１９６２００６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１表１不同填料填充胶料的屏蔽性能硅橡胶（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，西安交通大学工程硕士，从事科研管理工作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。ｇａ静雹御磷拉细度，目图２填料粒径对导电性能的影响１９８２００６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。图３…………对于电镀法，由于石墨粉的堆积密度较小，仅堆积密度增加，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蓑嚣蓁篓篓言罢粪霎耋型鎏焉旱誓霍耄主宰蓁由于电磁屏蔽用导电橡胶中加入填料的比例为１．Ｏ一１．８９／ｃｍ３，在电镀溶液中难以沉积在阴极，使电镀效果变差，易形成尖端，并且漏镀。对于化学镀法，石墨在溶液中易于分散，可使镀层均匀，但镀层较薄，稳定性差，且生成的镀层多为表面包覆，有效片接触较少。为此，我们采用先化学镀再电镀的方法制备石墨镀镍粉，化学镀后，粉末成致密的沉积层结晶有利。２．５屏蔽用橡胶制品性能的改善研究较高，对其橡胶的物理机械性能损失较大。为了提高其弹性和水气密封性能，加入１，３一丙二醇做增塑剂，石墨镀镍粉末加入硅橡胶混炼硫化后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图５断面形态由数据可以看出，加入１，３一丙二醇作为结构控制剂［６１，在硫化过程中可以有效的降低交联程度，从而降低胶料硬度，提高撕裂且压缩永久变形变化不大，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［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［６］余惠琴，刘晓红．增塑剂对硅橡胶硫化性能的影响［Ｍ］．弹性体，２００５—１２—２５