一種新型導(dǎo)電聚硫密封劑的研制

孫超　吳松華

摘要：以液體聚硫橡膠為主要原料，通過添加鍍鎳石墨、導(dǎo)電炭黑等制備了一種新型導(dǎo)電聚硫密封劑。結(jié)果表明，此種導(dǎo)電聚硫密封劑體積電阻低于10 Ω·cm，且經(jīng)過熱空氣老化后導(dǎo)電性能保持穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：聚硫橡膠；導(dǎo)電密封劑；導(dǎo)電炭黑

中圖分類號(hào)：TQ437+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2014）07-0065-03

1 前言

近年來，導(dǎo)電膠作為一種新型功能高分子復(fù)合材料發(fā)展迅速，被廣泛用于消除靜電、電磁屏蔽和其他各種電力應(yīng)用領(lǐng)域[1]。導(dǎo)電型高分子復(fù)合材料按其組成可分為結(jié)構(gòu)型和填充型2大類，其中結(jié)構(gòu)型是指作為復(fù)合材料基體的高分子材料本身即具有一定導(dǎo)電性；填充型是指依靠添加導(dǎo)電填料使材料具有導(dǎo)電功能[2]。目前導(dǎo)電高分子材料的制備十分復(fù)雜，離實(shí)際應(yīng)用還有較大的距離，廣泛使用的導(dǎo)電復(fù)合材料多為填充型。導(dǎo)電密封劑作為一種以密封功能為主的導(dǎo)電膠則是通過在液體橡膠基體中添加導(dǎo)電填料，使其在具備粘接密封功能的同時(shí)，還有與金屬相近的導(dǎo)電性能。

目前，有關(guān)導(dǎo)電密封劑的報(bào)道多以有機(jī)硅橡膠為基體進(jìn)行研究，其主要原因是有機(jī)硅橡膠功能性較好，容易得到良好的導(dǎo)電效果。但由于有機(jī)硅橡膠自身的缺陷，限制了其應(yīng)用范圍，特別是在油類介質(zhì)環(huán)境中有機(jī)硅極易溶脹，無(wú)法使用。本文以液體聚硫橡膠為基體制備了一種新型導(dǎo)電聚硫密封劑，探討了填料種類、含量等因素對(duì)密封劑性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料及儀器設(shè)備

液體聚硫橡膠，北京航空材料研究院；鍍銀鋁粉、鍍銀鎳粉、鍍鎳石墨、鍍鎳鋁粉、鎳粉，蘇爾壽化工有限公司；導(dǎo)電炭黑，億博瑞化工有限公司；氫化三聯(lián)苯，恒利石油化工股份有限公司。

三輥研磨機(jī)，S100L型，上海第一化工機(jī)械廠；電子天平，0.01 g，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；恒溫恒濕箱，KBF115，德國(guó)Binder；電熱鼓風(fēng)干燥箱，401A型，啟東市雙棱測(cè)試設(shè)備廠；電子拉力機(jī)，T2000E，北京友深試驗(yàn)設(shè)備廠。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

取一定質(zhì)量聚硫橡膠，添加一定配比的填料及增塑劑等，預(yù)混合后用三輥研磨機(jī)研磨均勻，制得基膏樣品。在標(biāo)準(zhǔn)條件下將樣品按比例與硫化劑混合，并按照HB 5249—1993規(guī)定制備密封劑標(biāo)準(zhǔn)試片，然后根據(jù)GB/T 531—1999、GB/T 528—1998、GB/T1410—2006測(cè)量制得試片的硬度、拉伸性能和體積電阻。

3 結(jié)果與討論

3.1 導(dǎo)電填料種類及含量對(duì)密封劑導(dǎo)電性能的影響

在導(dǎo)電密封劑中添加不同種類的導(dǎo)電填料，并考查不同種類導(dǎo)電填料含量對(duì)密封劑體積電阻的影響。在100質(zhì)量份液體聚硫橡膠中添加不同質(zhì)量的導(dǎo)電填料，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見，不同導(dǎo)電填料隨著添加量的增加其體積電阻曲線表現(xiàn)出一個(gè)共同點(diǎn)，即當(dāng)添加量達(dá)到一定程度時(shí)體積電阻迅速下降，隨后體積電阻隨添加量的增加又趨于穩(wěn)定。這是由于當(dāng)添加量很低時(shí)，導(dǎo)電粒子無(wú)法形成連續(xù)導(dǎo)電通路，彼此之間只能通過場(chǎng)發(fā)射和隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，電阻較高；當(dāng)添加量達(dá)到某一臨界值使得導(dǎo)電粒子之間形成連續(xù)導(dǎo)電通路，體積電阻迅速下降[3]。分析導(dǎo)電填料種類對(duì)導(dǎo)電聚硫密封劑體積電阻的影響可以發(fā)現(xiàn)，在液體聚硫橡膠基體中鍍銀類的導(dǎo)電填料性能不及鍍鎳類導(dǎo)電填料，這是由于聚硫體系中硫元素極易將鍍銀層氧化從而影響導(dǎo)電性能。在鍍鎳類導(dǎo)電填料中，鍍鎳石墨添加量較少即可達(dá)到較好的導(dǎo)電效果，主要原因在于相比金屬而言石墨密度低，可以有效降低導(dǎo)電密封劑的密度。綜上所述，采用鍍鎳石墨作為導(dǎo)電聚硫密封劑的導(dǎo)電填料，導(dǎo)電填料的添加量不易過高，否則不利于密封劑的力學(xué)性能，因此選取在100質(zhì)量份的液體聚硫橡膠中加入300質(zhì)量份的鍍鎳石墨。

3.2 導(dǎo)電炭黑對(duì)導(dǎo)電密封劑性能影響

由于聚硫橡膠自身絕緣性較高，需要添加大量的導(dǎo)電填料才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能，但是大量導(dǎo)電填料的加入使其力學(xué)性能迅速下降，嚴(yán)重影響了導(dǎo)電密封劑的使用效果，因此需要添加補(bǔ)強(qiáng)填料。導(dǎo)電炭黑一方面具有導(dǎo)電性質(zhì)，填充導(dǎo)電粒子之間的縫隙，進(jìn)一步降低體積電阻；另一方面，炭黑作為一種常用補(bǔ)強(qiáng)填料，對(duì)橡膠密封劑的力學(xué)性能具有較好的補(bǔ)強(qiáng)效果[4]。表1給出了導(dǎo)電密封劑中添加不同用量的導(dǎo)電炭黑對(duì)導(dǎo)電聚硫密封劑性能的影響。

由表1可以看出，隨著導(dǎo)電炭黑的加入拉伸強(qiáng)度不斷增加，表現(xiàn)出良好的補(bǔ)強(qiáng)效果，當(dāng)加入10份導(dǎo)電炭黑時(shí)拉伸強(qiáng)度就已經(jīng)超過2 MPa，同時(shí)體積電阻也有一定程度的降低。由此可見，導(dǎo)電炭黑是一種良好的補(bǔ)強(qiáng)型填充材料，同時(shí)也使導(dǎo)電聚硫密封劑的導(dǎo)電性能有所提高。但是導(dǎo)電炭黑的加入會(huì)導(dǎo)致密封劑基膏的黏度大幅增加，從而影響工藝性能，因此添加量不宜過高。

3.3 增塑劑的種類和含量對(duì)導(dǎo)電密封劑性能的影響

在橡膠工業(yè)中，可以通過添加增塑劑來促進(jìn)大分子間或者鏈段間的運(yùn)動(dòng)，是改善韌性增加柔性的一種有效手段。增塑劑滲透到大分子之間，一方面起到潤(rùn)滑作用，另一方面使高分子鏈分開，減弱了高分子之間的作用力，抗形變能力下降，使得高分子鏈容易運(yùn)動(dòng)，改變構(gòu)象的能力增強(qiáng)[5]。由于填料添加量較高，導(dǎo)致導(dǎo)電密封劑的伸長(zhǎng)率較低，因此加入增塑劑改善其伸長(zhǎng)率。選取鄰苯二甲酸二丁酯和氫化三聯(lián)苯2種常用增塑劑，并分別加入不同的用量，測(cè)得導(dǎo)電密封劑各性能，結(jié)果如表2所示。

由表2可見，鄰苯二甲酸二丁酯具有良好的增塑效果，但是對(duì)體積電阻影響較大，不利于導(dǎo)電性能的穩(wěn)定；氫化三聯(lián)苯也具有較好的增塑效果，而且對(duì)體積電阻影響不大，以此選用氫化三聯(lián)苯作為導(dǎo)電密封劑的增塑劑。隨著氫化三聯(lián)苯添加量的增加硫化后密封劑的硬度、拉伸強(qiáng)度逐漸降低，這是由于增塑劑的加入降低了高分子之間相互作用力，同時(shí)也使得橡膠大分子與補(bǔ)強(qiáng)粒子分離，導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。因此增塑劑應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要適量添加，不宜過多。

3.4 導(dǎo)電聚硫密封劑的耐老化性能

由于在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)電密封劑要經(jīng)受熱空氣老化環(huán)境的影響，因此對(duì)導(dǎo)電密封劑進(jìn)行了100 ℃/7 d老化試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，經(jīng)過熱空氣老化試驗(yàn)后，導(dǎo)電密封劑硬度增加，體積電阻下降，導(dǎo)電性能增加。這是因?yàn)榫哿蛎芊鈩┙?jīng)過熱空氣老化后，小分子受熱逸出，體系交聯(lián)程度增加，使得導(dǎo)電粒子間結(jié)合更加緊密，提高了導(dǎo)電性能。

4 結(jié)論

以液體聚硫橡膠為基體，鍍鎳石墨為導(dǎo)電填料，導(dǎo)電炭黑為補(bǔ)強(qiáng)填料，氫化三聯(lián)苯為增塑劑，制備了一種體積電阻低于10 Ω·cm的導(dǎo)電聚硫密封劑。試驗(yàn)證明，此種導(dǎo)電密封劑具有較好耐熱空氣老化性能，導(dǎo)電性能經(jīng)老化后仍保持穩(wěn)定，保證了實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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