鎳包石墨復合粉末的制備及在導電硅橡膠中的應用研究.pdf

1、鎳包石墨復合粉末,兼具鎳良好的導電性和石墨的潤滑性,在電接觸材料、導電填料及電磁屏蔽材料等領域具有廣闊的應用前景。與金屬鎳粉相比,鎳包石墨復合粉末價格低廉,有利于其在導電硅橡膠中廣泛應用。
　　 本文采用化學鍍鎳的方法在石墨粉表面鍍覆鎳層,研究了化學鍍工藝對鎳包石墨復合粉末表面形貌和性能的影響,探討了鎳鍍層在石墨表面沉積、生長機理;并將此復合粉末用作導電填料制備了導電硅橡膠,研究了導電填料的種類和含量對導電硅橡膠導電性能及力學性

2、能的影響。
　　 研究了石墨粉預處理工藝、鍍液組成及操作條件對鎳包石墨復合粉末表面形貌和粒度分布等的影響,并利用掃描電鏡對復合粉末表面形貌進行分析,利用能譜儀對復合粉末的成分進行能譜測試,通過粒度分析儀對復合粉末進行粒徑測試。結果表明,活化液中氯化鈀質量濃度為0.03g/L和0.1g/L時,鎳顆粒細小,鍍層光滑平整;硫酸鎳和聯(lián)氨濃度的增加使鍍速增加,但鍍速過快導致鍍層粗糙,合適的硫酸鎳濃度為20g/L,聯(lián)氨體積分數(shù)為2％;提高鍍

3、液溫度使反應的能量增加,鎳顆粒沉積速度增加,對比鍍液溫度分別為60℃、65℃和70℃條件下化學鍍過程,當溫度為65℃時鍍覆效果最好,石墨表面鎳鍍層整體效果比較均勻;pH值的增加可提高反應速度,同時縮短誘導期,當pH值為11.0時鍍速適中,誘導期為10min,鍍層光滑,包覆完整;采取中速攪拌(200～400r/min)時鎳包石墨復合粉末外觀為灰色。合適的化學鍍制備工藝為:鍍液中硫酸鎳質量濃度20g/L,聯(lián)氨體積分數(shù)2％,檸檬酸質量濃度40

4、g/L,硫脲質量濃度0.1g/L,pH值為11.0,溫度65℃,攪拌速度為中速攪拌(200～400r/min),此時化學鍍沉積速率適中,鎳鍍層在石墨表面分布均勻。
　　 通過對化學鍍過程中不同時間段下石墨表面形貌的分析,闡明了鎳在石墨上的沉積長大機理。即鎳首先沉積在石墨表面上具有催化活化中心Pd的區(qū)域,形成島狀結構,然后在催化活化中心和鎳顆粒的自催化作用下,沿著島狀結構不斷向外延伸生長,最終完整包覆石墨表面。鎳在石墨表面生長的時

5、間主要為化學鍍過程的90～120min。
　　 采用上述化學鍍工藝制備鎳質量分數(shù)分別為20％、40％和60％的鎳包石墨復合粉末,將此三種復合粉末作為導電填料制備導電硅橡膠,并分別與以石墨、鎳為導電填料的導電硅橡膠結果對比,研究導電填料種類及含量對導電硅橡膠導電性能及力學性能的影響。結果表明,導電填料的添加可有效改善硅橡膠的導電性能。同等體積分數(shù)下,填料對導電硅橡膠的導電性改善能力從小到大依次為:石墨＜20Ni/石墨＜Ni＜40N

6、i/石墨＜60Ni/石墨。隨著導電填料含量的增加導電硅橡膠的導電性能逐漸變好。當60Ni/石墨復合粉末的體積分數(shù)為20％時,制備的導電硅橡膠體積電阻率為1.2×102Ω·cm。與類球狀鎳粉相比,片狀鎳包石墨復合粉末與片狀粉末之間相互接觸的概率比類球狀粉末之間的接觸概率更大,更易形成導電通路,從而提高導電性能。
　　 在導電填料體積分數(shù)相同的條件下制備的導電硅橡膠的硬度和拉伸強度從小到大依次為:石墨＜鎳＜60Ni/石墨,扯斷伸長率