气相二氧化硅对铜系导电涂料沉降性的影响

潘小龙

新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830011

1 实验部分

1.1 实验材料

研究铜系导电涂料沉降性影响因素时，使用的材料为以下几种：一是纯度为99%、200目的铜粉；二是热塑性丙烯酸树脂，固体含量为50%；三是气相SiO2的防沉降剂。

1.2 涂料的制备

在涂料的制备环节，实验人员应按照以下流程进行：首先，按照质量分数标准，使用气相SiO2作为母料，母料的质量分数为6%；其次，将制备的气相SiO2母料放入到型号为QM-ISP球磨机；第三，将上述材料在球磨机内充分的搅动；第四，按照6:4的比例，将混合后的材料，与热塑性丙烯酸树脂再次进行混合，随后加入适量的溶剂，并再次使球磨机均匀的混合；第五，最终混合后的材料成为导电涂料，并对涂料的沉降率、触变指数进行测量；第六，根据测量要求，气相SiO2在涂料内的质量占比，按照质量占比分数在0.5%-3.0%的范围内，按照0.5%的增长方式，占比依次为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5% 以及 3.0%[1]。

根据GB1727-79标准，在制备时选用玻璃材料，制作成规格为75mm×25mm玻璃板，为保证玻璃板没有杂质，使用清水、丙酮进行清洗，完成清洗后烘干。在将涂料涂刷到玻璃板时，应根据GB1727-79标准，使用毛笔将涂料均匀的涂抹在玻璃板上，并在实验室的温度下，静止24小时，使涂料在完全干燥状态下，并测试干燥状态下涂料的电阻率。按照质量分数，需要将每个质量分数的涂料制作成三份试样。

1.3 电阻率的测试

进入到电阻率的测试环节，在测试过程中，应选用型号为DJ44直流双臂电桥设备，该设备电阻率测量精度为10-5Ω。根据电阻率计算公式，ρv=Ri·δd/L，在公式中Ri代表电阻值，单位为Ω，δ代表漆膜厚度，单位为cm，d为25mm，L为50mm。

1.4 沉降性能测试

进入到导电涂料沉降性测试环节，实验人员应将涂料放入到试管中，并封闭好试管，将涂料静置在室温中24小时。24小时后试管内的溶液会呈现分层状态，上层为澄清的液体，下层为金属粒子，根据涂料沉降率公式进行计算，公式为D=(l/L)·100%，在公式中D代表涂料的沉降率，单位为%，l代表涂料沉降高度，单位为mm，L为涂料沉降前的高度，单位为mm[2]。

1.5 触变指数的测定

在测定涂料的触变指数时，实验人员首先应将涂料放入到型号为NDJ-79的旋转式测量装置内，将装置温度调至25℃，并使温度有±2℃的浮动。随后启动测量装置，将装置的转速调至每分钟7.5转，并旋转1分钟，此时记录粘度计数η1，将装置的转速调至每分钟75转，并旋转0.5分钟，此时记录粘度计数η2，根据触变指数公式，η=η1/η2。

2 结果与讨论

2.1 气相SiO2含量对涂料沉降性的影响

在涂料内加入气相SiO2后，根据不同质量分数会产生不同的沉降率和状态。在0.5%的气相SiO2质量分数下，沉降率为25%，在1.0%的气相SiO2质量分数下，沉降率为15%，在1.5%的气相SiO2质量分数下，未出现明显的沉降，在2.0气相SiO2质量分数下，未出现明显的沉降，在2.5%的气相SiO2质量分数下，涂料出现凝胶状态，在3.0%的气相SiO2质量分数下，涂料出现凝胶状态。

根据上述数据以及涂料出现的状态，气相SiO2有效避免铜系导电涂料转变为沉降状态，尤其是气相SiO2质量分数下达到1.5%或者以上时，即可使涂料不会出现沉降物质。在对气相SiO2物质进行研究时，同样情况下该物质保持在球形的凝结状态，球形直径在7-40mm范围内，在此范围内气相SiO2会有不同的结构形式，包括憎水性硅氧烷和潜水性硅醇基团，同时在球形粒子的周围物质，与硅醇基团中的氢键相连，会建立起三维体系，导电涂料在三维体系的作用下，无法转变为沉降状态，并且凝胶状态随着三维体系的增强而更加稳定。但是应注意的是，若导电涂料内含有较高质量分数的气相SiO2物质，尤其是超过2.5%时，此时导电涂料的流平性逐渐减弱，致使涂料无法均匀的涂抹在物体表面，物体表面的质量不断降低。而气相含量超过2.5%时，导电涂料的电阻率会明显提高。电阻率提高，主要是受到气相中硅醇基团有关，硅醇基团与铜粉中的羟基接触后，会产生化学反应，铜粉的羟基会附着在气相的表面，致使铜粉间缺乏联系，导电性能不断下降。

2.2 气相SiO2分散程度对涂料沉降性的影响

涂料处于流动状态，对涂料的流动状态进行分析时，将牛顿型流体、非牛顿型流体参照标准。通常情况下涂料主要以非牛顿型流体状态出现，并且具有假塑性、膨胀性等特点。以假塑性流体为例，涂料的粘度会随着切变应力的增加而减小。由于涂料在存储状态粘性比较明显，在假塑性流体状态下的涂料，通常不会出现沉降状态，此时充分利用涂料中的切变应力，使涂料均匀的涂抹在物体表面。

将气相SiO2混入到涂料中，使涂料呈现混合状态，此时SiO2中的硅醇基团氢键建立的三维体系，若混合涂料进入到搅动状态，会破坏三维体系，此时混合涂料的粘度会不断减小，若停止搅动，混合涂料的粘度会逐渐恢复。三维体系在变化过程中，气相SiO2的表面积不断增加，会使混合涂料不断出现沉降情况，其中沉降状态中会出现许多二次凝聚型粒子，该粒子的粒径通常为1-2mm，是混合涂料出现沉降情况的主要原因[3]。

对混合涂料在球磨机内的时间进行研究时，若混合的时间较短，涂料内的物质无法充分融合，并且在分散的状态下，许多大粒子会使涂料呈现无触变性状态。而延长混合时间，会增加触变指数。根据实验要求，将球磨机保持16小时的搅动状态，混合涂料内的气相SiO2会与铜粉充分融合，此时涂料内不会出现二次聚积粒子，混合涂料的触变性和细度，均能符合涂料的使用标准。

3 结语

综上所述，在对铜系导电涂料沉降性影响因素进行分析时，实验人员通过实验，研究气相SiO2质量分数在变化时，尤其是质量分数为1.5%或者以上，可以有效预防涂料出现沉降情况，并且将气相SiO2与树脂充分混合后，可以使热塑性丙烯酸树脂具备触变性特点，从而保证涂料的导电性不会受到影响。