导电及高导电硅橡胶(一)

 

 

　　研究了不同导电填料对硅橡胶导电性能及加工性能的影响。结果表明，使用乙炔炭黑和导电填料G可制得体积电阻率分别为0.38～0.48 Ω.cm和0.0266 Ω．cm，综合性能优异的导电硅橡胶。

　　关键词　硅橡胶　导电　填料　银　炭黑
Conductive and Outstanding Conductive Silicone Rubber

Mao Bin，Zhang Fei，Chen Sanyao，Huang Wei

(Nantong San Teh Xing Electronic Ind.Co.Ltd.,Nantong 226009)

　　Abstract
　　The conductive and processing properties of silicone rubber filled with different conductive powder were investigated.The results showed that the conductive silicone rubber with bulk resistivity being respectively 0.38～0.48 Ω.cm and 0.0266 Ω.cm were made from acetylene carbon black and conductive powder G.

　　Keywords　silicone rubbr　conductive　carbon black　silver

　　硅橡胶配合导电炭黑、金属粉末及其它经导电材料处理的粉末可制得具有导电、耐高低温、耐老化、易加工等优良性能的导电硅橡胶，用于制造计算器键盘、电话、遥控器、移动电话按键等的导电接触片﹝1﹞。随着科学技朮的发展，用户对产品性能的要求越来越高﹔为了满足客户对低电阻产品的需要，我们通过改进加工工艺、重新对原材料进行筛选，在原导电橡胶(体积电阻率＞2 Ω.cm)的基础上制备出高导电硅橡胶(体积电阻率＜0.05　Ω.cm)。

1　实验部分

1.1　原材料
　　基胶：甲基乙烯基硅橡胶，乙烯基摩尔分数为0.05%～0.15%，日本进口。

　　导电填料：乙炔炭黑1，国产﹔乙炔炭黑2，CABOT公司﹔超导炭黑BP2000，CABOT公司﹔银(Ag)，纯度99.9%，200目，上海化学试剂公司﹔高导电粉末G，自备。

　　硫化剂：过氧化二异丙苯(DCP)：纯度99%，江苏海安东洋化工厂﹔2，5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(DBPMH)：含量大于85%，江苏句容先锋化工有限公司。

　　助交联剂：多乙烯基硅橡胶，乙烯基摩尔分数为1%～3%，日本进口﹔三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，合肥化工研究所,双二四。

1.2　试验方法

1.2.1　混炼
　　按一定比例(见表2)将基胶、导电填料、硫化剂，助交联剂等进行混炼加工后得片状胶料。填充料不同采用的混炼设备不同：填料为炭黑时，用密炼机密炼后过滤，再经开炼机出片﹔填充料为高导电粉末G及Ag时，用开炼机混炼后出片。

1.2.2　硫化
　　采用压力为100～150 t的平板硫化机。
　　一段硫化：175 ℃±5 ℃×300 s﹔
　　二段硫化：200 ℃×4 h。

1.2.3　制备导电粒子
　　以直径为3 mm的冲片机冲片制成样品。其中：填充剂为炭黑，制成直径为3 mm、厚度为0.7 mm的圆形粒子﹔双二五 填充剂为高导电粉未G，制成直径为3mm、厚度为0.55 mm的圆形粒子。

1.3　电阻测试
　　使用FLUKE－77数字万用表。
　　方法：施加压力200 g，读出电阻R，按下式计算体积电阻率：
ρv＝RA/d

　　式中，ρv为体积电阻率，Ω.cm﹔R为电阻，Ω﹔A为试样横截面积，cm2﹔d为试样厚度，cm。

2　结果与讨论
2.1　导电机理及导电填料的比较
　　复合型高聚物的导电机理主要有导电颗料接触导电理论及隧道效应。高导电性硅橡胶的导电机理更倾向于前者：当导电粒子的加入量很少时，导电粒子被橡胶分开呈绝缘性﹔导电粒子加入量渐渐增大时，颗粒间的距离缩短，部分相互接触出现导电性﹔当用量增大到一定程度时，表现出良好的导电性，此为导电粒子相互接触形成通路的结果﹝2﹞。导电填料各有优劣：用贵金属可获导电性优异的材料﹔但会大大增加制品成本，且金属粒子在聚合物中的迁移会使表层导电率下降，造成材料导电性不稳定。使用一般金属(如铜)会克服上述一些局限性，但会因其表面氧化而使电阻增大﹔石墨的加入对整个体系粘度影响较小，然而，其结构决定了要获得同等程度的导电性其加入量需远大于炭黑，其结果必然会影响聚合物的物理性能。对于导电性要求不太高(如抗静电性)的场合，炭黑是增加硅橡胶导电性较完美的填充剂。一方面它具有一定的补强作用，同时，也提供导电性﹔但其加工较困难、劳动环境恶劣，且不能满足低电阻、高导电材料的要求。高导电粉末G能提供更高的导电性、且加工性能和制品的物理性能良好。

2.2　不同导电填料性能的比较

　　不同导电填料的物理性能见表1。

表1　不同导电填料的性能比较

 

 

	乙炔炭黑1	乙炔炭黑2	BP2000	G
粒徑／μm		0.014	0.012	2～12
比表面積 /m2.g－1	243	560	1475
吸油值/ mL.(100g)－1	120	82	330
相對密度	1.8	1.8	1.8	2.63

　　对炭黑来讲，粒径越大，吸油值越低，越易分散，但导电性差﹔高比表面积炭黑导电性高，但可加入量少，导电性亦难以提高。

　　以不同导电填料设计导电硅橡胶配方，其硫化后的导电性能见表2。

     表2　不同导电填料对导电硅橡胶导电性能的影响

 

配方	1	2	3	4	5
硅橡膠	100	100	100	100	100
乙炔炭黑1	70		70
乙炔炭黑2		50～60
BP2000			10
高導電粉末G				130～230
Ag					150
結構控制劑		6	6
DCP	硫化	不硫化	不硫化
DBPMH	易硫化	較難硫化	難硫化	硫化	硫化
導電膠體積 電阻率／Ω.cm	0.95～1.9	0.38～0.48	＜0.29	0.0266	0.0190

　　表2表明，炭黑2、BP2000的加入会延缓硅橡胶的硫化，甚至使常用硫化剂如DCP失效。例如，炭黑2用量为基胶的10%时，DCP用量达1.5%也不能使胶料硫化。用高导电粉末G及Ag填充的导电硅橡胶的体积电阻率比炭黑填充的低1～2个数量级。