楊緒迎,吳文彪(北京橡膠工業研究設計院,北京 100039)
摘要:研究炭黑品種及用量對硅橡膠導電性能和物理性能的影響。結果表明,乙炔炭黑填充的硅橡膠導電性能優于炭黑N234或N293填充的硅橡膠;隨著炭黑用量的增大,硅橡膠邵爾A型硬度增大,拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小,體積電阻率先增大后趨于穩定。
關鍵詞:硅橡膠;炭黑;導電性能
中圖分類號:TQ333.93;TQ330.38+1文獻標識碼:B文章編號:1000-890X(2007)11-0677-02
目前,世界硅橡膠年消耗量約為22萬t,其中導電產品雖然所占份額不大,但發展比較迅速。近年來,導電硅橡膠在高電壓技術、電子技術及醫療設備等領域的應用不斷增加[1]。導電硅橡膠是將導電性物質分散在絕緣的有機硅聚合物中,而使其具有導電性能。常用的導電性物質有金、銀、銅、鈀、鉬、鈷、石墨、炭黑、碳纖維、鍍銀鋁、鍍銀銅、鍍銀碳纖維、鍍銀玻璃球和玻璃纖維等。目前應用最廣泛的導電填料是銀粉和導電炭黑。銀粉具有優異的導電性能和導電穩定性,但價格昂貴。導電炭黑雖然導電性能一般,但價格較低,且與聚合物基體的結合能力強。導電物質的品種和用量及加工方法等對硅橡膠物理性能和導電性能均有影響。
本工作研究炭黑品種及用量對硅橡膠導電性能和物理性能的影響。
1 實驗
1.1 主要原材料
硅橡膠(端羥基聚二甲基硅氧烷),牌號107,粘度為20 Pa·s,上海華潤化工公司產品;正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基錫,上海華潤化工公司產品;乙炔炭黑,牌號250G,上海昊化化工有限公司產品;炭黑N234,撫順炭黑廠產品;炭黑N293,天津海豚炭黑有限公司產品。
1.2 基本配方
硅橡膠 100,正硅酸乙酯 6,二月桂酸二丁基錫 4,炭黑 變品種、變量。
1.3 試樣制備
按配比將硅橡膠、交聯劑、催化劑與炭黑混合,攪拌均勻后裝模,室溫硫化24 h以上。
1.4 性能測試
邵爾A型硬度按GB/T 531—1999測試;拉伸性能按GB/T 528—1998測試;體積電阻率(ρ)按GB/T 2439—2001測試。
2 結果與討論
2.1 導電性能
炭黑品種和用量對硅橡膠體積電阻率的影響如圖1所示。從圖1可以看出,填充乙炔炭黑的硅橡膠導電性能明顯優于填充炭黑N234和N293的硅橡膠。分析原因認為,炭黑填充硅橡膠的導電性能主要取決于炭黑的粒徑和結構度,炭黑粒徑越小、相對結構度越高,硅橡膠的導電性能越好[2]。由于乙炔炭黑的結構度明顯高于炭黑N234和N293,因此乙炔炭黑填充硅橡膠的導電性能最好。
從圖1還可以看出,隨著炭黑用量的增大,硅橡膠體積電阻率先明顯減小后趨于穩定。當炭黑用量較小時,硅橡膠的體積電阻率很大,這是由于此時炭黑顆粒之間是分離的,尚未形成導電路徑;隨著炭黑用量的增大,炭黑不斷聚集,形成導電路徑,硅橡膠的體積電阻率減小;當炭黑用量達到臨界值后,炭黑聚集體之間的接觸電阻變化不明顯,硅橡膠的導電性能變化不大[3]。
2.2 物理性能
炭黑品種和用量對硅橡膠邵爾A型硬度、拉伸強度和拉斷伸長率的影響分別如圖2~4所示。從圖2~4可以看出,隨著炭黑用量的增大,硅橡膠邵爾A型硬度增大,拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小。分析原因認為,炭黑用量過大,硅橡膠內部形成微團狀炭黑聚集體,從而影響交聯網絡的形成,削弱炭黑粒子與硅橡膠分子鏈間的相互作用,導致硅橡膠的強伸性能下降。綜上所述,在確保硅橡膠導電性能的前提下,應適當控制炭黑的用量,以保證導電硅橡膠的物理性能。
3 結論
(1)乙炔炭黑填充硅橡膠的體積電阻率明顯高于炭黑N234或N293填充的硅橡膠;隨著炭黑用量的增大,硅橡膠的體積電阻率先增大后趨于穩定。
(2)隨著炭黑用量的增大,導電硅橡膠邵爾A型硬度增大,拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小。
