摘　要：以耐高温有机硅为基体，银包铜粉为填料制备了一种导电涂料，通过对其涂膜的体积电阻率、附着力、冲击强度、粘度测试和TG分析，研究了银包铜粉含量对导电涂料电性能、物理力学性能的影响以及该涂料的适用期、耐热性和耐老化性。结果表明，当银包铜粉质量分数为导电涂料的60％时，产物体积电阻率可达6.27×10^-4Ω・cm，附着力一级，冲击强度＞50 kg・cm，常温8 h内粘度可保持在6.0 Pa・s，固化物热分解温度高达532.7 ℃，并具有优良耐老化性。
关键词：单组分；有机硅；银包铜粉；导电涂料；制备；体积电阻率；耐热

0　引　言

　　导电涂料是涂于非导电高分子材料底材上，使之具有传导电流及排除积累静电荷能力的一种新型功能性涂料，涂膜后的电导率一般＞10～12 S／m，目前已广泛应用到各个领域，如集成电路元件的导电连接、连接不可焊接的地方、屏蔽高频磁场的塑料支架、飞机隐形材料、导电薄膜等。此外，导电涂料在市场也有很大的使用价值，如PCB的设计与修复、汽车除雾电热线断线修补、键盘印刷电路修补等。
　　目前导电涂料根据导电机理及组成可分为结构型导电涂料和添加型导电涂料。结构型导电涂料主要是以高聚物自身具有导电功能涂膜形成；添加型导电涂料主要在绝缘的高聚物中添加具有导电能力的导电粒子，高聚物固化后使导电粒子之间相互接触，形成导电通路，使导电涂料具有导电能力。添加型导电涂料具有设备简单、操作方便、成本低廉及可涂覆于各种复杂形状表面等优点，市场应用性很强。
　　本文以自制的有机硅树脂为基体、银包铜粉为导电涂料的填料，制得一种性能优良的自干型有机硅导电涂料，并对其性能进行了系统的研究。

1　实验部分

1.1　主要原料
　　自干型有机硅树脂，自制(淡黄色均匀液体，固含量50％，粘度(涂4-杯，25 ℃，20 s)；导电银包铜银粉(粉状，银质量分数30％)，粒度400～800目，深圳和谐金属商行；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，阿拉丁试剂；丙酮，分析纯，上海中试化工总公司；甲苯、异丙醇，分析纯，西陇化学股份有限公司等；催化剂，自制。
1.2　实验仪器
　　DGY-9243BE1干燥箱，上海福玛实验设备有限公司；划圈法附着力测试仪，上海现代环境技术有限公司；EST991导电和防静电材料体积电阻率测定装置，北京中慧天成科技有限公司；DiamondDSC分析仪，美国Perkin-Elmer公司。
1.3　实验步骤
1.3.1　自干型有机硅树脂的制备
　　将甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷按质量比为2:5:2:2.5依次加入到放置在冰水浴的三口烧瓶中搅拌，取一定比例的去离子水，丙酮、甲苯混合后滴加到反应体系中，滴加时间为1 h，50℃保温30 min，静置分层用分液漏斗除去下层酸水，上层用热的5％NaCl溶液洗3次，再用蒸馏水洗至中性后,升温减压蒸去部分溶剂、残留水分和低分子质量物质，然后加入一定量的缩聚催化剂在140～160℃下保温缩聚一定时间，加入异丙醇配成固含量为50％硅树脂溶液。
1.3.2　自干型有机硅导电涂料的制备
　　以自制的有机硅树脂作基体，按一定的比例再加入银包铜粉，银包铜粉分2次添加，每次加入比例的一半放入高速搅拌装置中搅拌5 min，搅拌均匀后，再加入另一半搅拌30 min，保证基体与银包铜粉充分混合，脱泡，静置，即得到导电涂料。
1.3.3　导电漆膜的制备
　　用砂纸将马口铁板打磨光滑，用无水乙醇擦拭干净并吹干，将制备好的导电涂料均匀涂在处理过的马口铁板上，静置，室温表干30 min，实干24 h，烘箱干燥，120℃，2 h，即得导电漆膜。
1.4　导电漆膜的性能测试及其分析方法
1.4.1　表面形貌
　　通过目测，观察所制备的导电涂层表面是否平整、光滑、致密。
1.4.2　试样制备
　　以75 mm×25 mm×(1～1.2)mm玻璃板作为底材，用95％乙醇清洗玻璃片，烘干，将厚度为0.5 mm铝箔胶带均匀地贴在处理好的玻璃板上。用美工刀在中间挖出75 mm×6 mm的胶带在中间形成空白槽。按照GB／T 1727―1992标准，将导电涂料均匀涂敷在已用酒精洗净吹干的玻璃片上，等实干后移除导电涂层条两边铝箔胶带条，即得到导电漆膜条样品。图1为样品示意图。

1.4.3　导电涂料的体积电阻率测定
　　导电涂料的体积电阻率是衡量导电涂料性能的一个重要参数，本文中用北京中慧天成科技有限公司生产的EST991导电和防静电材料体积电阻率测量装置测量电阻，并按式1计算体积电阻率p：

　　上式中：p为导电涂料体积电阻率，Ω・cm；R为试样的电阻；d为导电涂料层的厚度(一般取3个点的平均值)，cm；W为导电涂料层的宽度(一般取3个点的平均值)，cm；L为导电涂料层的长度，cm。
1.4.4　涂膜附着力及抗冲击性能的测定
　　将制备好的导电涂料按1.3.3制备导电漆膜，然后测其性能。漆膜附着力按GB／T 1720―1979测定，根据圆滚线划痕范围内漆膜的完整程度，分7个等级评定，1级性能好。漆膜的抗冲击性能按GB／T 1732―1993测定，以重锤的重量与其落于试片上而不引起漆膜破坏的大高度的乘积表示，50 kg・cm为好。冲击后用4倍放大镜观察是否有裂纹、皱纹及剥落现象。

2　结果与分析

2.1　银包铜粉含量对导电涂料体积电阻率的影响
　　按1.3.2的制备方法，通过改变银包铜粉在涂料中的含量制备出7种不同体积电阻率的导电涂料，并研究了银包铜粉含量与导电涂料电性能之间的关系(见图2)。体积电阻率随着银包铜粉质量分数的增大而减小。因为随着镀银铜粉含量的增加，镀银铜粉离子问相互接触的机会增多，形成的导电通路增多，从而使体积电阻率变小。当银包铜粉质量分数为60％时，体积电阻率达到低值6.27×10^-4Ω・cm，这是由于导电涂料中的填料处于临界值，形成的空间导电网络数多，导电通路完善，体积电阻率得以迅速下降。银包铜粉含量超过临界值以后，体积电阻率恢复平缓状态，若继续增加，会造成填料过多，基体相对较少，不能充分粘结填料粒子，使相互接触的机率减少，因而当银包铜粉的质量分数＞65％时，在图2中出现体积电阻率轻微变大的现象。

2.2　银包铜粉含量对导电涂料物理性能的影响
　　在导电涂料中粘结性能和抗冲击性能是2个重要参数。导电涂料实干后与基板的粘结程度决定附着能力和抗冲击性，而附着力及抗冲击性能的好坏是决定导电涂料能否在工业中运用的关键。表1为不同银包铜粉质量分数对导电涂料物理性能的影响。可以看出漆膜附着力随着填料含量的增加而下降，漆膜的抗冲击强度也表现出和附着力相同的变化趋势。同时漆膜的表观性也随着填料含量的增加而下降，银包铜粉质量分数＞60％时，基体量相对减少，来不及润湿填料，导致导电填料赋予表面，从而引起漆膜的表观粗糙，开始出现表面不光滑现象。为了保证涂层具有很好的导电性和结合力，确定银包铜粉佳用量是质量分数为60％。

2.3　导电涂料适用期测试实验
　　有机硅导电涂料适用期试验所用银包铜粉质量分数为总胶量的60％，取导电涂料200 g，常温下敞口8 h，间隔1 h进行粘度跟踪测试试验，结果见表2。由表2可知，在8 h以内，有机硅导电涂料的粘度随时间的增加变化很小，完全适用于工厂8 h流水线作业的需要。

2.4　导电涂料的耐热性
　　图3为银包铜粉质量分数为60％的导电涂料实干后热失重TG扫描曲线。

　　曲线分析结果表明，此导电涂料有很高的热分解温度，为532.7℃，失重区间在532.7～762.1 ℃。继续升温，固化产物分解速率平缓，在762.1℃后仍残留94.76％，表明制备的导电涂料具有较高的热稳定性和耐热性能。
2.5　导电涂料耐老化性能分析
　　用银包铜粉质量分数为60％的导电涂料，按1.3.3工艺制成导电漆膜。通过比较加速老化前后导电涂料的物理性能和导电性能的变化，对导电涂料老化性能进行分析，从而确定导电胶应用的可靠性。本实验采用冷热交变循环箱连续2次(150℃／10 h、-10℃／10 h)冷热循环后测试导电漆膜的体积电阻率、附着力及抗冲击性能。测定数据对比见表3。
　　结果显示导电涂料漆膜冷热循环后，其体积电阻率、附着力及抗冲击性能变化不是很大，均＜20％。通常，老化前后导电涂料的体积电阻率、附着力及抗冲击性能变化＜20％，表明导电涂料体系是稳定的。由此可以看出此导电涂料制备的漆膜性质稳定，可以满足实际应用的要求。

2.6　导电涂料漆膜的综合性能
　　按照1.3.2制备工艺，并采用银包铜粉质量分数为60％的佳配比，制备导电涂料并研究其漆膜综合性能(见表4)。

　　测试数据显示，此导电涂料具有体积电阻率低，对大多数材质都有很好的附着力，抗冲击强度高的优越性，并且室温24 h可以实干，更具实用性。

3　结　论

　　1)以自制的有机硅为基体，银包铜粉为导电填料制备了一种有机硅导电涂料，导电性较好，体积电阻率为6.27×10^-4Ω・cm，附着力强，等级为一级，冲击强度高(＞50 kg・cm)，并且涂膜平整光滑。
　　2)该导电涂料适用期测试实验结果显示，导电涂料在8 h内粘度随时间的增加变化很小，仍保持在6.0 Pa・s左右，完全适用于工厂流水线作业操作要求。
　　3)该导电涂料实干后的热分解温度高达532.7 ℃，热稳定性好；漆膜实干后连续冷热循环3次后其体积电阻率、附着力及抗冲击性能变化不大，均＞20％，由此可以看出此导电涂料制备的漆膜性质稳定，具有优良耐老化性，可以满足实际应用的要求。