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，因而近些年來得到了迅速的發(fā)展，已成為一種新型功能材料，廣泛地用于航天、飛機制造和機械制造業(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)電橡膠又開始廣泛應(yīng)用于制作橡膠開關(guān)、接點橡膠、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，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大。據(jù)美國橡膠密封件市場的調(diào)查統(tǒng)計，抗電磁干擾用屏蔽橡膠是密封件市場中發(fā)展最快的一部分，越來越多的被用于電子與通訊設(shè)備及裝置上。從2003年開始，年增長率已達(dá)35.2％。在英國，現(xiàn)今從事電磁干擾屏蔽橡膠密封件生產(chǎn)的兩個最大專業(yè)廠商是Dunlop精密橡膠公司和JamesWalker橡膠公司。近年來，這兩家

3、公司針對航空和國防軍工部門等對電子儀器、通訊、電信設(shè)備性能的苛刻要求，開發(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，計算機、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)重要的兩個因素，其典型的應(yīng)用領(lǐng)域是通訊設(shè)備、微波無線電設(shè)備和計算機控制系統(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用化，并已在醫(yī)療電子設(shè)備上進(jìn)行試驗。 在我國，還沒

4、有相對成熟的屏蔽橡膠產(chǎn)品，主要還停留在抗靜電材料領(lǐng)域。因此，擬通過本項目的研究，推動該領(lǐng)域材料在國內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步。 本項目的研究主要分為以下幾個方面： 首先是對基體橡膠的硫化體系進(jìn)行研究。通過對不同牌號硫化劑在不同硫化溫度下的硫化曲線測定，確定合理的硫化劑牌號及硫化工藝參數(shù)。結(jié)合力學(xué)性能（主要包括拉伸強度、斷裂伸長率、硬度和壓縮永久變形等）和熱空氣老化性能等的試驗，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，以有機硅做載體的雙2，5因有效成份含量的降低而活性相對緩和，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——電鏡來研究導(dǎo)電填料在基體橡膠中的分散，并對導(dǎo)電機理進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)金屬填料在有機硅橡膠中的分布是隨

6、機的。通過材料配方設(shè)計，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，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。通過對導(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、鹽霧試驗和霉菌試驗等）對比發(fā)現(xiàn)，表面處理前后材料的拉伸強度和斷裂伸長率均相差不多，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。通過導(dǎo)電密封條制品模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和成型工藝研究，使得利用簡單生產(chǎn)設(shè)備制造復(fù)雜制品成為可能，并經(jīng)過了多臺套產(chǎn)品的生產(chǎn)驗證。淋雨性能考核試驗、浸水性能考核試驗以及外殼防水性能試驗等密封性能考核試驗全面考核了導(dǎo)電密封條的密封安全性；電磁兼容性能考核試驗結(jié)果證明了產(chǎn)品良好的電磁屏蔽性能。 本項目的研制從2003年開始立項，由國防科工委出資對導(dǎo)電橡膠進(jìn)行研究。項目名稱《特

9、種導(dǎo)電密封材料的研制》，項目編號：MKPT-03-080。此后，又對該項目進(jìn)行了深入研究。由上海市科委出資對形成的技術(shù)進(jìn)行了再開發(fā)，項目名稱《特種導(dǎo)電硅橡膠的研究》，項目編號：05zd52006。在項目研制過程中，應(yīng)用于三個型號的武器系統(tǒng)中，具體參見附件三用戶使用報告。另外，申請國內(nèi)發(fā)明專利1項，專利名稱《一種具有電磁屏蔽性能的導(dǎo)電硅橡膠及其制造方法》，專利公開號：CN101050307。另外，在項目研制過程中，還形成測試企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一項，