单组分室温固化导电硅橡胶的制备和性能研究

谢婉怡 郑常华 庞文键 李福中 付子恩

摘 要： 为制备综合性能优异的单组分室温固化导电硅橡胶，以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉（Ni/C）为导电填料，研究了镍包覆石墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。 结果表明：Ni/C导电粉用量为240份，交联剂用量为9份，制得的脱酮肟型单组分室温固化导电胶具有良好的导电性和力学性能，可实现常温下原位固化，为实际施工提供了便捷性。

关键词： 单组分室温固化，镍包覆石墨，导电性能，力学性能

中图分类号： TQ336.4

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0009-03

Preparation and performance of one-component room temperature cured conductive silicone rubber

XIE Wanyi，ZHENG Changhua，PANG Wenjian，LI Fuzhong，FU Zien

（Guangzhou Baiyun Chemical Industry Co.，Ltd.，Guangzhou 510540，China）

Abstract： In order to prepare one-component room-temperature curing conductive silicone rubber with excellent comprehensive properties，condensed liquid rubber was used as basis，and nickel coated graphit powder was used as conductive material，the effects of nickel-coated graphite powder dosage and cross-linking agent dosage on conductive properties and mechanical cal properties of conductive adhesive， and the effects of thermal aging on the conductive properties of conductive adhesive， respectively，were studied.

The results indicated that the de-ketoxime type one-component room temperature curing conductive adhesive had good electrical conductivity and mechanical properties，and can achieve in-situ curing at room temperature，providing convenience for the actual construction，when the amount of Ni/C conductive powder was about 240 phr，and the amount of crosslinking agent was about 9 phr.

Key words： one-component cured at room temperature，nickel coated graphite，conductivity，mechanical property

在組装电子设备过程中，经常使用焊接技术连接各种组件，然而传统的锡/铅（Sn/Pb）焊料具有密度大，连接温度高（＞230 ℃），具有毒性对人类和环境有害等缺点[1]。导电胶作为电子组装中锡/铅焊料的一种有前途的替代品，不仅具有良好的导电性能和各种板材之间的粘接性，而且具有加工工艺简单便捷，适用连接范围广，更高的灵活性，对环境友好等优点受到许多研究人员的关注与研究[2-4]。

导电胶主要分为2种类型，一种为本征导电胶，即分子结构本身具有导电性能的聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等），然而这类导电胶的电阻率较高，导电稳定性及重复性较差[5]。另一种为导电填料（如金属基、碳系等）分散在绝缘有机硅聚合物中，此类导电胶的电阻率较低，实用价值更高[6-7]。其中，单组分室温固化导电硅橡胶具有优异的导电性、良好的粘接性以及良好的电磁屏蔽效果，可实现常温下原位固化，可以最大限度地减少对组件和电路的损坏，并为实际应用提供良好的环境密封条件[8-9]。

研究以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉（以“Ni/C”表示） 为导电填料，制备了综合性能优异的单组分室温固化导电硅橡胶。探究了镍包覆石墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶），黏度80 000 MPa·s（25 ℃，下同），工业级，美国道康宁公司；气相法白炭黑：R974，工业级，德国赢创德固赛集团；镍包覆石墨粉（120目）：F1C120，工业级，广东阳明向欣科技有限公司； 苯基三丁酮肟基硅烷（交联剂）：含量≥90%，工业级，杭州硅宝化工有限公司； N -β氨乙基-γ氨丙基三甲氧基硅烷（偶联剂）：含量≥98％，工业级，崇越（广州）贸易有限公司；二月桂酸二丁基锡（催化剂）：锡含量为18.3%-18.9％，工业级，吉林市华信化学有限公司。

NHZ-5型捏合机，佛山市金银河机械设备有限公司；ZKJ-2型行星搅拌机，江阴市双叶机械有限公司；分析天平，广州市赛拓仪器科技有限公司；XL-250A型万能拉力试验机，广州试验仪器厂；LX-A型橡胶硬度计，上海六菱仪器厂；JSM-7800F场发射扫描电镜，日本电子株式会社；JK2516B型直流电阻测试仪，常州市金艾联电子科技有限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；恒温恒湿试验箱，磬声设备有限公司。

1.2 样品制备

（1）取100份107硅橡胶和25份白炭黑投入到捏合机中，抽真空搅拌均匀，并在120 ℃下脱水2 h，制得基料备用；

（2）将制得的基料、镍包覆石墨粉（变量，分别为120、160、200、240、280份）、交联剂（变量，分别为3、6、9、12、15份）、偶联剂和催化剂按一定比例投入到行星搅拌机中，在真空下均匀搅拌1 h，在氮气的保护下分装进密封管中。

1.3 性能测试

硬度：GB/T 531.1—2009测定；拉伸强度：GB/T 528—2009测定；断裂伸长率：GB/T 528—2009测定；常温电阻：按GB/T 1410—2006测定。

2 结果与讨论

2.1  镍包覆石墨粉用量对导电胶导电性能的影响

本实验选用120目的镍包覆石墨粉（Ni/C）为导电填料，按1.2中的方法制备了不同份数Ni/C的导电胶，对比镍包覆石墨粉用量对导电胶常温电阻的影响。

由表1可知，当Ni/C导电粉添加量为120份时，导电硅橡胶内部的Ni/C粒子间隙比较大，导电粒子无法实现电子跃迁，难以形成导电通路，导电胶片常温电阻超过了仪器量程，基本不导电。当Ni/C导电粉添加量增加至200份，常温电阻急剧下降至

2 Ω，此时导电粉的用量已添加至临界含量值，导电粒子间隙越来越近，可实现电子跃迁，导电胶片内某些导电粒子相互接触，从而形成有效的导电通路。当Ni/C导电粉继续增加至240份和280份时，电阻会继续降低，但下降幅度不明显，此时导电粒子形成的导电通路趋于完善，电阻变化比较平缓，再添加过多的Ni/C导电粉，导电性能变化不大。因此需要综合导电胶力学性能、加工性能和成本的影响，选择合适的导电粉添加量。

2.2  镍包覆石墨粉用量对导电胶力学性能的影响

由表2可得出，随着Ni/C添加量的增加，拉伸强度由1.7 MPa下降至0.7 MPa，断裂伸长率由257％下降至102％，硬度由40 HA升至60 HA。原因可能是当Ni/C添加量较少时，硅橡胶在整体导电胶中的占比比较大，导电胶的力学性能和硬度体现了硅橡胶的性质。 随着导电粉用量的增加，硅橡胶在整体导电胶的含量百分比逐渐减小，增加的Ni/C导电粉对导电胶的补强效果无明显作用，导致导电胶随着导电粉用量的增加而变硬和变脆，拉伸强度和断裂伸长率的力学性能变差，加工性能变差[10]。因此，综合导电胶的导电性、力学性能、加工性能和成本的影响，选择Ni/C导电粉合适的添加量为240份。

2.3 交联剂用量对导电胶导电性能的影响

交联剂用量对导电胶常温电阻的影响，结果如表3所示。

由表3可知，在一定范围内，导电胶的导电性随交联剂用量的增加呈现先增加后减少的趋势。当交联剂用量从3份增加至9份时，导电胶片内交联点密度增多，有助于导电粒子间形成导电网络通路，从而使得导电胶的导电性升高。当交联剂用量从9份增加至15份，此时交联剂浓度过高，硫化后期过量的交联剂可能会破坏导电粒子间已形成的导电网络通路，从而使得导电胶的电阻升高[7]。由测试数据可知，当交联剂用量添加至9份时，导电胶的导电性能最优，胶片上表面的电阻为0.4 Ω。

2.4 交联剂用量对导电胶力学性能的影响

以Ni/C导电粉添加量为240份，交联剂添加量为变量（分别为3、6、9、12、15），探究交联劑用量对导电胶力学性能的影响，结果如图1、图2所示。

由图1和图2可知，导电胶的拉伸强度和断裂伸长率随交联剂用量的增加而呈现先增加后减少的趋势。在一定范围内，随着交联密度增大，导电胶的交联网络结构逐渐完善，硫化后导电胶的拉伸强度和断裂伸长率逐步提高。当交联剂过量时，交联点密度过多，限制了分子链的位移和延展，从而导致导电胶的拉伸强度和断裂伸长率逐渐降低。此外，过量的交联剂会导致导电胶片硫化深度变浅，从而使得胶片内部硫化不完全，导致导电胶力学性能变差。因此，综合导电胶的导电性和力学性能的影响，选择交联剂合适的添加量为9份。

2.5 热老化对导电胶导电性能的影响

以240份Ni/C导电粉和9份交联剂按1.2中的方法制得导电硅橡胶，常温固化完全后，将导电胶片分别在90 ℃热空气和“双85”（温度为85 ℃，相对湿度为85％）条件下进行热老化测试，老化时间为720 h。测试过程中，每间隔120 h取出导电胶片，放置常温后测其上表面电阻，测试结果如图3所示。

由图3可知，导电胶片在90 ℃热空气条件下老化720 h，电阻值变化不明显。然而进行双85老化测试时，导电胶片的电阻会随老化时间延长而升高，最后趋于平稳。原因可能是导电胶在高温高湿条件下发生电化学腐蚀现象[11]，从而使得导电胶片表面被金属氧化物覆盖，导致电阻升高。当导电胶片表面大部分已被金属氧化物覆盖时，电阻变化开始趋于平稳。

3 结语

本实验以缩合型液体硅橡胶为基胶，镍包覆石墨粉为导电填料，探究了镍包覆石墨粉用量和交联剂用量分别对导电胶导电性能、力学性能的影响，以及热老化对导电胶导电性能的影响。筛选出Ni/C导电粉用量为240份，交联剂用量为9份，制得的单组分室温固化导电硅橡胶的常温电阻（正）为0.4 Ω，断裂伸长率为153％和拉伸强度为1.0 MPa，具有良好的导电性和力学性能。导电胶片在90 ℃热空气下老化720 h，电阻值变化不明显；而双85条件下热老化720 h，导电胶片的电阻会随老化时间延长而升高，最后趋于平稳。

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