圖 1 銀包銅粉含量對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
由圖 1 可知 , 隨著銀包銅粉添加量的增加 , 漆膜的表面電阻率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)銀包銅粉含量為 25% 時(shí) , 表面電阻率 1. 2 Ω· cm - 1 , 表示漆膜未導(dǎo)通 ; 當(dāng)銀包銅粉含量在 30% ～ 35% 之間 , 表面電阻率明顯下降 , 銀包銅粉含量超過 35% 后 , 電阻率下降緩慢 , 填料含量 > 45% 后 , 電阻率反而有所回升。導(dǎo)電填料對(duì)涂料性能的影響符合摻合性導(dǎo)電高聚物無限網(wǎng)鏈理論 [ 5 ] , F Bueche 提出的摻合性導(dǎo)電高聚物無限網(wǎng)絡(luò)理論指出 , 在含有金屬微粒的高聚物體系中 , 金屬微粒會(huì)形成一種導(dǎo)電無限網(wǎng) , 載流子可以在其中自由移動(dòng) , 從而使絕緣體變成半導(dǎo)體或?qū)w。導(dǎo)電網(wǎng)鏈越多 , 填料粒子分布越均勻 , 導(dǎo)電性就越高。當(dāng)銀包銅粉含量小于 30% 時(shí) , 粒子大都被樹脂包圍 , 無貫穿整個(gè)漆膜的主干通路。而在 30% ～ 35% , 涂料中的固含量增大 , 導(dǎo)電填料彼此接觸形成無限網(wǎng)鏈和連續(xù)的電子傳遞 , 形成的導(dǎo)電通道迅速增加 , 涂層的表面電阻率隨填料用量的增大而降低。在銀包銅粉含量大于 35% 時(shí) , 由于粒子在基料中已構(gòu)成導(dǎo)電通路的網(wǎng)絡(luò) , 再增加銀包銅粉并不能使導(dǎo)電通路明顯增加 , 因此漆膜的表面電阻率下降趨緩。之后 , 再增加銀包銅粉量 , 基料相對(duì)于填料用量太少 , 此時(shí)基料已不能完全潤(rùn)濕導(dǎo)電填料 , 會(huì)出現(xiàn)涂層性能下降和電阻上升的趨勢(shì)。因此 , 兼顧涂料的導(dǎo)電性和較好的涂層性能 , 并考慮到要盡量降低生產(chǎn)成本 , 使導(dǎo)電填料用量最低 , 我們選取銀包銅粉量在 35% ～ 44% 的穩(wěn)定區(qū)域。
2. 3 水加量對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響 在含有 35% 銀包銅粉的丙烯酸樹脂中分別加入不同含量的水 , 將其均勻涂覆于 ABS 塑料板表面 , 待其實(shí)干后 , 測(cè)量其表面電阻率 , 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。
圖 2 水含量對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
從圖 2 可以看出 , 水含量在 28% ～ 40% 時(shí) , 涂料導(dǎo)電性最好。這是因?yàn)樗窟^少時(shí) , 樹脂溶解不充分 , 導(dǎo)電填料在涂料中不能很好地分散和潤(rùn)濕 , 妨礙了粒子間的直接接觸和干燥時(shí)涂膜的收縮 ; 水過多時(shí) , 涂料涂裝烘干后單位面積涂膜金屬粉減少 , 粒子間距大 , 影響導(dǎo)電填料的導(dǎo)電網(wǎng)鏈 , 所以導(dǎo)電性降低。
2. 4 分散防沉劑用量及其加入方式對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
在水性體系中 , 分散劑的親油和憎水基團(tuán)吸附在粒子表面上 , 而親水或憎油基團(tuán)則引伸向水相 , 依據(jù)分散劑類型的不同靠電荷斥力或空間位阻作用使顏填料粒子相互穩(wěn)定 , 防止聚結(jié)。本研究表明 , 分散防沉劑的加入 , 明顯改進(jìn)了漆膜的附著力及其導(dǎo)電性能。未加分散防沉劑前 , 漆膜附著力很差 , 有掉粉現(xiàn)象。加入后附著力達(dá) 95% 以上。本研究對(duì)此分散防沉劑做了條件實(shí)驗(yàn) , 得出適合本體系的最佳用量。其對(duì)表面電阻率的影響如圖 3 所示。
圖 3 分散防沉劑加入量對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
由圖 3 可以看出 , 當(dāng)不加分散防沉劑時(shí) , 漆膜的電阻率很大 , 加入后 , 電阻迅速下降 , 但隨著添加量的增加 , 電阻又慢慢回升。這是因?yàn)椴患臃稚⒎莱羷r(shí) , 銀包銅粉的分散性差 , 不均勻 , 聚集體多 , 所以電阻高 ; 加入此助劑后 , 金屬粉分散性得到改善 , 金屬粉分布均勻 , 電阻下降 ; 助劑吸附包覆在金屬粉表面上 , 從而使金屬粉分散均勻 , 但進(jìn)一步增加助劑的用量 , 包覆層太厚 , 金屬粉之間無法直接接觸 , 電阻又慢慢回升。該分散防沉劑可以在金屬粉分散前加入 , 也可以在分散后加入 , 兩種方式均可對(duì)金屬粉起到潤(rùn)濕分散的作用。本實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種分散方式進(jìn)行了對(duì)比 , 分散后加入漆膜電阻率 0 . 20 Ω / cm, 分散前加入漆膜電阻率能達(dá)到 0 .13 Ω / cm 。結(jié)果表明 , 分散前加入效果更好。分散前加入 , 助劑能充分潤(rùn)濕金屬粉 , 使金屬粉分散得更均勻 , 所以電阻更低。
2. 5 固化溫度對(duì)漆膜導(dǎo)電性的影響 由于 ABS 塑料不耐高溫 , 一般熱變形溫度為 80 ～ 90 ℃ , 所以不宜選擇太高溫度。固化溫度對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響如圖 4 所示。
圖 4 固化溫度對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
由圖 4 可以看出當(dāng)溫度小于 55 ℃ 時(shí) , 隨著溫度的升高 , 導(dǎo)電性增大 , 在 55 ℃ 附近時(shí)電阻迅速下降 , 高于 55 ℃ 時(shí) , 溫度升高 , 導(dǎo)電性下降。這是因?yàn)闇囟冗^低時(shí)樹脂浮于涂料表面 , 從而降低涂料的導(dǎo)電性 , 溫度過高時(shí) , 水的揮發(fā)速度加快 , 破壞了填料形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) , 同時(shí)溫度過高 , 導(dǎo)電填料氧化 , 涂層遭到破壞 , 導(dǎo)電性降低 [ 2 ] 。
2. 6 涂膜厚度對(duì)導(dǎo)電性能的影響
涂膜厚度對(duì)導(dǎo)電性的影響見圖 5 。
圖 5 涂膜厚度對(duì)漆膜導(dǎo)電性能的影響
由圖 5 可以看出 , 隨著涂層厚度的增加 , 導(dǎo)電性能增強(qiáng)。這是因?yàn)橥磕ぽ^薄時(shí) , 導(dǎo)電網(wǎng)鏈還沒有完全形成或網(wǎng)鏈還不完整 , 因而導(dǎo)電性能比較低。隨著涂膜厚度的增加 , 形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的幾率增大 , 導(dǎo)電性能增強(qiáng)。但隨著涂膜厚度的增加 , 電阻降低緩慢 , 涂料的附著力會(huì)降低 , 所以因根據(jù)實(shí)際需要選擇涂膜的厚度。
3 結(jié) 語
本研究選擇樹脂固含量為 29% , 銀包銅粉用量選取在 35% ～ 44% , 水的含量以 28% ～ 40% , 分散劑 A 用量為 0 . 62% 左右 , 固化溫度 55 ℃ , 噴涂厚度可獲得較佳的涂膜性能 , 塑料用水溶性導(dǎo)電涂料具有較好的導(dǎo)電性 , 對(duì)塑料具有良好的附著力 , 綜合性能優(yōu)良。這種水性導(dǎo)電涂料具有不污染環(huán)境 , 性能優(yōu)良的突出優(yōu)點(diǎn) , 屬于環(huán)保型特種功能材料 , 在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用價(jià)值 , 具有廣闊的發(fā)展前景。
