二段硫化工藝對鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠性能的影響

李彥奎，張貴恩，楊曉炯，張 銳，李 靜

（中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西 太原 030012）

導(dǎo)電橡膠作為一種彈性體，具有很好的柔性，優(yōu)良的電磁屏蔽效能，近年來已被廣泛應(yīng)用于電磁防護領(lǐng)域。隨著其導(dǎo)電性能穩(wěn)定性提高，導(dǎo)電橡膠的屏蔽效能也會提高。人們通常從改進配方和制備工藝兩個方面進行導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電性能提升。當(dāng)導(dǎo)電顆粒添加到一定比例之后，不能通過繼續(xù)添加導(dǎo)電顆粒份數(shù)來提高導(dǎo)電性及電磁屏蔽效能，可以通過硫化工藝控制來提高導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。同時，本文深入研究對了硫化過程中一段硫化工藝和二段硫化工藝對鋁鍍銀導(dǎo)電硅橡膠性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

甲基乙烯基硅橡膠，牌號110-1,2,3，w（乙烯基）≥0.10%，中藍晨光化工；鋁鍍銀粉，山西金利恒運科技；雙二五，蘭州助劑廠。

1.2 實驗設(shè)備

開煉機，無錫中凱橡塑科技；硫化機，江蘇拓威橡塑機械；烘箱，成都賽普斯天宇；微機控制電子萬能試驗機深圳三思縱橫；寬帶電阻表，天津中環(huán)電子儀器；橡膠邵氏硬度計，營口市新興實驗機械廠。

1.3 試樣制備

將硅橡膠在雙輥開煉機上混煉，依次加入導(dǎo)電鋁鍍銀粉、雙二五硫化劑等到橡膠中進行混煉，然后將膠料放置于平板硫化機上進行硫化。

硫化工藝為：設(shè)定三種硫化工藝，如表1 所示：

表1 三種硫化工藝

2.4 性能測試

抗拉強度、斷后伸長率按GB/T528-2009 進行測試；體積電阻率按SJ20673-1998 進行測試，結(jié)果取5 次測試的平均值；邵爾A 型硬度：按GB/T531.1-2008 進行測試；屏蔽效能按GB/T12190-2006 進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化時間對橡膠物理性能的影響

在保持硫化劑用量、鋁鍍銀粉填充量等不變的情況下，研究了硫化時間對橡膠物理性能的影響，如表2 所示。

由表2 可知，第Ⅰ種有壓硫化工藝制備的導(dǎo)電橡膠斷后伸長率較大，邵氏硬度較低，橡膠柔韌性良好；第Ⅱ種有壓硫化工藝制備的導(dǎo)電橡膠的抗拉強度有增大趨勢，說明適當(dāng)延長硫化時間有助于橡膠內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的完善。但第Ⅲ種硫化工藝導(dǎo)致斷后伸長率明顯降低，同時其邵氏硬度明顯增加，說明其柔性降低，仍滿足SJ20673-1998 導(dǎo)電橡膠材料的使用要求。

表2 硫化時間對導(dǎo)電橡膠物理性能的影響

2.2 硫化時間對導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電性能（體電阻率）的影響

表3 為三種不同硫化工藝下制備的鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠體積電阻率隨儲存時間變化結(jié)果。

表3 硫化時間對導(dǎo)電橡膠體電阻率的影響

從表3 中看出，隨著時間的延長，三種硫化工藝下導(dǎo)電橡膠體積電阻率均變大，但其增長速率有所不同，第Ⅰ、Ⅱ兩種有壓硫化工藝下鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠體電阻率增長較快。第Ⅰ硫化工藝下，30 d 內(nèi)導(dǎo)電橡膠體積電阻率從最初的0.0067 Ω·cm 上升到了0.0132 Ω·cm；第Ⅱ種硫化工藝下，30d 內(nèi)導(dǎo)電橡膠的體積電阻率從0.0065 Ω·cm 上到了0.0116 Ω·cm；而第Ⅲ種硫化工藝增加了無壓二段硫化，導(dǎo)電橡膠的體積電阻率只從最初的0.0067 Ω·cm 上升到0.0079 Ω·cm；同時可以看出，延長有壓一段硫化時間，其導(dǎo)電穩(wěn)定性并不會顯著提升；但延長無壓二段硫化工藝時間，可以較大幅度提升其導(dǎo)電穩(wěn)定性。

2.3 硫化時間對導(dǎo)電橡膠屏蔽效能的影響

表4 為三種硫化工藝下制備的鋁鍍銀導(dǎo)電橡膠在大氣儲存下第1 d、第30 d 后測試出的電磁屏蔽效能。

初始情況下，三種硫化工藝下制備的導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽效能峰值基本一樣。當(dāng)儲存到第30天時，其電磁屏蔽效能呈現(xiàn)顯著分化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為：使用第Ⅰ種硫化工藝導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽效能降低約15 dB，第Ⅱ種硫化工藝導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽效能基本降低大于10dB，第Ⅲ種增加了無壓二段硫化工藝的導(dǎo)電橡膠屏蔽效能在高、低頻點屏蔽效能降低均小于5 dB，此結(jié)果與導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電性變化很小的趨勢是一致的。由此可以得出，增加無壓二段硫化工藝有助于導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽效能在較長時間內(nèi)維持穩(wěn)定。

表4 硫化時間對導(dǎo)電橡膠屏蔽效能的影響

2.4 討論

分析認(rèn)為，在經(jīng)過有壓一段硫化后導(dǎo)電橡膠基體中存在著較多可以與外界環(huán)境相連接的小型通道，這會引起硅橡膠基體側(cè)基發(fā)生氧化反應(yīng)，進而使得導(dǎo)電橡膠的體積電阻率快速增大；而經(jīng)過無壓二段硫化后，導(dǎo)電橡膠中交聯(lián)結(jié)構(gòu)非常致密，使其內(nèi)部可以發(fā)生氧化反應(yīng)的通道數(shù)量大大降低，鋁鍍銀導(dǎo)電粒子相互接觸的幾率增多，形成互相接觸的鏈狀導(dǎo)電通道，提高了橡膠的導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

1）無壓二段硫化工藝對導(dǎo)電橡膠的抗拉強度、斷后伸長率的影響較小，仍滿足產(chǎn)品力學(xué)性能使用要求。

2）無壓二段硫化工藝幾乎不影響填料顆粒的分布，能較大幅度提高導(dǎo)電橡膠基體交聯(lián)密度，氧化通道數(shù)量大幅度降低，達到減緩硅橡膠基體老化效果，提高導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電穩(wěn)定性。

3）無壓二段硫化工藝可顯著提升導(dǎo)電橡膠導(dǎo)電穩(wěn)定性，電磁屏蔽效能在500MHz、1GHz 頻點在90dB 以上。