一種新型導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、導電炭黑等制備了一種新型導電聚硫密封劑。結果表明，此種導電聚硫密封劑體積電阻低于10 Ω·cm，且經過熱空氣老化后導電性能保持穩定。

關鍵詞：聚硫橡膠；導電密封劑；導電炭黑

中圖分類號：TQ437+.6 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）07-0065-03

1 前言

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

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

2 實驗部分

2.1 主要原料及儀器設備

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；導電炭黑，億博瑞化工有限公司；氫化三聯苯，恒利石油化工股份有限公司。

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

2.2 實驗過程

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

3 結果與討論

3.1 導電填料種類及含量對密封劑導電性能的影響

在導電密封劑中添加不同種類的導電填料，并考查不同種類導電填料含量對密封劑體積電阻的影響。在100質量份液體聚硫橡膠中添加不同質量的導電填料，結果如圖1所示。

由圖1可見，不同導電填料隨著添加量的增加其體積電阻曲線表現出一個共同點，即當添加量達到一定程度時體積電阻迅速下降，隨后體積電阻隨添加量的增加又趨于穩定。這是由于當添加量很低時，導電粒子無法形成連續導電通路，彼此之間只能通過場發射和隧道效應實現導電，電阻較高；當添加量達到某一臨界值使得導電粒子之間形成連續導電通路，體積電阻迅速下降[3]。分析導電填料種類對導電聚硫密封劑體積電阻的影響可以發現，在液體聚硫橡膠基體中鍍銀類的導電填料性能不及鍍鎳類導電填料，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電性能。在鍍鎳類導電填料中，鍍鎳石墨添加量較少即可達到較好的導電效果，主要原因在于相比金屬而言石墨密度低，可以有效降低導電密封劑的密度。綜上所述，采用鍍鎳石墨作為導電聚硫密封劑的導電填料，導電填料的添加量不易過高，否則不利于密封劑的力學性能，因此選取在100質量份的液體聚硫橡膠中加入300質量份的鍍鎳石墨。

3.2 導電炭黑對導電密封劑性能影響

由于聚硫橡膠自身絕緣性較高，需要添加大量的導電填料才能實現導電功能，但是大量導電填料的加入使其力學性能迅速下降，嚴重影響了導電密封劑的使用效果，因此需要添加補強填料。導電炭黑一方面具有導電性質，填充導電粒子之間的縫隙，進一步降低體積電阻；另一方面，炭黑作為一種常用補強填料，對橡膠密封劑的力學性能具有較好的補強效果[4]。表1給出了導電密封劑中添加不同用量的導電炭黑對導電聚硫密封劑性能的影響。

由表1可以看出，隨著導電炭黑的加入拉伸強度不斷增加，表現出良好的補強效果，當加入10份導電炭黑時拉伸強度就已經超過2 MPa，同時體積電阻也有一定程度的降低。由此可見，導電炭黑是一種良好的補強型填充材料，同時也使導電聚硫密封劑的導電性能有所提高。但是導電炭黑的加入會導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導電密封劑性能的影響

在橡膠工業中，可以通過添加增塑劑來促進大分子間或者鏈段間的運動，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動，改變構象的能力增強[5]。由于填料添加量較高，導致導電密封劑的伸長率較低，因此加入增塑劑改善其伸長率。選取鄰苯二甲酸二丁酯和氫化三聯苯2種常用增塑劑，并分別加入不同的用量，測得導電密封劑各性能，結果如表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，但是對體積電阻影響較大，不利于導電性能的穩定；氫化三聯苯也具有較好的增塑效果，而且對體積電阻影響不大，以此選用氫化三聯苯作為導電密封劑的增塑劑。隨著氫化三聯苯添加量的增加硫化后密封劑的硬度、拉伸強度逐漸降低，這是由于增塑劑的加入降低了高分子之間相互作用力，同時也使得橡膠大分子與補強粒子分離，導致其力學性能下降。因此增塑劑應根據實際需要適量添加，不宜過多。

3.4 導電聚硫密封劑的耐老化性能

由于在實際應用中，導電密封劑要經受熱空氣老化環境的影響，因此對導電密封劑進行了100 ℃/7 d老化試驗，結果如表3所示。

由表3可以看出，經過熱空氣老化試驗后，導電密封劑硬度增加，體積電阻下降，導電性能增加。這是因為聚硫密封劑經過熱空氣老化后，小分子受熱逸出，體系交聯程度增加，使得導電粒子間結合更加緊密，提高了導電性能。

4 結論

以液體聚硫橡膠為基體，鍍鎳石墨為導電填料，導電炭黑為補強填料，氫化三聯苯為增塑劑，制備了一種體積電阻低于10 Ω·cm的導電聚硫密封劑。試驗證明，此種導電密封劑具有較好耐熱空氣老化性能，導電性能經老化后仍保持穩定，保證了實際應用中的可靠性。

參考文獻

[1]王錦成.電磁屏蔽材料的屏蔽原理及研究現狀[J].化工新型材料，2002，30（7）：16-18.

[2]鐘健華，歐陽玲玉，陳丙璇.導電膠的研究與應用[J].化學與黏合，2005，27（6）：373-376.

[3]黃世強，肖漢文.特種膠黏劑[M].北京：化學工業出版社，2002.

[4]吳松華，柳瑩，王景鶴，等.導電聚硫密封劑研究[J].粘接，2007，28（6）：10-11.

[5]韓吉彬，田洪池，徐欣，等.增塑劑DOP對NBR/PP共混物性能的影響[J].橡膠工業，2005，52：472-475.