单组分室温固化导电硅橡胶的制备和性能研究.pdf

研究报告专论 年 月第 卷第 期 ：，收稿日期：；修回日期：作者简介：谢婉怡（），女，硕士，主要从事有机硅密封胶的研究；：。引文格式：谢婉怡，郑常华，庞文键，等 单组分室温固化导电硅橡胶的制备和性能研究 粘接，（）：单组分室温固化导电硅橡胶的制备和性能研究谢婉怡，郑常华，庞文键，李福中，付子恩（广州市白云化工实业有限公司，广东 广州 ）摘要：为制备综合性能优异的单组分室温固化导电硅橡胶，以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉（）为导电填料，研究了镍包覆石墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。结果表明：导电粉用量为 份，交联剂用量为 份，制得的脱酮肟型单组分室温固化导电胶具有良好的导电性和力学性能，可实现常温下原位固化，为实际施工提供了便捷性。关键词：单组分室温固化，镍包覆石墨，导电性能，力学性能中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：，在组装电子设备过程中，经常使用焊接技术连接各种组件，然而传统的锡 铅（）焊料具有密度大，连接温度高（），具有毒性对人类和环境有害等缺点 。导电胶作为电子组装中锡 铅焊料的一种有前途的替代品，不仅具有良好的导电性能和各种板材之间的粘接性，而且具有加工工艺简单便捷，适用连接范围广，更高的灵活性，对环境友好等优点受到许多研究人员的关注与研究 。导电胶主要分为 种类型，一种为本征导电胶，即分子结构本身具有导电性能的聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等），然而这类导电胶的电阻率较高，导电稳定性及重复性较差 。另一种为导电填料（如金属基、碳系等）分散在绝缘有机硅聚合物中，此类导电胶的电阻率较低，实用价值更高 。其中，单组分室温固化导电硅橡胶具有优异的导电性、良好的粘接性以及良好的电磁屏蔽效果，可实现常温下原位固化，可以最大限度地减少对组件和电路的损坏，并为实际应用提供良好的环境密封条件 。研究以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉（以“”表示）为导电填料，制备了综合性能优异的单组分室温固化导电硅橡胶。探究了镍包覆石研究报告专论墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。实验部分 主要原料及仪器，二羟基聚二甲基硅氧烷（硅橡胶），黏度 （，下同），工业级，美国道康宁公司；气相法白炭黑：，工业级，德国赢创德固赛集团；镍包覆石墨粉（目）：，工业级，广东阳明向欣科技有限公司；苯基三丁酮肟基硅烷（交联剂）：含量 ，工业级，杭州硅宝化工有限公司；氨乙基 氨丙基三甲氧基硅烷（偶联剂）：含量 ，工业级，崇越（广州）贸易有限公司；二月桂酸二丁基锡（催化剂）：锡含量为 ，工业级，吉林市华信化学有限公司。型捏合机，佛山市金银河机械设备有限公司；型行星搅拌机，江阴市双叶机械有限公司；分析天平，广州市赛拓仪器科技有限公司；型万能拉力试验机，广州试验仪器厂；型橡胶硬度计，上海六菱仪器厂；场 发 射 扫 描 电 镜，日 本 电 子 株 式 会 社；型直流电阻测试仪，常州市金艾联电子科技有限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；恒温恒湿试验箱，磬声设备有限公司。样品制备（）取 份 硅橡胶和 份白炭黑投入到捏合机中，抽真空搅拌均匀，并在 下脱水，制得基料备用；（）将制得的基料、镍包覆石墨粉（变量，分别为 、份）、交联剂（变量，分别为、份）、偶联剂和催化剂按一定比例投入到行星搅拌机中，在真空下均匀搅拌 ，在氮气的保护下分装进密封管中。性能测试硬度：测定；拉伸强度：测定；断裂伸长率：测定；常温电阻：按 测定。结果与讨论 镍包覆石墨粉用量对导电胶导电性能的影响本实验选用 目的镍包覆石墨粉（）为导电填料，按 中的方法制备了不同份数 的导电胶，对比镍包覆石墨粉用量对导电胶常温电阻的影响。由表 可知，当 导电粉添加量为 份时，导电硅橡胶内部的 粒子间隙比较大，导电粒子无法实现电子跃迁，难以形成导电通路，导电胶片常温电阻超过了仪器量程，基本不导电。当 导电粉添加量增加至 份，常温电阻急剧下降至表 镍包覆石墨粉用量对导电胶常温电阻的影响 镍包覆石墨粉用量 份常温电阻（正）注：交联剂添加量为 份；“电阻（正）”指导电胶片上表面的电阻；“”表示未测出电阻值。，此时导电粉的用量已添加至临界含量值，导电粒子间隙越来越近，可实现电子跃迁，导电胶片内某些导电粒子相互接触，从而形成有效的导电通路。当 导电粉继续增加至 份和 份时，电阻会继续降低，但下降幅度不明显，此时导电粒子形成的导电通路趋于完善，电阻变化比较平缓，再添加过多的 导电粉，导电性能变化不大。因此需要综合导电胶力学性能、加工性能和成本的影响，选择合适的导电粉添加量。镍包覆石墨粉用量对导电胶力学性能的影响表 镍包覆石墨粉用量对导电胶力学性能的影响 镍包覆石墨粉用量份拉伸强度 断裂伸长率邵尔 硬度 注：交联剂添加量为 份。由表 可得出，随着 添加量的增加，拉伸强度由 下降至 ，断裂伸长率由 下降至 ，硬度由 升至 。原因可能是当 添加量较少时，硅橡胶在整体导电胶中的占比比较大，导电胶的力学性能和硬度体现了硅橡胶的性质。随着导电粉用量的增加，硅橡胶在整体导电胶的含量百分比逐渐减小，增加的 导电粉对导电胶的补强效果无明显作用，导致导电胶随着导电粉用量的增加而变硬和变脆，拉伸强度和断裂伸长率的力学性能变差，加工性能变差 。因此，综合导电胶的导电性、力学性能、加工性能和成本的影响，选择 导电粉合适的添加量为 份。交联剂用量对导电胶导电性能的影响交联剂用量对导电胶常温电阻的影响，结果如表 所示。由表 可知，在一定范围内，导电胶的导电性随交联剂用量的增加呈现先增加后减少的趋势。当交联剂用量从 份增加至 份时，导电胶片内交联点密度增多，有助于导电粒子间形成导电网络通路，从研究报告专论而使得导电胶的导电性升高。当交联剂用量从 份增加至 份，此时交联剂浓度过高，硫化后期过量的交联剂可能会破坏导电粒子间已形成的导电网络通路，从而使得导电胶的电阻升高 。由测试数据可知，当交联剂用量添加至 份时，导电胶的导电性能最优，胶片上表面的电阻为 。表 交联剂用量对导电胶常温电阻的影响 交联剂用量 份 常温电阻（正）注：导电粉添加量为 份。交联剂用量对导电胶力学性能的影响以 导电粉添加量为 份，交联剂添加量为变量（分别为 、），探究交联剂用量对导电胶力学性能的影响，结果如图 、图 所示。图 交联剂用量对导电胶拉伸强度的影响 图 交联剂用量对导电胶断裂伸长率的影响 由图 和图 可知，导电胶的拉伸强度和断裂伸长率随交联剂用量的增加而呈现先增加后减少的趋势。在一定范围内，随着交联密度增大，导电胶的交联网络结构逐渐完善，硫化后导电胶的拉伸强度和断裂伸长率逐步提高。当交联剂过量时，交联点密度过多，限制了分子链的位移和延展，从而导致导电胶的拉伸强度和断裂伸长率逐渐降低。此外，过量的交联剂会导致导电胶片硫化深度变浅，从而使得胶片内部硫化不完全，导致导电胶力学性能变差。因此，综合导电胶的导电性和力学性能的影响，选择交联剂合适的添加量为 份。热老化对导电胶导电性能的影响以 份 导电粉和 份交联剂按 中的方法制得导电硅橡胶，常温固化完全后，将导电胶片分别在 热空气和“双 ”（温度为，相对湿度为 ）条件下进行热老化测试，老化时间为 。测试过程中，每间隔 取出导电胶片，放置常温后测其上表面电阻，测试结果如图 所示。图 热老化对导电胶导电性能的影响 由图 可知，导电胶片在 热空气条件下老化 ，电阻值变化不明显。然而进行双 老化测试时，导电胶片的电阻会随老化时间延长而升高，最后趋于平稳。原因可能是导电胶在高温高湿条件下发生电化学腐蚀现象 ，从而使得导电胶片表面被金属氧化物覆盖，导致电阻升高。当导电胶片表面大部分已被金属氧化物覆盖时，电阻变化开始趋于平稳。结语本实验以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉为导电填料，探究了镍包覆石墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。筛选出 导电粉用量为 份，交联剂用量为 份，制得的单组分室温固化导电硅橡胶的常温电阻（正）为 ，断裂伸长率为 和拉伸强度为 ，具有良好的导电性和力学性能。导电胶片在 热空气下老化 ，电阻值变化不明显；而双 条件下热老化 ，导电胶片的电阻会随老化时间延长而升高，最后趋于平稳。【参考文献】田民波，马鹏飞，张成 电子封装无铅化现状 印制电路信息，（）：陈洪江，虞鑫海，刘万章 导电胶的应用现状 粘接，（）：谢明贵，郭丹，黄艳，等 无铅电子组装材料导电胶的研究进展 精细化工，（）：，（）：代凯，施利毅，方建慧，等 导电胶粘剂的研究进展 材料导报，（）：李莹 电磁屏蔽导电橡胶用加成型液体硅橡胶的研制 北京：北京工业大学，张贵恩，李静，范晋锋，等 交联剂用量及交联剂复配对脱酮肟型单组分室温固化导电胶性能的影响 化工新型材料，（）：冯圣玉 有机硅高分子及其应用 北京：化学工业出版社，李磊，苏华弟，梅领亮 导电粒子对导电胶导电性能的影响 印制电路信息，（）：陈志，李超芹 导电硅橡胶复合材料的制备与性能 弹性体，（）：张晓波，姜岩峰 新一代导电胶材料接触电阻稳定性研究 电子与封装，（）：