导电填料对电磁屏蔽橡胶性能的影响

随着现代电了工业和信息产业的迅速发展，产生电磁波十扰的仪器和设备急剧增加。电磁波及静电等问题给工农业生产和日常生活带来了很大的影响，电磁波污染己经成为世界各国关注的社会公害之一。电磁屏蔽橡胶材料及其制品便是为了解决这些问题而发展起来的。添加导电填料的电磁屏蔽橡胶材料，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，应用前景十分广阔。
本研究通过系统的比对实验，针对导电填料的成分、用量、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了石墨镀镍导电颗粒填料，加入硅橡胶后，硫化制品表现出良好的导电性能。石墨镀镍粉末作为导电填料的填充颗粒，具有全频率屏蔽的优异性能，同时兼顾了实用性和低成本要求，具有良好的应用前景。
实验部分
1. 1原料
硅橡胶，德国瓦克8401; DCP，石墨粉，银粉，硫酸镍，氯化镍，氯化铰，硼酸，柠檬酸钠，氨水，次亚磷酸钠，氢氧化钠，氧化锌，铬酸钾等，均为工业制品，化学纯。
1. 2填料的选择
选择纯银粉t}-粉铜粉石墨炭黑作为导电填料颗粒，加入硅橡胶硫化胶中比较导电性及屏蔽性能。

1. 3性能测试
选择不同用量、不同粒径、不同形状的银粉，加入硅橡胶混炼胶后硫化，测试其导电性能。
1. 4石墨镀镍粉末的制备
采用化学镀镍方法制造}‘]石墨镀镍粉末。将粉末十燥后再进行电镀镍}2]处理。选用以下工艺流程}3]:石墨粉~除油~水洗~敏化刊舌化~水洗~化学镀~水洗~卜燥刊舌化汁水洗~电镀~水洗~镍封闭~卜燥}!i验簇L寸装待用。
1.5检测方法
参照美国M IL- 85328B标准进行电磁屏蔽性能的测试。
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，其硫化胶性能见表1。

用银粉或镀银填料作电磁屏蔽材料具有突出的高频屏蔽效果}3]，银具有优良的导电性能、耐氧化，但价格昂贵，密度很大，不具有竞争力，只适合作特殊场合的屏蔽原料，目对低频电磁屏蔽效果较差，难以满足宽频电磁屏蔽的需要;铜的导电性能良好，但极易氧化，目不易在聚合物基体中分散，从而失去在复合材料中的应用。石墨在很高用量下才有一定的电磁屏蔽效果，这样会导致产品力学性能显著下降，而目本身为黑色，影响产品外观，应用范围受到限制;金属镍粉具有良好导电性能目有和铁类似的导磁性，可满足宽频电磁解蔽的击要，但镍密度较大，分散性能差。为了满足电磁加‘蔽橡胶材料综合性能的;,,要，采用石墨镀镍粉作为橡胶填料。
2. 2填料对屏蔽性能的影响
2. 2. 1用量对屏蔽性能的影响
以银粉为例，按不同比例加入硅橡胶(8401)中，硫化胶性能见表20

橡胶屏蔽材料要求具有良好的导电性能。橡胶中金属粉末用量必须达到能形成无限网链时才能使材料导电。金属粉末导电时不会发生类似炭黑中电了隧道跃迁，粉末之间必须有连续接触。
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，相匀_接触较少，导电性较低。随着填料用量的增加，颗粒间接触机会增多，导电率逐步上升。当填料用量增加到某一临界值时，体系内颗粒相匀_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。
导电率急剧上升，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，导电率也会下降，同时影响材料的力学性能}5]。实验结果表明，在保证良好导电性的前提下，兼顾橡胶性能，填料用量应该控制在75份左右为宜。
2. 2. 2形状对屏蔽性能的影响
对于微观粒了，其微观结构往往影响宏观性能。图1是导电填料2种微观结构TEM照片C选择以下2种形状的银粉，做导电性实验，2种导电银粉形状对硫化胶力学性能的影响结果见表30银粉含量}“]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近两个数量级。比较其微观结构，球状颗粒易形成点接触，而片状颗粒易形成面接触。片接触比点接触的电阻小，更容易获得良好的导电性。

2.2·3　粒径对导电性能的影响
表4是不同粒径的银粉对硫化橡胶导电率的影响结果。
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. 2. 4填料结构对屏蔽性能的影响
选择石墨镀镍粉末为导电填料，可以有效降低制品密度，目镍的导磁性可以提供优异的低频屏蔽性能。对于石墨镀镍可以采用化学镀镍或者
电镀镍方法。图2为电镀镍、化学镍、复合镀镍试样的电镜照片。

电镀镀法由于石墨粉的堆积密度较小，仅为1.0-1.8/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，并目漏镀。化学镀法由于石墨在溶液中易于分散，可使镀层均匀，但较薄，稳定性差，目生成的镀层多为表面包覆，有效片接触较少。为此，采用先化学镀法再电镀法制备石墨镀镍粉，化学镀后，粉末堆积密度增加，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，生成高效片接触颗
米众。
2.2 5Z种镀覆工艺对屏蔽性能的影响
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:除油刊舌化~化学镀刊舌化~电镀~t封闭。石墨粉末作为基材，必
须彻底除油，进行活化。图3为直接化学镀和有效活化后化学镀的对比结果。

反映日标载体石墨的表面活性对化学镀镍的结品分布起决定作用。化学镀镍过程利用硫酸镍和次亚磷酸钠的氧化还原反应获得镍，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/dm`)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，采用化学镀镍可以获得均匀的镀层并增加堆积密度有利沉积，目镀后经一次活化的镍层表面存在大量品核，对于电镀过程中形成致密的沉积层结品有利。
2.2.6橡胶制品屏蔽性能的改善
由于电磁屏蔽用导电橡胶中加入填料的比例较高，对其橡胶的物理机械性能损害较大。为了提高其弹性和水气密封性能，加入1, 3一内一醇做增塑剂，把石墨镀镍粉末加入硅橡胶混炼胶并硫化后物理性能和屏蔽效能见表5;端面形态见图40
由表5可以看出，加入1, 3一内一醇作为结构增塑剂}}i，在硫化过程中可以有效降低交联程度，从而降低胶料硬度，提高撕裂强度和减小压缩永久变形，提高电磁屏蔽用橡胶的物理机械性能。

3结语
( 1)采用复合镀工艺制备的石墨镀镍粉末为屏蔽用橡胶材料的导电填料，可以兼顾其成本与性能的要求。
} 2}填料用量增加，电阻率减小，胶料物理性能下降;填料微观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地平衡导电性
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，能够获得性能和形状稳定的填料粉末，制品具有良好的电磁屏蔽性能。