複合鍍工藝製備的石墨鍍鎳粉末為屏蔽用橡膠材料的導電填料，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;填料微觀片狀結構具有更低的體積電阻率;選擇合適細度的填料能夠較好地平衡導電性
能與膠料的物理性能。
( 3)採用先化學鍍，再電鍍的複合鍍工藝，控制合適的工藝條件，能夠獲得性能和形狀穩定的填料粉末，製品具有良好的電磁屏蔽性能。