导电橡胶板耐电化学腐蚀性研究

2021-10-20侯锦秋韩继先

机电元件 2021年4期

王璐，侯锦秋，韩继先

(沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，110144)

1 引言

导电橡胶因其同时具有电磁屏蔽和环境密封的特点，广泛应用于航空、航天、船舶、兵器等电子电器设备中[1]。按照制备方法的不同，将导电橡胶分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两类[2]。对于复合型导电橡胶，一般是在橡胶基体中加入炭黑、石墨、碳纤维或金属粉体等导电填料[3]。其中铝镀银导电橡胶因其具有较好的导电性和导磁性能，且不易发生氧化，在电子设备中，多以密封圈或导电衬垫与金属机箱或法兰形成电磁屏蔽系统。但对于安装在海上或密林等潮湿环境的电子设备上时，因盐溶液会附着在导电橡胶和设备基材表面，三者构成原电池，造成电化学腐蚀，导致橡胶制品性能有一定程度的降低，因此对导电橡胶的抗恶劣环境性能有特殊要求[4]。

2 试验方法

2.1 力学性能试验方法

按GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能侧定》进行拉伸性能测试，按GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法》进行硬度性能测试。

2.2 电性能试验方法

按GB/T 2439-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶导电性能和耗散性能电阻率的测定》测试体积电阻率。

2.3 环境性能试验方法

(1)按GB/T 3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行热空气老化性能试验，试验温度为200℃，时间为48h。

(2)在电子设备抗腐蚀性评估中，一般采用盐雾腐蚀试验。按GJB 150.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法第11部分：盐雾试验》对铝镀银导电硅橡胶进行盐雾试验。试验件如图1所示,将导电橡胶片裁成直径23mm的圆片,金属板分别为铝合金(6061)镀镍、铝合金(6061)镀军绿镉及不锈钢(06Cr19Ni10)钝化，上下绝缘块选用聚四氟乙烯棒，螺钉螺母选用不锈钢06Cr19Ni10。放置在GJB 150.11A-2009国军标规定的盐雾环境中，连续喷雾24h后，在15℃～35℃，相对湿度50%的条件下干燥24h，48h为一个周期并进行观察，发现腐蚀情况则终止试验。

图1 盐雾试验件

3 结果与分析

3.1 力学性能及电性能

表1为铝镀银导电橡胶的力学性能及电性能。图2为未进行环境试验导电橡胶表面扫描电镜图，可以看出其表面较为光滑平整，导电粒子分布均匀，没有脱落现象。图3为热老化试验后导电橡胶表面扫描电镜图，与图2相比可知，经过热老化试验后，导电橡胶的表面略变粗糙，且导电橡胶的体积电阻率略有增加，这可能是由于导电橡胶中的金属填料发生在高温条件下发生氧化，而金属氧化物的导电性能较差，导致其体积电阻率的增加[5]。

表1 铝镀银导电橡胶的力学性能及电性能

图2 未进行环境试验导电橡胶表面扫描电镜图

图3 热老化试验后导电橡胶表面扫描电镜图

3.2 耐电化学腐蚀性能

电化学腐蚀是导电橡胶失效的重要原因之一，通过盐雾试验前后导电橡胶及金属镀层表面腐蚀程度的变化，对比分析铝镀银导电橡胶与不同金属镀层接触时的耐电化学腐蚀性能。

图4～6为铝镀银导电橡胶与不同金属镀层接触的盐雾试验前后表面腐蚀程度对比图。对于铝镀银导电橡胶，与其接触的铝合金镍镀层在96h盐雾试验后表面多处发生点蚀，局部镀层起泡；与其接触的铝合金军绿镉镀层在48h盐雾试验后表面发生了严重腐蚀，表现为与盐雾接触的边缘部分，有局部镀层脱落，基体裸露现象；与其接触的不锈钢钝化层在288h盐雾试验后表面发生轻微腐蚀，局部出现点蚀。图7为盐雾试验后铝镀银导电橡胶表面扫面电镜图，由图可知，经过盐雾试验后，导电橡胶表面变粗糙，呈凹凸不平状态，局部表面被破坏，且有一部分粒子裸露甚至脱落。

图4 铝合金镀镍和铝镀银导电橡胶盐雾试前后表面腐蚀程度对比图

图5 铝合金镀军绿镉和铝镀银导电橡胶盐雾试前后表面腐蚀程度对比图

图6 不锈钢钝化和铝镀银导电橡胶盐雾试前后表面腐蚀程度对比图

图7 盐雾试验后导电橡胶表面扫描电镜图

对于不同材料的接触，尽量使两种材料的电位差尽可能小，由公式(1)可知，电位差越小，腐蚀电流就越小，腐蚀的严重程度也将变小。根据欧姆定律可得腐蚀电流：

(1)

式中，

I为腐蚀电流强度(A)；

V阴为阴极电极电位(V)；

V阳为阳极电极电位(V)；

R为腐蚀体积总电阻(Ω)。

在盐雾环境中，导电橡胶中的镀银颗粒与金属镀层发生电化学腐蚀，根据表2可知，银与镉的腐蚀电位差最大，因此导致导电橡胶与镀镉层接触时产生的腐蚀电流最大，最容易发生电化学腐蚀。银与铁之间的腐蚀电位差较小，腐蚀电流小，腐蚀的严重程度较轻，所以耐盐雾时间最长。而银与镍的腐蚀电位差介于两者之间，因此耐盐雾时间也介于两者之间。