導電橡膠板耐電化學腐蝕性研究

王 璐，侯錦秋，韓繼先

(沈陽興華航空電器有限責任公司，遼寧沈陽，110144)

1 引言

導電橡膠因其同時具有電磁屏蔽和環(huán)境密封的特點，廣泛應用于航空、航天、船舶、兵器等電子電器設備中[1]。按照制備方法的不同，將導電橡膠分為結構型導電高分子材料和復合型導電高分子材料兩類[2]。對于復合型導電橡膠，一般是在橡膠基體中加入炭黑、石墨、碳纖維或金屬粉體等導電填料[3]。其中鋁鍍銀導電橡膠因其具有較好的導電性和導磁性能，且不易發(fā)生氧化，在電子設備中，多以密封圈或導電襯墊與金屬機箱或法蘭形成電磁屏蔽系統(tǒng)。但對于安裝在海上或密林等潮濕環(huán)境的電子設備上時，因鹽溶液會附著在導電橡膠和設備基材表面，三者構成原電池，造成電化學腐蝕，導致橡膠制品性能有一定程度的降低，因此對導電橡膠的抗惡劣環(huán)境性能有特殊要求[4]。

2 試驗方法

2.1 力學性能試驗方法

按GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應力應變性能側定》進行拉伸性能測試，按GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗方法 第1部分：邵氏硬度計法》進行硬度性能測試。

2.2 電性能試驗方法

按GB/T 2439-2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠 導電性能和耗散性能電阻率的測定》測試體積電阻率。

2.3 環(huán)境性能試驗方法

(1)按GB/T 3512-2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠 熱空氣加速老化和耐熱試驗》進行熱空氣老化性能試驗，試驗溫度為200℃，時間為48h。

(2)在電子設備抗腐蝕性評估中，一般采用鹽霧腐蝕試驗。按GJB 150.11A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第11部分：鹽霧試驗》對鋁鍍銀導電硅橡膠進行鹽霧試驗。試驗件如圖1所示,將導電橡膠片裁成直徑23mm的圓片,金屬板分別為鋁合金(6061)鍍鎳、鋁合金(6061)鍍軍綠鎘及不銹鋼(06Cr19Ni10)鈍化，上下絕緣塊選用聚四氟乙烯棒，螺釘螺母選用不銹鋼06Cr19Ni10。放置在GJB 150.11A-2009國軍標規(guī)定的鹽霧環(huán)境中，連續(xù)噴霧24h后，在15℃～35℃，相對濕度50%的條件下干燥24h，48h為一個周期并進行觀察，發(fā)現(xiàn)腐蝕情況則終止試驗。

圖1 鹽霧試驗件

3 結果與分析

3.1 力學性能及電性能

表1為鋁鍍銀導電橡膠的力學性能及電性能。圖2為未進行環(huán)境試驗導電橡膠表面掃描電鏡圖，可以看出其表面較為光滑平整，導電粒子分布均勻，沒有脫落現(xiàn)象。圖3為熱老化試驗后導電橡膠表面掃描電鏡圖，與圖2相比可知，經過熱老化試驗后，導電橡膠的表面略變粗糙，且導電橡膠的體積電阻率略有增加，這可能是由于導電橡膠中的金屬填料發(fā)生在高溫條件下發(fā)生氧化，而金屬氧化物的導電性能較差，導致其體積電阻率的增加[5]。

表1 鋁鍍銀導電橡膠的力學性能及電性能

圖2 未進行環(huán)境試驗導電橡膠表面掃描電鏡圖

圖3 熱老化試驗后導電橡膠表面掃描電鏡圖

3.2 耐電化學腐蝕性能

電化學腐蝕是導電橡膠失效的重要原因之一，通過鹽霧試驗前后導電橡膠及金屬鍍層表面腐蝕程度的變化，對比分析鋁鍍銀導電橡膠與不同金屬鍍層接觸時的耐電化學腐蝕性能。

圖4～6為鋁鍍銀導電橡膠與不同金屬鍍層接觸的鹽霧試驗前后表面腐蝕程度對比圖。對于鋁鍍銀導電橡膠，與其接觸的鋁合金鎳鍍層在96h鹽霧試驗后表面多處發(fā)生點蝕，局部鍍層起泡；與其接觸的鋁合金軍綠鎘鍍層在48h鹽霧試驗后表面發(fā)生了嚴重腐蝕，表現(xiàn)為與鹽霧接觸的邊緣部分，有局部鍍層脫落，基體裸露現(xiàn)象；與其接觸的不銹鋼鈍化層在288h鹽霧試驗后表面發(fā)生輕微腐蝕，局部出現(xiàn)點蝕。圖7為鹽霧試驗后鋁鍍銀導電橡膠表面掃面電鏡圖，由圖可知，經過鹽霧試驗后，導電橡膠表面變粗糙，呈凹凸不平狀態(tài)，局部表面被破壞，且有一部分粒子裸露甚至脫落。

圖4 鋁合金鍍鎳和鋁鍍銀導電橡膠鹽霧試前后表面腐蝕程度對比圖

圖5 鋁合金鍍軍綠鎘和鋁鍍銀導電橡膠鹽霧試前后表面腐蝕程度對比圖

圖6 不銹鋼鈍化和鋁鍍銀導電橡膠鹽霧試前后表面腐蝕程度對比圖

圖7 鹽霧試驗后導電橡膠表面掃描電鏡圖

對于不同材料的接觸，盡量使兩種材料的電位差盡可能小，由公式(1)可知，電位差越小，腐蝕電流就越小，腐蝕的嚴重程度也將變小。根據(jù)歐姆定律可得腐蝕電流：

(1)

式中，

I為腐蝕電流強度(A)；

V陰為陰極電極電位(V)；

V陽為陽極電極電位(V)；

R為腐蝕體積總電阻(Ω)。

在鹽霧環(huán)境中，導電橡膠中的鍍銀顆粒與金屬鍍層發(fā)生電化學腐蝕，根據(jù)表2可知，銀與鎘的腐蝕電位差最大，因此導致導電橡膠與鍍鎘層接觸時產生的腐蝕電流最大，最容易發(fā)生電化學腐蝕。銀與鐵之間的腐蝕電位差較小，腐蝕電流小，腐蝕的嚴重程度較輕，所以耐鹽霧時間最長。而銀與鎳的腐蝕電位差介于兩者之間，因此耐鹽霧時間也介于兩者之間。

表2 常用金屬電化學腐蝕電位

4 結論

(1)經過熱老化試驗及鹽霧試驗后，鋁鍍銀導電橡膠的表面外觀發(fā)生明顯變化，且熱老化試驗后，導電橡膠的體積電阻率略有增加。

(2)對于鋁鍍銀導電橡膠，其與不銹鋼鈍化接觸時，耐電化學腐蝕能力較好，可耐鹽霧時間為288h，因此對于不銹鋼鈍化基材的電子設備，建議選用鋁鍍銀導電橡膠進行密封。