楊緒迎,吳文彪(北京橡膠工業(yè)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(yōu)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(wěn)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(chǎn)品雖然所占份額不大,但發(fā)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(yī)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(zhì)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(zhì)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(yōu)異的導電性能和導電穩(wěn)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(zhì)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(chǎn)品;正硅酸乙酯和二月桂酸二丁基錫,上海華潤化工公司產(chǎn)品;乙炔炭黑,牌號250G,上海昊化化工有限公司產(chǎn)品;炭黑N234,撫順炭黑廠產(chǎn)品;炭黑N293,天津海豚炭黑有限公司產(chǎn)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(lián)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(yōu)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(wěn)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(nèi)部形成微團狀炭黑聚集體,從而影響交聯(lián)網(wǎng)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(wěn)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。
