CN103602072A - 一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶材料及其制造方法，属于有机高分子/金属复合材料制备和化学加工领域。本发明以硅橡胶弹性体为基础，采用镀银镍粉及镀银铜粉增强材料的导磁性能及导电性能，从而提高复合材料综合力学性能及电磁屏蔽性能，该材料从200KHz至10GHz频段均具有较好的电磁屏蔽性能，可以应用于变电站电磁屏蔽，其良好的强度及韧性可满足材料安装的施工工艺。

Description

一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及制造方法

【技术领域】

本发明属于复合高分子材料领域，具体讲涉及一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及其制备方法。

【背景技术】

随着我国电网超高压、特高压输电的大规模应用和智能输变电技术的推广，电网输电电压等级不断提高，变电站/换流站内的电磁干扰问题日益突出。这样，在有限的空间环境内，一次系统和二次系统之间如何实现有效屏蔽和兼容已日渐受到关注。保护和控制等二次设备将处于更加恶劣的电磁环境中，对电磁兼容性特别是电磁干扰的抑制提出了越来越高的要求。

硅橡胶是以(‐Si‐O‐)n为主链、侧基为有机基团构成的线性半无机高分子聚合物，具有耐热、耐寒和脱模性能好，无生理活性等特点。同时又因为不含软化剂、增塑剂或硫化促进剂、防老剂等，不会泄露起雾造成环境污染，因此是最合适的电子部件材料。近来，抗电磁干扰用屏蔽橡胶被越来越多的应用于高度完整的商用电子，计算机、通讯、医疗设备中。

金属具有优良的导电性能，是制备高导电硅橡胶的重要填料。常见的金属颗粒主要有铝粉、铜粉、镍粉、铁粉、银粉以及金粉，但铝粉、铁粉、镍粉等在空气中易氧化，从而造成颗粒导电性能相对较低，无法作为导电填料使用；金粉导电性能优良，但价格昂贵，也无法作为主要的导电填料；银粉具有优良的耐侯性和导电性，而且导电性与金相当，高于铜、铝、镍等其它金属，因此近年来在电子工业中，尽管银价格昂贵，还是被用来作为导电橡胶或者导电涂料的高性能导电填料。为了降低成本，近年来粉末化学镀银技术迅速逐渐发展起来。由于镀银颗粒表面银层固有体积电阻相当小，从而降低了整个颗粒的体积电阻，使得导电填料不仅具有银的高导电性，而且成本较低，密度一般要小于银粉。

申请号为200910056933.1、发明名称为一种热固化现场成型高导电硅橡胶组合物及其应用中公开了

专利号为200710039852.1、发明名称为一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶及其制造方法中公开了一种具有电磁屏蔽性能的倒掉硅橡胶，在有机硅橡胶基体内填加导电、导磁介质制成，导电、导磁介质包括银粉30‐70wt%、镍粉0‐40wt%、磁粉0‐40wt%。

在北京航空材料研究院李根华等撰写的题为《镀银铜粉填充型导电硅橡胶的研究》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，可改善胶料的混炼公益性，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、炭黑、不锈钢纤维作为填料的报道，但都已导电性为评价标准，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作方法。

用于变电站电磁屏蔽的导电硅橡胶材料及其制造方法。

本发明提供了一种用于变电站电磁屏蔽的导电硅橡胶材料及其制造方法，所要解决的主要问题是改善硅橡胶与金属导电、导磁粉末的界面相容性，并使材料在具有一定力学性能的前提下从200KHz至10GHz频段均具有较好的电磁屏蔽性能。本发明所述的制备方法采用开炼混合后模压成型的方法制备电磁屏蔽复合材料，可以使金属导电、导磁粉末在硅橡胶中均匀分散，无析出效应，并拥有良好电磁屏蔽能力。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，在硅橡胶基体内添加交联剂，导电、导磁介质制成，其特征在于所述硅橡胶基体：交联剂：导电介质：导磁介质的质量比为10：0.1～1：300～600：300～600。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，硅橡胶基体包括：羟基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、烷氧基硅橡胶。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，交联剂包括：异氰酸酯、有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，导电介质包括：

导磁介质包括：

一种制备本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的方法，按下述步骤操作：

1）将硅橡胶基体，交联剂，导电和导磁介质在双辊开炼机上混炼0.5～1.5h，温度为50℃～150℃；

2）将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于80℃～180℃，5～20MPa模压成型。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，硅橡胶基体为羟基硅橡胶。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，导电介质为镀银铜粉，导磁介质为镀银镍粉，交联剂为异氰酸酯。

本发明的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其中，镀银镍粉的粒径为0.5～10μm，镀层厚度为0.1～5μm。

与现有技术相比，本发明的成分设计中采用了镀银镍粉银粉和镀银铜粉的复合添加物，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。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明在用羟基硅橡胶取代传统的乙烯基硅橡胶，并在复合材料体系基础上加入异氰酸酯交联剂，提高其强度；

2、向材料体系中同时加入具有高导磁能力的镀银镍粉及具有高导电能力的镀银铜粉，使材料的导电能力及导磁能力同时提高；

3、本发明所述的制备方法采用开炼机混炼使金属粉末在硅橡胶中充分混合后，经模压成型制得成品，可以使金属粉末均匀分散并不发生析出；

4、本发明可使材料同时具有较高的导电能力及导磁能力；

5、本发明所制得的导电硅橡胶材料的拉伸强度≥2.2MPa，邵氏硬度≥71，断裂伸长率≥106%，在200kHz～10GHz电磁波范围内具有≥61dB的屏蔽能效；

6、现固化现场成型高导电硅橡胶，其主要功能是在导电表面之间提供低阻抗，柔性连接和环境密封性能，直接用于基站中模块的屏蔽部位。与传统导电橡胶相比，在减少材料消耗，从而简化生产工艺、降低制造和装配成本、满足苛刻的装配空间限制、提高生产效率和产品的性价比等方面，有无可比拟的优势。

【具体实施方式】

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

实施例1

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：1：300：300的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为80℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于100℃，8MPa模压成型。

实施例2

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：4：300：450的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为100℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于120℃，5MPa模压成型。

实施例3

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：8：300：600的配比在双辊开炼机上混炼0.5h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

实施例4

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：2：450：300的配比在双辊开炼机上混炼1.5h，温度为80℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于100℃，5MPa模压成型。

实施例5

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：5：450：450的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

实施例6

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：10：450：600的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为100℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于120℃，5MPa模压成型。

实施例7

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：10：600：450的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

实施例8

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉及镀银铜粉按100：8：600：600的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

比较例1：

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银铜粉按100：4：600的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

比较例2：

1)将羟基硅橡胶、异氰酸酯、镀银镍粉按100：4：600的配比在双辊开炼机上混炼1h，温度为120℃；

2)将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于180℃，5MPa模压成型。

使用乙烯基硅橡胶为基体，将双二五作为交联剂，加入适量的镀银镍粉，开炼后硫化成型。

上述材料1和对比例1的产品性能测试结果见表1，其中：拉伸性能由深圳市新三思材料检测有限公司生产的SANS微机控制万能力学测试试验机进行测试，标准采用ISO527-2：1993，拉伸速度为50mm/min。

屏蔽能力测试采用北京绿色天波防护技术有限公司生产的EM-3030B电磁场测试仪。

表1性能测试结果

本发明使用的原料来源：

硅橡胶基体：法国蓝星（BLUESIL），3041；

交联剂：东莞市志达硅胶制品有限公司，10070301；

镀银粉：美国Potters公司，SC500P18及SF82TF20；

镀镍粉：瑞士Sulzer公司，2701及2805。

使用的仪器：

双辊开炼机：上海橡胶机械厂；

平板硫化机：上海西玛伟力橡塑机械制造有限公司。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (9)

1.一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，在硅橡胶基体内添加交联剂，导电、导磁介质制成，其特征在于所述硅橡胶基体：交联剂：导电介质：导磁介质的质量比为10：0.1～1：300～600：300～600。

2.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶基体包括：羟基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、烷氧基硅橡胶。

3.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述交联剂包括：异氰酸酯、有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物。

4.如利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述导电介质包括：银粒子、镀银粒子、镀银玻璃纤维；

所述导磁介质包括：镍粒子、镀镍粒子、镀镍玻璃纤维。

5.一种制备如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶的方法，按下述步骤操作：

1）将硅橡胶基体，交联剂，导电和导磁介质在双辊开炼机上混炼0.5～1.5h，温度为50℃～150℃；

2）将步骤1中经混炼的复合材料置于平板硫化机中于80℃～180℃，5～20MPa模压成型。

6.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述硅橡胶基体为羟基硅橡胶。

7.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述导电介质为镀银铜粉，导磁介质为镀银镍粉，交联剂为异氰酸酯。

8.如权利要求7所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述镀银镍粉的粒径为0.5～10μm，镀层厚度为0.1～5μm。

9.如权利要求7所述的一种具有电磁屏蔽性能的导电硅橡胶，其特征在于所述镀银铜粉的粒径为0.5～10μm，镀层厚度为0.1～5μm。