CN101050307A - 一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，该橡胶是在有机硅橡胶基体内填加导电、导磁介质而制成的，所述的导电、导磁介质包括银粉30～70wt％、镍粉0～40wt％、磁粉0～40wt％。与现有技术相比，本发明材料既保证了有机硅橡胶原有的耐环境性能，力学性能，又能满足宽频段、高屏蔽效能的抗干扰和电磁屏蔽性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及非金属功能材料，具体地说，涉及一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及其制造方法。
背景技术
在当今信息社会，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，带来了更多的电磁干扰源和敏感器，增加了潜在的干扰；另一方面，设备的小型化使源和源之间靠的很近，对电磁干扰的控制提出了更高的要求。世界卫生组织已经把电磁辐射列为第四大污染。在美国和欧洲早就制定了关于防止电磁辐射的法律法规，亚洲的日本也有相对完整的规范，我国在2002年也出台了对电磁辐射的劳动防护措施。在电子行业和信息技术发展的今天，这无疑对电子器件、设备等的电磁兼容性提出了迫切需求。
在电磁兼容领域，电磁干扰常常是通过材料接缝、孔洞等薄弱环节发生。几个微米的缝隙将会造成屏蔽效能的大幅下降。而解决屏蔽的必然措施之一，是在电子器材的机壳接缝部分及孔隙处易泄漏电磁波的地方用屏蔽材料进行搭接。在所有屏蔽材料中以金属材料为最好，但在搭接过程中往往需要搭接材料本身具有一定的回弹性。而弹性材料大多为绝缘体，对电磁波来说是透明的，不具有电磁屏蔽能力。因而研究一种既具有电磁屏蔽性能，又具有弹性的抗电磁干扰材料成为提高电子仪器设备抗电磁干扰能力的关键途径。
据美国密封件市场的调查统计，电磁屏蔽材料密封件是该市场发展速度最快的一部分，从2000年开始，其年增长率已达5.2％，而这在密封件行业是少有的。而该领域的最新技术却一直被日本垄断，日本几乎申请了所有关于导电橡胶的相关专利。我国在这方面的研究相对落后，基本没有形成完整的技术，只有少量的电性能在欧姆级的产品，高性能的产品还主要依赖于进口。
为了打破该领域的进口垄断，近一步提高我国在该领域的科学技术水平，必须研制出具有自主知识产权的新技术。本项目借鉴了目前国际的先进技术，在现有技术上进行再创新。这样可以依托原有的技术，少走弯路，极大地降低原始技术创新的成本和风险，缩短研制周期，更好地满足市场需求。
在日本特许公报中介绍，导电性硅橡胶是在硅橡胶中添加碳黑、石墨粉、银、铜、镍之类的金属粉、金属纤维之后，体积电阻率可在105～10-4Ω·cm范围内变化，呈现导电性。该专利属于日本信越化学公司，其成型加工性好，，特别适用于各种电气、电子部件的键盘、连接器、电磁波屏蔽用材料、复印机电投辊、弹性电投等。该橡胶含苯基。硫化剂为2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷(DBPMH)。
在检索号为US5928569的文献中，提供了一种方法，将银粉与铂催化热固化硅橡胶混合，制备可模压导电硅橡胶，体积电阻率≤10-3Ω·cm。
在南通三德兴电子工业有限公司冒彬等撰写的题为《导电及高导电硅橡胶》一文中采用甲基乙烯基硅橡胶为基胶，导电填料为乙炔碳黑、银、高导电粉末G。当采用高导电粉末G为填料时，导电胶体积电阻率0.0266Ω·cm；当采用银填料时，导电胶体积电阻率0.0190Ω·cm。
在北京航空材料研究院李跟华等撰写的题为《镀银铜粉填充型导1电硅橡胶的研究》一文中采用乙烯基三过氧叔丁基硅烷偶联剂对镀银铜粉进行表面处理，可改善胶料的混炼工艺性，提高镀银铜粉的填加量和镀银铜粉与硅橡胶的结合力，使表层镀银颗粒不易脱离，相应的提高了硅橡胶的导电稳定性，其导电橡胶的体积电阻率为0.0082-0.0089Ω·cm。
在这些报道中，有以银为填料的导电橡胶，也有关于银粉、镍粉、碳黑、不锈钢纤维作为填料的报道，但都以导电性为评价标准，不能在较宽的电磁波频带内得到良好的屏蔽效果或抗干扰能力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足之处而提供的一种屏蔽效能高，耐环境性能好，工艺简单的具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，该导电硅橡胶是在有机硅橡胶基体内填加导电、导磁介质而制成的，所述的导电、导磁介质包括以下配方：银粉30～70wt％、镍粉0～40wt％、磁粉0～40wt％。
所述的银粉为片状，其化学成分含量为：Ag≥98wt％，主要粒径在3～5μm。
所述的镍粉成分为：Fe＜0.01wt％，C＜0.25wt％，S＜0.001wt％，O＜0.15wt％，余量为Ni。
所述的磁粉为Fe2O3，其有效磁导率(Ui)≥2.85，粒度≤2.5μm。
所述的导电硅橡胶具有如下力学性能：拉伸强度≥2.0MPa，断裂伸长率≥140％；所述的导电硅橡胶在10KHz～18GHz电磁波频段范围内能满足≥60dB的屏蔽效能。
一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，该方法先将生胶放到二辊炼胶机上，依次加入补强剂、着色剂、硫化剂及导电、导磁介质，使导电、导磁介质形成接触紧密的网络结构，得到的混炼胶即为具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶；所述的补强剂、着色剂、硫化剂及导电、导磁介质的加料量分别占生胶重量的：10～40％、0.001～2.0％、0.002～3.0％、20～50％；所述的炼胶机的混炼温度为：20～65℃。
所述的混炼胶经停放、返炼后根据制品的形状出片、裁剪、然后放入模具中进行一次硫化成型，经一次硫化成型的产品还可与未经硫化过的胶料进行对接，在模具中再次进行硫化成型。
所述的补强剂包括：气相白碳黑。
所述的着色剂包括：高色素碳黑、氧化铁红、氧化铁蓝。
所述的硫化剂包括：有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物。
与现有技术相比，本发明的成分设计中采用了银粉、镍粉和铁氧体磁粉的复合添加物，以达到宽频范围内高的屏蔽效能，满足对导电弹性体宽频段的电磁屏蔽要求，该种橡胶具有优异的电磁屏蔽性能和耐环境性能。该种材料可通过热硫化工艺制成不同横截面的密封制品，以应用于不同的密封结构。
银粉、镍粉和铁氧体磁粉等均属于金属粉末，只有在有机硅橡胶体系中达到均匀的分散和良好的浸润才能保证良好的电磁屏蔽效能和力学性能，才有使用价值。通过合理的控制加料量和加料顺序，以及混炼温度等工艺参数，以保证材料的上述各项性能。并且，使混炼胶在经过一次硫化后再进行搭接过程中有良好的流动性，以保证接头的力学性能稳定。
通过对材料的屏蔽效能测试、力学性能测试、耐环境性能测试等试验，该材料既保证了有机硅橡胶原有的耐环境性能，力学性能，又能满足宽频段、高屏蔽效能的抗干扰和电磁屏蔽性能要求。该导电硅橡胶具有如下力学性能：拉伸强度≥2.0MPa，断裂伸长率≥140％；在10K～18GHz电磁波频段范围内能满足≥60dB的屏蔽效能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
本发明的电磁屏蔽效能测试试验是按照航天工业标准QJ 2429-93战术导弹壳体屏蔽效能测量方法进行测定的。该方法是将用导电硅橡胶制得的密封条安装在试验筒密封面上，然后借助试验筒测量屏蔽效能。
1、用于测试屏蔽效能的试验筒用不锈钢板经剪折、加工、焊接而成，安装密封条的盖板材料为铝，沟槽宽为10mm，深为6mm。
2、用于测试的低频天线为环状，按照测试标准要求制作，各频段所用的天线如下：
表1：各频段使用天线型号及规格
| 序号 | 频段 | 天线型号及规格 | |||
| 发射用 | 接收用 | ||||
| 型号 | 规格 | 型号 | 规格 | ||
| 1 | 10KHz～200KHz | T1 | D＝950mm50匝 | R1 | D＝200mm100匝 |
| 2 | 200KHz～30MHz | T2 | D＝100mm100匝 | R2 | D＝100mm100匝 |
| T3 | D＝100mm8匝 | R3 | D＝100mm8匝 | ||
| 3 | 30MHz～1GHz | 双锥天线 | EMCO3109 | 双锥天线 | BBUK9139 |
| 4 | 1GHz～18GHz | 喇叭天线 | EMCO3115 | 喇叭天线 | EMCO3115 |
3、将发射天线置于试验筒外，接收天线位于试验筒内。天线的形心与试验筒形心相对，距离按测试标准规定选择。通过测得的数值与天线校准值之差得出屏蔽效能的值。
4、本发明的电磁屏蔽效能≥60dB。
本发明还进行了耐环境性能试验，主要包括盐雾性能试验、霉菌性能试验等。盐雾性能试验按照GJB150.11-86《军用设备环境试验方法盐雾试验》，霉菌性能试验按照GJB150.10-86《军用设备环境试验方法霉菌试验》进行。并对试验前后材料的力学性能进行了对比测试。力学性能试验按照GB/T528-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行。
从试验结果看，经过盐雾性能试验和霉菌性能试验后力学性能基本无下降，具有良好的耐环境性能。
实施例1
一种导电硅橡胶，其主要成分(重量％)为：有机硅橡胶：100，SiO2：50，Ag：55，Ni：10，Fe2O3：10，硫化剂：1.0，其他：4。将以上各成分按顺序混合，在二辊炼胶机上混炼均匀，得到导电硅橡胶。经停放、返炼、出片、投料、一次硫化、二次硫化、修边等工艺得到所需制品。进行电磁屏蔽效能测试，测试结果如表2。
表2电磁屏蔽效能测试结果
| 序号 | 频率 | 屏蔽效能 | 序号 | 频率 | 屏蔽效能 |
| 1 | 10kHz | 71.8dB | 8 | 100MHz | 70.7dB |
| 2 | 14kHz | 76.5dB | 9 | 800MHz | 74.0dB |
| 3 | 50kHz | 87.6dB | 10 | 1GHz | 68.8dB |
| 4 | 800kHz | 71.6dB | 11 | 8GHz | 71.4dB |
| 5 | 2MHz | 68.3dB | 12 | 13GHz | 65.2dB |
| 6 | 10MHz | 73.8dB | 13 | 18GHz | 63.2dB |
| 7 | 30MHz | 76.0dB | 14 |
实施例2
一种导电硅橡胶，其主要成分(重量％)为：有机硅橡胶：100，SiO2：57，Ag：45，Ni：8，Fe2O3：8，硫化剂：0.9其他：3。将以上各成分按顺序混合，在二辊炼胶机上混炼均匀，得到导电硅橡胶。经停放、返炼、出片、投料、一次硫化、二次硫化、修边等工艺制得100mm×100mm×2mm试片，进行盐雾性能和霉菌性能试验，试验后进行力学性能测试，测试结果如表3。
表3：耐环境性能试验后力学性能对比
| 序号 | 名称 | 力学性能 | ||
| 拉伸强度MPa | 断裂伸长率％ | 硬度邵氏A | ||
| 1 | 对比试片 | 2.3 | 350 | 61 |
| 2 | 盐雾性能试验 | 2.2 | 350 | 64 |
| 3 | 霉菌性能试验 | 2.6 | 410 | 61 |
实施例3
一种导电硅橡胶，其主要成分(重量％)为：有机硅橡胶：100，Ag＝98wt％的银粉30，镍粉40，磁粉30。将以上各成分按一定顺序混合，在二辊炼胶机上混炼均匀，得到导电硅橡胶。经停放、返炼、出片、投料、一次硫化、二次硫化、修边等工艺得到所需制品。进行测试，测试结果为拉伸强度为2.0MPa，断裂伸长率为140％；在10K～18GHz电磁波频段范围内能满足60dB的屏蔽效能。
实施例4
一种导电硅橡胶，其主要成分(重量％)为：有机硅橡胶：100，SiO2：10，3μm的片状银粉70，硫化剂：1.0，其他：19。将以上各成分按一定顺序混合，在二辊炼胶机上混炼均匀，得到导电硅橡胶。经停放、返炼、出片、投料、一次硫化、二次硫化、修边等工艺得到所需制品。进行测试，测试结果为拉伸强度为3.0MPa，断裂伸长率为150％；在10K～18GHz电磁波频段范围内能满足65dB的屏蔽效能。
实施例5
一种导电硅橡胶，其主要成分(重量％)为：有机硅橡胶：100，SiO2：10，5μm片状银粉10，镍粉40、磁粉40。将以上各成分按一定顺序混合，在二辊炼胶机上混炼均匀，得到导电硅橡胶。经停放、返炼、出片、投料、一次硫化、二次硫化、修边等工艺得到所需制品。进行测试，测试结果为拉伸强度为4.0MPa，断裂伸长率为160％；在10K～18GHz电磁波频段范围内能满足70dB的屏蔽效能。
所述的镍粉成分为：Fe＜0.01wt％，C＜0.25wt％，S＜0.001wt％，O＜0.15wt％，其余为Ni。
所述的磁粉为Fe2O3，其有效磁导率(Ui)≥2.85，粒度≤2.5μm。
Claims (10)
1.一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，该导电硅橡胶是在有机硅橡胶基体内填加导电、导磁介质而制成的，所述的导电、导磁介质包括以下配方：银粉30～70wt％、镍粉0～40wt％、磁粉0～40wt％。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，所述的银粉为片状，其化学成分含量为：Ag≥98wt％，主要粒径在3～5μm。
3.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，所述的镍粉化学成分含量为：Fe＜0.01wt％，C＜0.25wt％，S＜0.001wt％，O＜0.15wt％，余量为Ni。
4.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，所述的磁粉为Fe2O3，其有效磁导率(Ui)≥2.85，粒度≤2.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于，所述的导电硅橡胶具有如下力学性能：拉伸强度≥2.0MPa，断裂伸长率≥140％；所述的导电硅橡胶在10KHz～18GHz电磁波频段范围内能满足≥60dB的屏蔽效能。
6.一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，该方法先将生胶放到二辊炼胶机上，依次加入补强剂、着色剂、硫化剂及导电、导磁介质，使导电、导磁介质形成接触紧密的网络结构，得到的混炼胶即为具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶；所述的补强剂、着色剂、硫化剂及导电、导磁介质的加料量分别占生胶重量的：10～40％、0.001～2.0％、0.002～3.0％、20～50％；所述的炼胶机的混炼温度为：20～65℃。
7.根据权利要求6所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，所述的混炼胶经停放、返炼后根据制品的形状出片、裁剪、然后放入模具中进行一次硫化成型，经一次硫化成型的产品还可与未经硫化过的胶料进行对接，在模具中再次进行硫化成型。
8.根据权利要求6所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，所述的补强剂包括：气相白碳黑。
9.根据权利要求6所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，所述的着色剂包括：高色素碳黑、氧化铁红、氧化铁蓝。
10.根据权利要求6所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的制造方法，其特征在于，所述的硫化剂包括：有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物。
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