黃俊宇
（深圳市天健涂料科技開發(fā)公司，廣東深圳518122）

　　摘要：介紹了在銀包銅導電涂料配方設(shè)計時如何確定銀包銅與樹脂的比例，以使得漆膜的PVC
　　值達到理想的范圍。
　　關(guān)鍵詞：導電涂料；銀包銅；PVC；CPVC；達標質(zhì)量比

　　0前言
　　近年來，音響器材、精密醫(yī)療器械、計算機、手持電話等設(shè)備的外殼大多采用輕便的塑料殼體，其易產(chǎn)生靜電和滯電現(xiàn)象，造成射電頻率干擾或電磁場干擾、無線電噪聲干擾，因此要求這些殼體表面導電或接地，針對這一問題屏蔽用導電涂料的應(yīng)用逐漸廣泛起來。
　　銀包銅導電涂料是將具有導電性的微粒子(銀包銅粉末)作為導電填料配制而成的，具有導電性[1]。根據(jù)應(yīng)用場合、導電填料的不同及導電能力的強弱，其種類還可以細分。不同品種的配方設(shè)計都有其特有的技巧。銀包銅導電涂料由丙烯酸樹脂、銀包銅導電粉、溶劑和助劑組成。成膜后漆膜的電阻值范圍在0.6～4Ω，主要應(yīng)用于手機、移動硬盤等電子元件內(nèi)壁。本文主要針對銀包銅導電涂料配方設(shè)計與PVC之間的關(guān)系展開討論。

　　1導電涂料配方設(shè)計的依據(jù)
　　導電涂料的導電性能（電阻值高低）和導電填料本身的電阻值有關(guān)，而導電填料在漆膜中的濃度也同樣重要。如何進行導電涂料配方的設(shè)計使得漆膜既要有良好的導電性能，又有良好的物理性能，PVC的控制就成了配方設(shè)計的關(guān)鍵。當PVCCPVC，但當PVC>CPVC(過大)時，部分銀包銅顆粒的表面裸露在外，基料樹脂不足以填滿顆粒間的空隙，造成漆膜的致密性過低（有空氣的存在）,易掉粉，表面粗糙度過大，易殘留各種污物，物理性能方面大大下降;只有當PVC在接近CPVC的時候(PVC>CPVC），才可以體現(xiàn)良好的漆膜性能和導電性能?？梢妼щ娡苛螾VC的設(shè)計除了對導電性能有明顯的影響，外還會影響到其他的物理性能。為了更直觀地將導電涂料配方設(shè)計與PVC聯(lián)系起來，在此做簡單的推導：
　　PVC=Va/(Va+Vb)
　　=（ma/ρa）/[（ma/ρa）+（mb/ρb）]
　　=ma/[ma+mb×（ρa/ρb）]
　　=1/[1+（mb/ma）×（ρa/ρb）]
　　式中，Va為配方中顏料的體積；
　　Vb為配方中基料樹脂的體積；
　　ma為配方中顏料的質(zhì)量；
　　mb為配方中基料樹脂的質(zhì)量；
　　ρa為配方中顏料的密度；
　　ρb為配方中基料樹脂的密度。
　　當選用的樹脂和導電填料確定后，ρa和ρb為常數(shù)。
　　令k=ρa/ρb，x=mb/ma
　　其中，k是常數(shù)，x是變量。
　　于是PVC的表達式可簡化為：
　　PVC=1/（1+kx）=(1+kx)-1
　　由指數(shù)函數(shù)的知識可知，PVC與x值在坐標軸第一象限有一一對應(yīng)關(guān)系，所以可以用配方中的mb/ma來反映PVC的變化。
　　對于導電涂料，m顏即是導電填料的質(zhì)量。PVC對導電率的影響可以轉(zhuǎn)視為配方中m基/m顏對導電率的影響。當樹脂基料為一種以上時，Vb、mb和ρb分別代表混合樹脂基料的體積、質(zhì)量和密度。

　　2實驗部分
　　2.1樹脂的選擇
　　導電涂料的主體樹脂為熱塑性丙烯酸樹脂，它們通常還需搭配一些輔助型樹脂運用。目前市場上普遍可應(yīng)用于導電涂料的一些丙烯酸樹脂如捷利康B725、B805，三菱2952、BR-116，羅門哈斯B66等。對一些要求以乙醇為稀釋劑的導電涂料則選用醇溶性熱塑性丙烯酸樹脂。為了方便配方中溶劑的調(diào)整，更多地傾向于選擇使用固體樹脂。在此選擇綜合性能較好的熱塑性丙烯酸樹脂R和起增稠作用的輔助樹脂Q搭配使用。表1是樹脂R和Q的物理參數(shù)。
　　表1實驗樹脂的物理參數(shù)

　　表 1 實驗樹脂的物理參數(shù)
　　點擊此處查看全部新聞圖片
　　2.2導電填料及其他材料的選擇
　　評估導電涂料導電性的優(yōu)劣主要通過測量其電阻值的大小，電阻值大導電性差，電阻值小導電性優(yōu)。導電涂料電阻值的高低主要由導電填料來決定,這里主要討論銀包銅類型的導電填料。市面上的銀包銅產(chǎn)品有很多，其中金兄弟和格雷蒙的產(chǎn)品有比較優(yōu)秀的性能。實驗分別從國內(nèi)外不同的廠家選擇4種不同的銀包銅粉，在相同的條件下進行實驗比較，對應(yīng)的實驗編號為S、A、B和C，其相關(guān)的物理性能參看表2。
　　表2實驗用銀包銅粉的物理參數(shù)

　　表 2 實驗用銀包銅粉的物理參數(shù)
　　點擊此處查看全部新聞圖片
　　2.3.1實驗配方
　　利用上述的推導PVC=1/（1+kx），進行實驗配方的設(shè)計。參考原有配方以及結(jié)合施工經(jīng)驗確定配方如表3所示。溶劑的選擇和比例定為:異丙醇/甲苯/CAC/醋酸丁酯=4/5/5/8。
　　表3導電涂料實驗配方

　　表 3 導電涂料實驗配方
　　點擊此處查看全部新聞圖片
　　2.3.2導電涂料的制備
　　(1)先將配方中的樹脂與溶劑按比例添加，并在高剪切力下分散，直到樹脂完全溶解；
　　(2)按配方的添加比例加入助劑。先添加防沉劑，高剪切力分散均勻后再添加偶聯(lián)劑；
　　(3)在低剪切力下按配方添加比例逐漸加入銀包銅粉；
　　(4)通過稱量，計算生產(chǎn)過程中損耗的溶劑量，再按配方比例，補入足量的混合溶劑。
　　2.3.3素材的測試
　　實驗選用的素材是ABS平板。一般來說，正常施工過程中，內(nèi)應(yīng)力是不可避免的。ABS平板對溶劑的適用需要通過試驗測試。確定溶劑體系對加工工件素材不會過強，不會在施工中出現(xiàn)龜裂變形現(xiàn)象[2]。
　　2.3.4導電涂料的施工(見表4)

　　表4導電涂料施工的具體操作

　　3實驗結(jié)果與討論
　　3.1配方中m基/m顏范圍的確定
　　選取銀包銅S和樹脂R+Q的組合進行實驗，所有數(shù)據(jù)都是漆膜厚度在40～50μm時測得(見表5)。結(jié)合測量數(shù)據(jù),以配方中mR+Q/ms的變化為橫坐標，對應(yīng)配方成膜后測量的電阻值變化為縱坐標,作得圖1。
　　表5m基/m顏與電阻值的實驗數(shù)據(jù)記錄

　　表 5 m 基 /m 顏 與電阻值的實驗數(shù)據(jù)記錄

　　圖1可間接反映當漆膜厚度在40～50μm時實驗選定的樹脂R+Q和銀包銅S搭配的PVC對電阻值大小的影響，并由圖中可以得到滿足導電涂料各方面要求的PVC對應(yīng)mR+Q/mS的范圍。
　　圖1的曲線是實驗數(shù)據(jù)mR+Q/mS在0.4～0.66的范圍作出。當mR+Q/mS<0.4時，基料樹脂過少，且實際實驗中不足以潤濕導電填料的表面，在0～0.4內(nèi)對曲線作線性回歸，電阻值與質(zhì)量比在圖上的反應(yīng)是一條與X軸平行的直線，它與Y軸的交點可以認為是該導電填料本身具有的電阻值。隨著mR+Q/mS逐漸變大，PVC逐漸接近CPVC;當mR+Q/mS>0.66時，mR+Q/mS升高，PVC明顯地小于CPVC，導電填料的表面大部分甚至完全被基料樹脂包裹覆蓋，顆粒之間的電接觸減少，導電率迅速下降，電阻逐漸增大。實驗中測量并記錄了當mR+Q/mS>0.66時一些漆膜電阻值，發(fā)現(xiàn)當mR+Q/mS>0.66時漆膜電阻值的增長是指數(shù)級的。
　　一些研究表明，當PVC
　　由PVC理論[5]可知，mR+Q/mS<0.4的一端PVC>CPVC，而mR+Q/mS>0.66的一端PVCCPVC，漆膜才能體現(xiàn)導電性，所以mR+Q/mS的變化會在電阻值上有明顯的變化。由圖1中的曲線變化可以看出當曲線由直線段（系列2）變成曲線段（系列1）時，漆膜的PVC由大于CPVC轉(zhuǎn)向小于CPVC。對圖1中0.4～0.66任何兩個相鄰的實驗數(shù)據(jù)點的連線所在的直線的方程計算一階導數(shù)?？梢缘玫絤R+Q/mS在0.4～0.43時的一階導數(shù)為零；在0.43～0.47時一階導數(shù)為5；0.47～0.5時的一階導數(shù)為6.67。由計算得到mR+Q/mS>0.5以后實驗點的一階導數(shù)不再出現(xiàn)大小為零的值。由試驗數(shù)據(jù)可以看到，當mR+Q/mS>0.47時的電阻值明顯上升，且增長步長越來越大。最小的增長步長出現(xiàn)在0.43～0.47和0.47～0.5兩段，步長值為0.2Ω。可見，在0.43～0.47，配方對應(yīng)的PVC發(fā)生了明顯的變化：由大于CPVC過渡到小于CPVC。
　　結(jié)合測量儀器的精度和實驗結(jié)果得出：在圖1中電阻值增長步長最小（本實驗選擇0.1～0.2Ω的范圍），且對應(yīng)的一階導數(shù)第一個出現(xiàn)不為零的值的兩個數(shù)據(jù)點之間的范圍，認為是最接近能全面體現(xiàn)漆膜性能的PVC所對應(yīng)的范圍，也就是達標質(zhì)量比所在的范圍。通過比較實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果得到圖1所求的達標質(zhì)量比mR+Q/mS范圍是0.43～0.47。所以對選擇的銀包銅S和樹脂R+Q來說，將配方中的mR+Q/mS定在0.43～0.47的范圍內(nèi)，漆膜會有比較好的導電性能和物理性能。
　　表6m基/m顏與電阻值的實驗數(shù)據(jù)記錄

　　表 6 m 基 / m 顏 與電阻值的實驗數(shù)據(jù)記錄

　　如果實驗數(shù)據(jù)點取得越密，并且測量儀器的精度越高，得到的mR+Q/mS范圍就越小，mR+Q/mS就越接近我們希望得到的達標質(zhì)量比。3.2不同的銀包銅品種對配方設(shè)計的PVC的影響參考前面的推導PVC=1/（1+kx），分別選取銀包銅A、B、C和樹脂R+Q的組合進行實驗。記錄一系列mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的大小和它們分別對應(yīng)的配方成膜后的漆膜電阻值的大小，所有測量數(shù)據(jù)都是漆膜厚度在40～50μm時測得（見表6）。結(jié)合測量數(shù)據(jù)分別以配方中mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的變化為橫坐標，對應(yīng)配方成膜后測量的電阻值變化為縱坐標作得圖2、圖3、圖4。
　　由表2可知，A與B有比較接近的平均粒徑，分別對A和B的實驗點數(shù)據(jù)求導計算。經(jīng)實驗數(shù)據(jù)計算后得到A的達標質(zhì)量比和B的達標質(zhì)量比的范圍都在0.43～0.47。但對曲線進行線性回歸與Y軸的交點值的大小有明顯的不同，A為1.8Ω，B為0.6Ω。這個點的值可以認為是銀包銅A和B自身的電阻值，它的大小與銀包銅的含銀量、顆粒表面的處理效果以及生產(chǎn)工藝有很大的關(guān)系。由表2可知B的含銀量大于A，所以B的電阻值小。
　　比較B與C:C的平均粒徑明顯小于B，但它們對曲線進行線性回歸后與Y軸的交點值的大小幾乎是相同的，都在0.6Ω左右，可以認為它們的導電性能相接近。分別對B和C的實驗點數(shù)據(jù)求導計算，經(jīng)實驗數(shù)據(jù)計算后得到mR+Q/mB和mR+Q/mC的范圍。其中B的達標質(zhì)量比的范圍在0.43～0.47，而C的達標質(zhì)量比范圍在0.55～0.58，但兩者達標質(zhì)量比對應(yīng)的PVC值C要比B小。在相同添加量的前提下，由于平均粒徑小，C的表面積要大于B，所以需要更多的樹脂基料來潤濕包裹，才能同時滿足漆膜的導電性能和物理性能。反之在相同的樹脂基料添加量的情況下，C可以使用比B更少的量就可以使漆膜達到相同的電阻值。
　　比較表2的物理參數(shù)，S、A、B和C都有相接近的比重，其中S、A和B的平均粒徑也相接近，而實驗結(jié)果算出它們配方設(shè)計時所要求的達標質(zhì)量比范圍都是0.43～0.47。C的平均粒徑明顯小于其他的品種，而達標質(zhì)量比的范圍則是0.55～0.58。由實驗可見:不同的銀包銅對應(yīng)的配方設(shè)計中m基/m顏范圍不同，當它們的比重相接近的時候，平均粒徑就是主要的影響因素。平均粒徑越大，達標質(zhì)量比所在的范圍越低；平均粒徑越小，達標質(zhì)量比所在的范圍越高；當比重不同時，不同的銀包銅品種的達標質(zhì)量比所在的范圍也各不相同，而它們相互之間沒有什么規(guī)律性。
　　銀包銅的比重對導電涂料的施工有很大的影響，
　　通過對施工優(yōu)劣性的影響間接影響漆膜的導電性能和物理性能。一般來說，盡可能選用比重小的銀包銅產(chǎn)品會有好的施工性，施工后漆膜能比較真實地體現(xiàn)出配方的m基/m顏對應(yīng)的綜合性能。本實驗挑選的銀包銅產(chǎn)品都屬比重比較小的品種，由表2的數(shù)據(jù)可以看到S、A、B和C的比重都是相接近的，這樣選擇提高了實驗結(jié)果比較的準確性。

　　4導電涂料配方實例及涂料性能
　　以下是實際生產(chǎn)應(yīng)用的配方和其漆膜的性能，它的稀釋比是1∶0.7，可同時滿足手工噴涂和自動噴涂的要求。
　　4.1導電涂料參考配方(見表7)

表7導熱涂料參考配方

　　4.2涂膜物理性能(見表8)
　　表8涂膜的物理性能測試結(jié)果

表8涂膜的物理性能測試結(jié)果

　　5結(jié)語
　　導電涂料性能的優(yōu)劣與其配方中的PVC有密切的聯(lián)系。進行導電涂料配方的PVC設(shè)計時，可以通過調(diào)整配方中的m基/m顏實現(xiàn)調(diào)整漆膜的PVC，從而實現(xiàn)導電涂料漆膜具有比較好的物理性能和導電性能。應(yīng)用不同的銀包銅品種進行配方設(shè)計時，其導電涂料涂膜的PVC范圍是不同的。在配方設(shè)計前應(yīng)根據(jù)涂膜的電阻值要求選定性價比合理的銀包銅產(chǎn)品，再根據(jù)選用的銀包銅產(chǎn)品進行配方的設(shè)計。