一種具有寬帶電磁屏蔽性能的導(dǎo)電硅橡膠的研究.pdf

1、導(dǎo)電橡膠作為復(fù)合導(dǎo)電高分子材料中的一種，是以橡膠彈性體為基體加上導(dǎo)電填料制成，既保留了基體橡膠的彈性，又具有導(dǎo)電填料的導(dǎo)電性。由于材料可以在很大范圍內(nèi)根據(jù)使用要求調(diào)節(jié)材料的電學(xué)和力學(xué)性能，質(zhì)量輕、易加工成型、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，因而近些年來(lái)得到了迅速的發(fā)展，已成為一種新型功能材料，廣泛地用于航天、飛機(jī)制造和機(jī)械制造業(yè)、醫(yī)學(xué)，電氣及電子工業(yè)。近些年，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)電橡膠又開(kāi)始廣泛應(yīng)用于制作橡膠開(kāi)關(guān)、接點(diǎn)橡膠、壓力傳感器、燃燒電

2、線芯材和電磁波屏蔽密封材料等，成為支撐高科技產(chǎn)品基礎(chǔ)的重要功能材料。 近些年來(lái)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電磁波屏蔽密封材料需求不斷擴(kuò)大。據(jù)美國(guó)橡膠密封件市場(chǎng)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，抗電磁干擾用屏蔽橡膠是密封件市場(chǎng)中發(fā)展最快的一部分，越來(lái)越多的被用于電子與通訊設(shè)備及裝置上。從2003年開(kāi)始，年增長(zhǎng)率已達(dá)35.2％。在英國(guó)，現(xiàn)今從事電磁干擾屏蔽橡膠密封件生產(chǎn)的兩個(gè)最大專(zhuān)業(yè)廠商是Dunlop精密橡膠公司和JamesWalker橡膠公司。近年來(lái)，這兩家

3、公司針對(duì)航空和國(guó)防軍工部門(mén)等對(duì)電子儀器、通訊、電信設(shè)備性能的苛刻要求，開(kāi)發(fā)出一系列新的高功能導(dǎo)電橡膠。而且，抗電磁干擾屏蔽導(dǎo)電橡膠也已應(yīng)用于高度完整的商用電子，計(jì)算機(jī)、通訊、醫(yī)療設(shè)備。其中，電磁相容性EMC和EMI的電磁防護(hù)被認(rèn)為是至關(guān)重要的兩個(gè)因素，其典型的應(yīng)用領(lǐng)域是通訊設(shè)備、微波無(wú)線電設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電磁屏蔽。日本月星化成子公司——土屋橡膠公司也已將抗電磁干擾屏蔽橡膠實(shí)用化，并已在醫(yī)療電子設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)。 在我國(guó)，還沒(méi)

4、有相對(duì)成熟的屏蔽橡膠產(chǎn)品，主要還停留在抗靜電材料領(lǐng)域。因此，擬通過(guò)本項(xiàng)目的研究，推動(dòng)該領(lǐng)域材料在國(guó)內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步。 本項(xiàng)目的研究主要分為以下幾個(gè)方面： 首先是對(duì)基體橡膠的硫化體系進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)不同牌號(hào)硫化劑在不同硫化溫度下的硫化曲線測(cè)定，確定合理的硫化劑牌號(hào)及硫化工藝參數(shù)。結(jié)合力學(xué)性能（主要包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、硬度和壓縮永久變形等）和熱空氣老化性能等的試驗(yàn)，研究不同的硫化體系及硫化工藝與材料性能的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)

5、行配方的篩選和優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，三種牌號(hào)的雙2，5硫化劑在相同硫化溫度下表現(xiàn)出不同的硫化特性，以有機(jī)硅做載體的雙2，5因有效成份含量的降低而活性相對(duì)緩和，為最佳的硫化劑。從溫度的影響看，硫化溫度越高，硫化劑的活性越大，結(jié)合力學(xué)性能參數(shù)，確定165℃為最佳的硫化溫度。 第二，研究了不同導(dǎo)電填料在基體橡膠中的分布規(guī)律。利用微觀分析方法——電鏡來(lái)研究導(dǎo)電填料在基體橡膠中的分散，并對(duì)導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)金屬填料在有機(jī)硅橡膠中的分布是隨

6、機(jī)的。通過(guò)材料配方設(shè)計(jì)，分別選擇鐵粉、鎳粉和銀粉等不同填料分別添加60％、70％和80％等添加量制備成硫化膠，結(jié)合力學(xué)性能、電性能等性能參數(shù)確定合適的導(dǎo)電填料。研究發(fā)現(xiàn)，不同的導(dǎo)電填料添加的導(dǎo)電橡膠電性能有很大差別，銀粉添加的導(dǎo)電橡膠體積電阻率較低，其次是鎳粉和鐵粉。也就是說(shuō)，填料的電導(dǎo)率越高，添加的導(dǎo)電橡膠電性能越好。 第三，提出了采用導(dǎo)電填料的復(fù)合體系，以滿足電性能、力學(xué)性能以及電磁屏蔽性能的要求。從復(fù)合體系的掃描電鏡照片看

7、，添加的導(dǎo)電填料形狀越不規(guī)則相互接觸的幾率越高，有利于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。通過(guò)對(duì)導(dǎo)電填料的表面處理前后硫化膠的電性能、力學(xué)性能以及耐環(huán)境性能（主要包括：高溫貯存、低溫貯存、濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)和霉菌試驗(yàn)等）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，表面處理前后材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均相差不多，硬度有一定程度的增加，電性能更加穩(wěn)定，耐環(huán)境性能提高。 最后，主要闡述了導(dǎo)電橡膠材料的應(yīng)用。重點(diǎn)研究了導(dǎo)電密封條制品的研制情況。提出了采用普通橡膠和導(dǎo)電橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)，解決了

8、導(dǎo)電橡膠密封性差的問(wèn)題，獲得了兼具密封安全性和寬帶電磁屏蔽性能的制品。通過(guò)導(dǎo)電密封條制品模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型工藝研究，使得利用簡(jiǎn)單生產(chǎn)設(shè)備制造復(fù)雜制品成為可能，并經(jīng)過(guò)了多臺(tái)套產(chǎn)品的生產(chǎn)驗(yàn)證。淋雨性能考核試驗(yàn)、浸水性能考核試驗(yàn)以及外殼防水性能試驗(yàn)等密封性能考核試驗(yàn)全面考核了導(dǎo)電密封條的密封安全性；電磁兼容性能考核試驗(yàn)結(jié)果證明了產(chǎn)品良好的電磁屏蔽性能。 本項(xiàng)目的研制從2003年開(kāi)始立項(xiàng)，由國(guó)防科工委出資對(duì)導(dǎo)電橡膠進(jìn)行研究。項(xiàng)目名稱(chēng)《特

9、種導(dǎo)電密封材料的研制》，項(xiàng)目編號(hào)：MKPT-03-080。此后，又對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了深入研究。由上海市科委出資對(duì)形成的技術(shù)進(jìn)行了再開(kāi)發(fā)，項(xiàng)目名稱(chēng)《特種導(dǎo)電硅橡膠的研究》，項(xiàng)目編號(hào)：05zd52006。在項(xiàng)目研制過(guò)程中，應(yīng)用于三個(gè)型號(hào)的武器系統(tǒng)中，具體參見(jiàn)附件三用戶使用報(bào)告。另外，申請(qǐng)國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，專(zhuān)利名稱(chēng)《一種具有電磁屏蔽性能的導(dǎo)電硅橡膠及其制造方法》，專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)：CN101050307。另外，在項(xiàng)目研制過(guò)程中，還形成測(cè)試企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng)，