氣相二氧化硅對銅系導(dǎo)電涂料沉降性的影響

潘小龍

新特能源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830011

1 實驗部分

1.1 實驗材料

研究銅系導(dǎo)電涂料沉降性影響因素時，使用的材料為以下幾種：一是純度為99%、200目的銅粉；二是熱塑性丙烯酸樹脂，固體含量為50%；三是氣相SiO2的防沉降劑。

1.2 涂料的制備

在涂料的制備環(huán)節(jié)，實驗人員應(yīng)按照以下流程進行：首先，按照質(zhì)量分數(shù)標準，使用氣相SiO2作為母料，母料的質(zhì)量分數(shù)為6%；其次，將制備的氣相SiO2母料放入到型號為QM-ISP球磨機；第三，將上述材料在球磨機內(nèi)充分的攪動；第四，按照6:4的比例，將混合后的材料，與熱塑性丙烯酸樹脂再次進行混合，隨后加入適量的溶劑，并再次使球磨機均勻的混合；第五，最終混合后的材料成為導(dǎo)電涂料，并對涂料的沉降率、觸變指數(shù)進行測量；第六，根據(jù)測量要求，氣相SiO2在涂料內(nèi)的質(zhì)量占比，按照質(zhì)量占比分數(shù)在0.5%-3.0%的范圍內(nèi)，按照0.5%的增長方式，占比依次為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5% 以及 3.0%[1]。

根據(jù)GB1727-79標準，在制備時選用玻璃材料，制作成規(guī)格為75mm×25mm玻璃板，為保證玻璃板沒有雜質(zhì)，使用清水、丙酮進行清洗，完成清洗后烘干。在將涂料涂刷到玻璃板時，應(yīng)根據(jù)GB1727-79標準，使用毛筆將涂料均勻的涂抹在玻璃板上，并在實驗室的溫度下，靜止24小時，使涂料在完全干燥狀態(tài)下，并測試干燥狀態(tài)下涂料的電阻率。按照質(zhì)量分數(shù)，需要將每個質(zhì)量分數(shù)的涂料制作成三份試樣。

1.3 電阻率的測試

進入到電阻率的測試環(huán)節(jié)，在測試過程中，應(yīng)選用型號為DJ44直流雙臂電橋設(shè)備，該設(shè)備電阻率測量精度為10-5Ω。根據(jù)電阻率計算公式，ρv=Ri·δd/L，在公式中Ri代表電阻值，單位為Ω，δ代表漆膜厚度，單位為cm，d為25mm，L為50mm。

1.4 沉降性能測試

進入到導(dǎo)電涂料沉降性測試環(huán)節(jié)，實驗人員應(yīng)將涂料放入到試管中，并封閉好試管，將涂料靜置在室溫中24小時。24小時后試管內(nèi)的溶液會呈現(xiàn)分層狀態(tài)，上層為澄清的液體，下層為金屬粒子，根據(jù)涂料沉降率公式進行計算，公式為D=(l/L)·100%，在公式中D代表涂料的沉降率，單位為%，l代表涂料沉降高度，單位為mm，L為涂料沉降前的高度，單位為mm[2]。

1.5 觸變指數(shù)的測定

在測定涂料的觸變指數(shù)時，實驗人員首先應(yīng)將涂料放入到型號為NDJ-79的旋轉(zhuǎn)式測量裝置內(nèi)，將裝置溫度調(diào)至25℃，并使溫度有±2℃的浮動。隨后啟動測量裝置，將裝置的轉(zhuǎn)速調(diào)至每分鐘7.5轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)1分鐘，此時記錄粘度計數(shù)η1，將裝置的轉(zhuǎn)速調(diào)至每分鐘75轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)0.5分鐘，此時記錄粘度計數(shù)η2，根據(jù)觸變指數(shù)公式，η=η1/η2。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣相SiO2含量對涂料沉降性的影響

在涂料內(nèi)加入氣相SiO2后，根據(jù)不同質(zhì)量分數(shù)會產(chǎn)生不同的沉降率和狀態(tài)。在0.5%的氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，沉降率為25%，在1.0%的氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，沉降率為15%，在1.5%的氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，未出現(xiàn)明顯的沉降，在2.0氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，未出現(xiàn)明顯的沉降，在2.5%的氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，涂料出現(xiàn)凝膠狀態(tài)，在3.0%的氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下，涂料出現(xiàn)凝膠狀態(tài)。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)以及涂料出現(xiàn)的狀態(tài)，氣相SiO2有效避免銅系導(dǎo)電涂料轉(zhuǎn)變?yōu)槌两禒顟B(tài)，尤其是氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)下達到1.5%或者以上時，即可使涂料不會出現(xiàn)沉降物質(zhì)。在對氣相SiO2物質(zhì)進行研究時，同樣情況下該物質(zhì)保持在球形的凝結(jié)狀態(tài)，球形直徑在7-40mm范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)氣相SiO2會有不同的結(jié)構(gòu)形式，包括憎水性硅氧烷和潛水性硅醇基團，同時在球形粒子的周圍物質(zhì)，與硅醇基團中的氫鍵相連，會建立起三維體系，導(dǎo)電涂料在三維體系的作用下，無法轉(zhuǎn)變?yōu)槌两禒顟B(tài)，并且凝膠狀態(tài)隨著三維體系的增強而更加穩(wěn)定。但是應(yīng)注意的是，若導(dǎo)電涂料內(nèi)含有較高質(zhì)量分數(shù)的氣相SiO2物質(zhì)，尤其是超過2.5%時，此時導(dǎo)電涂料的流平性逐漸減弱，致使涂料無法均勻的涂抹在物體表面，物體表面的質(zhì)量不斷降低。而氣相含量超過2.5%時，導(dǎo)電涂料的電阻率會明顯提高。電阻率提高，主要是受到氣相中硅醇基團有關(guān)，硅醇基團與銅粉中的羥基接觸后，會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，銅粉的羥基會附著在氣相的表面，致使銅粉間缺乏聯(lián)系，導(dǎo)電性能不斷下降。

2.2 氣相SiO2分散程度對涂料沉降性的影響

涂料處于流動狀態(tài)，對涂料的流動狀態(tài)進行分析時，將牛頓型流體、非牛頓型流體參照標準。通常情況下涂料主要以非牛頓型流體狀態(tài)出現(xiàn)，并且具有假塑性、膨脹性等特點。以假塑性流體為例，涂料的粘度會隨著切變應(yīng)力的增加而減小。由于涂料在存儲狀態(tài)粘性比較明顯，在假塑性流體狀態(tài)下的涂料，通常不會出現(xiàn)沉降狀態(tài)，此時充分利用涂料中的切變應(yīng)力，使涂料均勻的涂抹在物體表面。

將氣相SiO2混入到涂料中，使涂料呈現(xiàn)混合狀態(tài)，此時SiO2中的硅醇基團氫鍵建立的三維體系，若混合涂料進入到攪動狀態(tài)，會破壞三維體系，此時混合涂料的粘度會不斷減小，若停止攪動，混合涂料的粘度會逐漸恢復(fù)。三維體系在變化過程中，氣相SiO2的表面積不斷增加，會使混合涂料不斷出現(xiàn)沉降情況，其中沉降狀態(tài)中會出現(xiàn)許多二次凝聚型粒子，該粒子的粒徑通常為1-2mm，是混合涂料出現(xiàn)沉降情況的主要原因[3]。

對混合涂料在球磨機內(nèi)的時間進行研究時，若混合的時間較短，涂料內(nèi)的物質(zhì)無法充分融合，并且在分散的狀態(tài)下，許多大粒子會使涂料呈現(xiàn)無觸變性狀態(tài)。而延長混合時間，會增加觸變指數(shù)。根據(jù)實驗要求，將球磨機保持16小時的攪動狀態(tài)，混合涂料內(nèi)的氣相SiO2會與銅粉充分融合，此時涂料內(nèi)不會出現(xiàn)二次聚積粒子，混合涂料的觸變性和細度，均能符合涂料的使用標準。

3 結(jié)語

綜上所述，在對銅系導(dǎo)電涂料沉降性影響因素進行分析時，實驗人員通過實驗，研究氣相SiO2質(zhì)量分數(shù)在變化時，尤其是質(zhì)量分數(shù)為1.5%或者以上，可以有效預(yù)防涂料出現(xiàn)沉降情況，并且將氣相SiO2與樹脂充分混合后，可以使熱塑性丙烯酸樹脂具備觸變性特點，從而保證涂料的導(dǎo)電性不會受到影響。