复合型导电高分子材料已发展成为一种新型功能性材料,在抗静电、电磁屏蔽、导电、自动控制和正温度系数材料及面状发热体等方面有着广阔的应用前景,其市场需求量正不断增大[1,2]。近年来国内对导电炭黑填充的普通导电硅橡胶进行了深入研究[3],其产品已在许多领域得到应用;而对于金属粉体填充的高导电硅橡胶,国外已有成熟产品,但国内还处于实验室研究阶段。本工作研究镀银镍粉填充型导电硅橡胶的性能。 1 实验 1.1 主要原材料 甲基乙烯基硅橡胶(MVQ),牌号110—2VT,中蓝晨光化工研究院产品;白炭黑,沈阳化工厂产品;羟基硅油,中昊晨光化工研究院产品;硫化剂双25,江苏太仓化工厂产品;镀银镍粉,自制。 1.2 基本配方 MVQ 100,白炭黑 25,羟基硅油 4,硫化剂双25 0.8,镀银镍粉 变量。 1.3 主要设备与仪器 XK—160型双辊开炼机,福建省永春轻工机械厂产品;25t平板硫化机,上海西玛伟力橡塑机械有限公司产品;XL—250A型拉力试验机,广州试验仪器厂产品;LX2A型硬度计,上海市轻工业局标准计量管理所试验工厂产品;C41—mV流电压表和C41—mA型直流电流表,上海第二电表厂产品。 1.4 试样制备 胶料在双辊开炼机上混炼均匀后出片,一段硫化在平板硫化机上进行,硫化条件为165℃/10MPa×10min;二段硫化在电热鼓风干燥箱中进行,硫化条件为100℃×4h。 1.5 性能测试 邵尔A型硬度按GB/T 531—1999测试;拉伸性能按GB/T 528—1998测试;压缩永久变形按GB/T 7759—1996测试;体积电阻率(ρ)按GB/T 2439—2001测试。 2 结果与讨论 2.1 物理性能 镀银镍粉用量对MVQ硫化胶物理性能的影响如表1所示。
从表1可以看出,随着镀银镍粉用量的增大,MVQ硫化胶的硬度和压缩永久变形逐渐增大,拉伸强度和拉断伸长率逐渐减小。分析原因认为,随着镀银镍粉用量的增大,处于分散状态的金属粒子之间的平均距离逐渐减小,相互接触形成的导电通道逐渐增多,包覆镀银镍粉的MVQ基体稀释变薄,胶料容易被破坏,导致硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率下降。 2.2 导电性能 2.2.1 镀银镍粉用量的影响 镀银镍粉用量对MVQ硫化胶体积电阻率的影响如图1所示。
从图1可以看出,镀银镍粉用量小于250份时,MVQ硫化胶几乎不导电;镀银镍粉用量为250～400份时,MVQ硫化胶的体积电阻率急剧减小,导电性能迅速提高;镀银镍粉用量超过400份后,MVQ硫化胶的导电性能趋于稳定。 分析原因认为,镀银镍粉用量小于250份时,胶料中镀银镍粉粒子之间的距离较大,即镀银镍粉粒子之间的接触较少,MVQ主要靠较远距离的电子跃迁导电,但电子跃迁需要冲破自身势垒的限制,镀银镍粉粒子之间的距离较大时,电子突破势垒较困难,因此MVQ呈绝缘状态;镀银镍粉用量大于250份时,镀银镍粉粒子呈接触状态,即形成导电网络,因而MVQ硫化胶的导电性能迅速提高,体积电阻率明显减小;镀银镍粉用量为400份时,MVQ出现渗滤现象;镀银镍粉用量超过400份后,镀银镍粉粒子之间的橡胶基体减少,新增的镀银镍粉粒子对导电网络已无多大贡献,因而随着镀银镍粉用量的增大,MVQ硫化胶的体积电阻率变化不明显[4]。 综合考虑MVQ硫化胶的物理性能和导电性能,认为镀银镍粉的用量以450份为宜。后续试验镀银镍粉均采用450份。 2.2.2 热空气老化的影响 将镀银镍粉填充的导电MVQ在不同的温度下连续处理24h,测试热空气老化后硫化胶的体积电阻率,结果如图2所示。
从图2可以看出,随着热空气老化温度的升高,MVQ硫化胶的体积电阻率呈增大趋势,热空气老化温度为200和260℃时,MVQ硫化胶的体积电阻率分别增大到01008和110Ω·cm。 分析原因认为,①升温过程中MVQ的热膨胀系数大于导电填料的热膨胀系数,一些导电填料团聚体随温度升高而遭到破坏,造成导电填料团聚体间隙增大,使体积电阻率增大;②升温过程中,导电填料团聚体间电子跃迁几率增大,使体积电阻率下降;③随着温度的升高,颗粒表面银层被氧化,体积电阻率增大,导电性能下降[5]。当热空气老化温度低于200℃时,前两种因素占主导地位,且第1种因素稍占优势,因此硫化胶的体积电阻率略有增大;当热空气老化温度高于200℃时,第3种因素占主导地位,银层被氧化,硫化胶的体积电阻率明显增大,导电性能急剧下降。 2.2.3 压缩率的影响 在室温下将镀银镍粉填充的导电MVQ压缩到不同的变形率,稳定10min后,测试硫化胶的体积电阻率,结果如图3所示。
从图3可以看出,随着压缩率的增大,MVQ硫化胶的体积电阻率先减小后增大。当压缩率为20%时,硫化胶的体积电阻率最小,导电性能最好;当压缩率为45%时,硫化胶的体积电阻率增大到0.01Ω·cm。因此建议在使用镀银镍粉填充的导电MVQ时,压缩率以10%～30%为宜。 3 结论 (1)随着镀银镍粉用量的增大,的硬度和压缩永久变形增大,拉伸强度和拉断伸长率减小,体积电阻率呈减小趋势;镀银镍粉用量为450份时,MVQ硫化胶的物理性能和导电性能均较优。 (2)MVQ硫化胶的体积电阻率随热空气老化温度的升高而呈增大趋势;随压缩率的增大而先减小后增大,压缩率以10%～30%为宜。 |
