高导电率金属填充型高导电硅橡胶研究

1.引言

随着现代电子工业和信息产业的迅速发展，产生电磁波干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。电磁屏蔽橡胶材料及其制品便是为了解决这些问题而发展起来的。通过安装在电子设备机箱、机柜的接缝处起到电连续作用，使机箱、机柜的壳体形成一个完整的屏蔽体，起到抗电磁干扰，防电磁信息泄漏等电磁防护的作用、满足电子设备在复杂的电磁环境中能正常的工作。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。

电磁屏蔽橡胶材料主要是指高导电硅橡胶。以橡胶为基体，通过填充高导电粒子而形成的导电复合材料除了具有良好的导电性能外，还保留有聚合物良好的弹性、可延展性等优点，从而在电磁屏蔽和环境密封等领域具有广泛的应用前景。在橡胶基体的选择中，硅橡胶由于兼有较小的密度和较大的介电常数，在导电橡胶制备方面受到了广泛关注。屏蔽填料一般是高导电率或高导磁率的金属或金属复合粉体，如银粉、镍粉、铜粉或铝镀银粉、玻璃镀银粉等。

本文是以硅橡胶作为基胶，以玻璃镀银粉、铝镀银粉、纯银粉粒子作为填料，通过传统的橡胶加工工艺，制备具有高导电性能的硅橡胶复合材料。

2．实验

(1)原材料

支撑材料：

硅橡胶：甲基乙烯基硅橡胶，牌号110-1,2,3，乙烯基含量≥0.10%，中蓝晨光公司生产。

导电填料：

玻璃镀银粉：牌号JLH-SG40-S12，山西金利恒运科技有限公司生产。铝镀银粉：牌号JLH-SA30S20，山西金利恒运公司科技有限生产。纯银粉：牌号320，贵研铂业公司生产。硫化剂：双二五，2，5-二甲基-2，5己烷，兰州助剂厂生产。

(2)实验设备

开炼机，上海茶陵橡塑机械公司制造。硫化机，青岛橡塑机械公司制造。烘箱，成都赛普斯天宇试验设备公司制造。微机控制电子万能试验机，深圳三思制造。宽带电阻表，天津中环电子仪器公司制造。

(3)实验方法

①混炼（开炼机）。按一定比例将硅橡胶、硫化剂、导电粉依次加入开炼机中，混炼一定时间，混炼均匀后出片。

②模压硫化（硫化机）。硫化温度：180℃；硫化时间：30分钟；压力大小：15MPa。

③二段硫化（烘箱）。硫化温度：200℃；硫化时间：160分钟。

(4)性能测试

微机控制电子万能试验机测试力学性能。

宽带电阻表测试电阻并计算出体电阻率。

3.结果与讨论

(1)不同导电粉物理性能对比分析

导电能力宏观上与导电粉的含量密切相关，橡胶中导电粉含量越高，导电性能越好。反之橡胶中导电粉含量越低，导电性能越差。随着导电粉添加到一定临界值，再增加导电粉，导电性能没有明显改善，相反，力学性能大大下降，必须兼顾导电性能、力学性能，同时满足行军标SJ20673要求。

表1 不同导电粉物理性能对比分析

从表1中可以看出，这三种导电粉的粒径基本一样，密度相差较大，密度小的添加橡胶中的导电粉的重量较少，反之重量较大。在添加导电粉的体积比一样时，比较分析其导电性。

(2)不同导电粉对导电橡胶性能的影响

橡胶中导电粉用量必须达到能形成无限网链时才能使材料导电。导电粉导电时不会发生类似炭黑中电子隧道跃迁，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，相互接触较少，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。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。因此在保证良好导电性的前提下，兼顾橡胶性能，根据经验参数，硅胶与导电填料体积用量比应该控制在1:1.5左右为宜。

表2 不同导电粉填料的导电橡胶配方及性能

从表2中可以看出，这三种导电粉作为填充料研制的导电橡胶，当添加体积比都为1:1.5时候，其力学性能（抗拉强度、扯断伸长率）达到相近的数值，铝镀银粉、纯银粉填充的导电硅橡胶的体电阻率均可以达到10-3Ωcm级，纯银粉填料的导电性明显优于另外两种导电粉填料的导电性。

4.结论

当硅胶与导电填料体积用量比应该控制在1:1.5时候，玻璃镀银粉、铝镀银粉、纯银粉填充的导电硅橡胶的体电阻率分别为0.010Ωcm、0.008Ωcm、0.004Ωcm；铝镀银粉、纯银粉填充的导电硅橡胶的体电阻率均可以达到10-3Ωcm级，且纯银粉的导电橡胶导电性更好。