摘　要：以耐高溫有機硅為基體，銀包銅粉為填料制備了一種導電涂料，通過對其涂膜的體積電阻率、附著力、沖擊強度、粘度測試和TG分析，研究了銀包銅粉含量對導電涂料電性能、物理力學性能的影響以及該涂料的適用期、耐熱性和耐老化性。結果表明，當銀包銅粉質量分數為導電涂料的60％時，產物體積電阻率可達6.27×10^-4Ω?cm，附著力一級，沖擊強度＞50 kg?cm，常溫8 h內粘度可保持在6.0 Pa?s，固化物熱分解溫度高達532.7 ℃，并具有優良耐老化性。
關鍵詞：單組分；有機硅；銀包銅粉；導電涂料；制備；體積電阻率；耐熱

0　引　言

　　導電涂料是涂于非導電高分子材料底材上，使之具有傳導電流及排除積累靜電荷能力的一種新型功能性涂料，涂膜后的電導率一般＞10～12 S／m，目前已廣泛應用到各個領域，如集成電路元件的導電連接、連接不可焊接的地方、屏蔽高頻磁場的塑料支架、飛機隱形材料、導電薄膜等。此外，導電涂料在市場也有很大的使用價值，如PCB的設計與修復、汽車除霧電熱線斷線修補、鍵盤印刷電路修補等。
　　目前導電涂料根據導電機理及組成可分為結構型導電涂料和添加型導電涂料。結構型導電涂料主要是以高聚物自身具有導電功能涂膜形成；添加型導電涂料主要在絕緣的高聚物中添加具有導電能力的導電粒子，高聚物固化后使導電粒子之間相互接觸，形成導電通路，使導電涂料具有導電能力。添加型導電涂料具有設備簡單、操作方便、成本低廉及可涂覆于各種復雜形狀表面等優點，市場應用性很強。
　　本文以自制的有機硅樹脂為基體、銀包銅粉為導電涂料的填料，制得一種性能優良的自干型有機硅導電涂料，并對其性能進行了系統的研究。

1　實驗部分

1.1　主要原料
　　自干型有機硅樹脂，自制(淡黃色均勻液體，固含量50％，粘度(涂4-杯，25 ℃，20 s)；導電銀包銅銀粉(粉狀，銀質量分數30％)，粒度400～800目，深圳和諧金屬商行；一甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷，阿拉丁試劑；丙酮，分析純，上海中試化工總公司；甲苯、異丙醇，分析純，西隴化學股份有限公司等；催化劑，自制。
1.2　實驗儀器
　　DGY-9243BE1干燥箱，上海?，攲嶒炘O備有限公司；劃圈法附著力測試儀，上海現代環境技術有限公司；EST991導電和防靜電材料體積電阻率測定裝置，北京中慧天成科技有限公司；DiamondDSC分析儀，美國Perkin-Elmer公司。
1.3　實驗步驟
1.3.1　自干型有機硅樹脂的制備
　　將甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷按質量比為2:5:2:2.5依次加入到放置在冰水浴的三口燒瓶中攪拌，取一定比例的去離子水，丙酮、甲苯混合后滴加到反應體系中，滴加時間為1 h，50℃保溫30 min，靜置分層用分液漏斗除去下層酸水，上層用熱的5％NaCl溶液洗3次，再用蒸餾水洗至中性后,升溫減壓蒸去部分溶劑、殘留水分和低分子質量物質，然后加入一定量的縮聚催化劑在140～160℃下保溫縮聚一定時間，加入異丙醇配成固含量為50％硅樹脂溶液。
1.3.2　自干型有機硅導電涂料的制備
　　以自制的有機硅樹脂作基體，按一定的比例再加入銀包銅粉，銀包銅粉分2次添加，每次加入比例的一半放入高速攪拌裝置中攪拌5 min，攪拌均勻后，再加入另一半攪拌30 min，保證基體與銀包銅粉充分混合，脫泡，靜置，即得到導電涂料。
1.3.3　導電漆膜的制備
　　用砂紙將馬口鐵板打磨光滑，用無水乙醇擦拭干凈并吹干，將制備好的導電涂料均勻涂在處理過的馬口鐵板上，靜置，室溫表干30 min，實干24 h，烘箱干燥，120℃，2 h，即得導電漆膜。
1.4　導電漆膜的性能測試及其分析方法
1.4.1　表面形貌
　　通過目測，觀察所制備的導電涂層表面是否平整、光滑、致密。
1.4.2　試樣制備
　　以75 mm×25 mm×(1～1.2)mm玻璃板作為底材，用95％乙醇清洗玻璃片，烘干，將厚度為0.5 mm鋁箔膠帶均勻地貼在處理好的玻璃板上。用美工刀在中間挖出75 mm×6 mm的膠帶在中間形成空白槽。按照GB／T 1727―1992標準，將導電涂料均勻涂敷在已用酒精洗凈吹干的玻璃片上，等實干后移除導電涂層條兩邊鋁箔膠帶條，即得到導電漆膜條樣品。圖1為樣品示意圖。

1.4.3　導電涂料的體積電阻率測定
　　導電涂料的體積電阻率是衡量導電涂料性能的一個重要參數，本文中用北京中慧天成科技有限公司生產的EST991導電和防靜電材料體積電阻率測量裝置測量電阻，并按式1計算體積電阻率p：

　　上式中：p為導電涂料體積電阻率，Ω?cm；R為試樣的電阻；d為導電涂料層的厚度(一般取3個點的平均值)，cm；W為導電涂料層的寬度(一般取3個點的平均值)，cm；L為導電涂料層的長度，cm。
1.4.4　涂膜附著力及抗沖擊性能的測定
　　將制備好的導電涂料按1.3.3制備導電漆膜，然后測其性能。漆膜附著力按GB／T 1720―1979測定，根據圓滾線劃痕范圍內漆膜的完整程度，分7個等級評定，1級性能好。漆膜的抗沖擊性能按GB／T 1732―1993測定，以重錘的重量與其落于試片上而不引起漆膜破壞的大高度的乘積表示，50 kg?cm為好。沖擊后用4倍放大鏡觀察是否有裂紋、皺紋及剝落現象。

2　結果與分析

2.1　銀包銅粉含量對導電涂料體積電阻率的影響
　　按1.3.2的制備方法，通過改變銀包銅粉在涂料中的含量制備出7種不同體積電阻率的導電涂料，并研究了銀包銅粉含量與導電涂料電性能之間的關系(見圖2)。體積電阻率隨著銀包銅粉質量分數的增大而減小。因為隨著鍍銀銅粉含量的增加，鍍銀銅粉離子問相互接觸的機會增多，形成的導電通路增多，從而使體積電阻率變小。當銀包銅粉質量分數為60％時，體積電阻率達到低值6.27×10^-4Ω?cm，這是由于導電涂料中的填料處于臨界值，形成的空間導電網絡數多，導電通路完善，體積電阻率得以迅速下降。銀包銅粉含量超過臨界值以后，體積電阻率恢復平緩狀態，若繼續增加，會造成填料過多，基體相對較少，不能充分粘結填料粒子，使相互接觸的機率減少，因而當銀包銅粉的質量分數＞65％時，在圖2中出現體積電阻率輕微變大的現象。

2.2　銀包銅粉含量對導電涂料物理性能的影響
　　在導電涂料中粘結性能和抗沖擊性能是2個重要參數。導電涂料實干后與基板的粘結程度決定附著能力和抗沖擊性，而附著力及抗沖擊性能的好壞是決定導電涂料能否在工業中運用的關鍵。表1為不同銀包銅粉質量分數對導電涂料物理性能的影響。可以看出漆膜附著力隨著填料含量的增加而下降，漆膜的抗沖擊強度也表現出和附著力相同的變化趨勢。同時漆膜的表觀性也隨著填料含量的增加而下降，銀包銅粉質量分數＞60％時，基體量相對減少，來不及潤濕填料，導致導電填料賦予表面，從而引起漆膜的表觀粗糙，開始出現表面不光滑現象。為了保證涂層具有很好的導電性和結合力，確定銀包銅粉佳用量是質量分數為60％。

2.3　導電涂料適用期測試實驗
　　有機硅導電涂料適用期試驗所用銀包銅粉質量分數為總膠量的60％，取導電涂料200 g，常溫下敞口8 h，間隔1 h進行粘度跟蹤測試試驗，結果見表2。由表2可知，在8 h以內，有機硅導電涂料的粘度隨時間的增加變化很小，完全適用于工廠8 h流水線作業的需要。

2.4　導電涂料的耐熱性
　　圖3為銀包銅粉質量分數為60％的導電涂料實干后熱失重TG掃描曲線。

　　曲線分析結果表明，此導電涂料有很高的熱分解溫度，為532.7℃，失重區間在532.7～762.1 ℃。繼續升溫，固化產物分解速率平緩，在762.1℃后仍殘留94.76％，表明制備的導電涂料具有較高的熱穩定性和耐熱性能。
2.5　導電涂料耐老化性能分析
　　用銀包銅粉質量分數為60％的導電涂料，按1.3.3工藝制成導電漆膜。通過比較加速老化前后導電涂料的物理性能和導電性能的變化，對導電涂料老化性能進行分析，從而確定導電膠應用的可靠性。本實驗采用冷熱交變循環箱連續2次(150℃／10 h、-10℃／10 h)冷熱循環后測試導電漆膜的體積電阻率、附著力及抗沖擊性能。測定數據對比見表3。
　　結果顯示導電涂料漆膜冷熱循環后，其體積電阻率、附著力及抗沖擊性能變化不是很大，均＜20％。通常，老化前后導電涂料的體積電阻率、附著力及抗沖擊性能變化＜20％，表明導電涂料體系是穩定的。由此可以看出此導電涂料制備的漆膜性質穩定，可以滿足實際應用的要求。

2.6　導電涂料漆膜的綜合性能
　　按照1.3.2制備工藝，并采用銀包銅粉質量分數為60％的佳配比，制備導電涂料并研究其漆膜綜合性能(見表4)。

　　測試數據顯示，此導電涂料具有體積電阻率低，對大多數材質都有很好的附著力，抗沖擊強度高的優越性，并且室溫24 h可以實干，更具實用性。

3　結　論

　　1)以自制的有機硅為基體，銀包銅粉為導電填料制備了一種有機硅導電涂料，導電性較好，體積電阻率為6.27×10^-4Ω?cm，附著力強，等級為一級，沖擊強度高(＞50 kg?cm)，并且涂膜平整光滑。
　　2)該導電涂料適用期測試實驗結果顯示，導電涂料在8 h內粘度隨時間的增加變化很小，仍保持在6.0 Pa?s左右，完全適用于工廠流水線作業操作要求。
　　3)該導電涂料實干后的熱分解溫度高達532.7 ℃，熱穩定性好；漆膜實干后連續冷熱循環3次后其體積電阻率、附著力及抗沖擊性能變化不大，均＞20％，由此可以看出此導電涂料制備的漆膜性質穩定，具有優良耐老化性，可以滿足實際應用的要求。