导电硅橡胶模型的制备及性能研究

发布时间：2020-04-03 04:43

【摘要】：精密纹理模具是一种结构复杂,表面具有微米级纹理结构的新型模具,已广泛应用于汽车、电子通信和仪器仪表等领域。精密纹理模具上的纹理信息来源于原始包覆模型或激光雕刻模型,它是通过翻印模型复制原始纹理信息,再经表面金属化处理得到具有相同精细结构的金属模具。由于该模具制造过程涉及多种模具翻制及导电化处理,极易造成纹理失真和尺寸变形等问题。因此,本文采用溶液稀释法和共固化法,以导电炭黑和氧化石墨烯为导电填料,制备具有优异仿真性和尺寸稳定性的加成型导电硅橡胶材料及翻印模型,并对该模型的固化能力、导电机理、表面金属化性能以及纹理仿真度等进行了研究。主要研究内容如下:采用共固化法制备了基础硅橡胶及导电硅橡胶,结合硅橡胶的脱模效果、翻印效果及交联密度确定了两种硅橡胶的最佳交联剂添加量分别为12份和20份;分析发现导电炭黑吸附的水及表面的羟基能与含氢硅油中硅氢键反应,阻碍硅乙烯基与硅氢键的加成反应,通过增加交联剂含量可以提高导电硅橡胶的交联度。采用溶液稀释法制备了导电硅橡胶,该方法能够改善导电炭黑在硅橡胶中的分散状态,从而有效降低基体的电阻值。经溶液稀释处理后,当导电炭黑的添加量为8份时,导电硅橡胶的电阻值下降了两个数量级,但溶剂挥发后的硅橡胶的加工粘度大大增加,给翻印模具的制造增加了困难。采用共固化法制备了硅橡胶翻印模型,研究了模型的导电性能、热稳定性及翻印效果。该模型经500次反复弯曲后电阻值仍然保持稳定,其电阻值最低为15.8Ω远远低于商品化导电硅橡胶的电阻值。导电炭黑的加入提高了导电硅橡胶的热稳定性。利用共聚焦显微镜的三维成像技术研究并计算了硅橡胶翻印模型的花纹复制效果,二维图像证明导电硅橡胶模型能够用作翻印模型使用;利用横截面线处的复制率及显微镜提取面的花纹深度方向损失比R,多角度地表征了纹理的损失情况,模型的翻印效果随导电炭黑添加量的增加而减弱。采用电化学沉积的方法对硅橡胶翻印模型进行了表面金属化试验,表征了硅橡胶表面电阻值与金属化性能的关系。硅橡胶翻印模型电阻值在小于91.3Ω时能够达到专业级赫尔槽铜片的电沉积效果,在电流密度相同的情况下,阴极的电阻值越小,电沉积速率越快。为了探究氧化石墨烯的加入能否显著提高导电硅橡胶的导电性能,制备了导电炭黑/氧化石墨烯导电硅橡胶。实验结果证明:当氧化石墨烯的添加量为10份时,导电硅橡胶的电阻值为94.4Ω,与仅添加12份导电炭黑时的导电硅橡胶电阻值91.3Ω相差不大。由于氧化石墨烯的成本较高,导电性能和热稳定性能一般,故不适合用于制备导电硅橡胶模型。
【图文】：

图 1.3 氧化石墨烯的结构示意图Fig 1.3 Schematic diagram of graphene oxide structure电炭黑的外观呈黑色粉末，一般以粒子或粒子聚集体的形态存在。每个碳原子在层面中与周围的碳原子以共价键的形式结合，形成个 σ 键，其中 π 电子云呈封闭状，，π 电子为整个平面碳原子所有，个平面，使碳粒子本身具有良好的导电性。导电炭黑除了碳元素外其他的微量元素如氢、氧等，而微量元素与碳元素在炭黑表面形成，从而影响了炭黑的性能[60]。由于导电炭黑的单位密度小，价格低优异，是目前应用最多的导电填料。文制得的导电硅橡胶模型用于制备精密纹理模具。这种用途的导电要求上既要能够达到良好的导电性能，实现有效的电沉积，又要保效果，翻制出原始纹理的形貌。故本文选用导电炭黑及单层氧化石填料。

图 1.4 电阻率随导电填料含量的变化曲线Curve of resistivity versus content of conduc率随导电填料含量的变化趋势如图 1.4 所示.4 可知，当导电填料的含量达到某一临界值突变，根据体积电阻率的变化趋势可将材料高电阻率稳定区（A）、电阻率突变区（B定区（A），当导电填料的含量较低时，导导电粒子之间的间距较大，难以形成有效的，在到达临界值之前，硅橡胶基体内部的导高，且随导电填料的变化趋势较慢。区（B），当导电填料的含量超过渗流阈值粒子之间接触的几率大大增加，导电硅橡胶
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ333.93

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本文编号：2612951