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防沉剂对铜-醇酸涂料导电性能的影响
□ 施冬梅1，2，纪占敏3，赵文轸1
（1．西安交通大学材料科学与工程学院，西安 710049 ;2．军械工程学院三系，石家庄 050003;3．石家庄机械化步兵指挥学院，石家庄 050007）
0 引 言
文献[1]研究了有机膨润土F881、增稠剂F -2、有机磷酸酯类F118这3种防沉降剂在铜-醇酸涂料中的防沉降性能，3种助剂对铜粉的沉降问题均有改善，F881防沉降效果最好。但是，加入防沉降助剂在解决沉降问题的同时，会对涂料的导电性能产生影响。本文重点研究了3种助剂对铜系涂料导电性能的影响。
1 试验部分
1.1 原料
铜粉(纯度99.5%，200目)，醇酸树脂（固含量49.5%），硅烷偶联剂K H -550，有机改性膨润土F881，有机磷酸酯F118，增稠剂F-2。
1.2 涂层样品的制备
将铜粉和醇酸清漆按一定的比例混合，加入一定量硅烷偶联剂K H550，适量溶剂和防沉剂，于锥形磨中充分研磨后待用。采用型号分别为75 m m ×50 m m ×25 m m玻璃板和100 m m ×100 m m的P V C板作为底材，将样板用清水、丙酮洗净，烘干，置于干燥器中待用。按G B1727-79的刷涂法，用毛刷将涂料均匀涂刷在样板上，室温条件下干燥，待涂膜完全干燥后进行性能测试。每个样品做3块平行试样。
1.3 涂层表面电阻率测试
采用与涂层接触面为10 m m ×10 m m的棒状电极按图1所示进行对角测试。测量时，按图1中所示位置进行两次对角测试，所得测量值分别为R 1、R 2。表面电阻率R s(Ω/cm2)为:
Rs=(Rs1+ Rs2)/2
式中:Rs1=R1/(L×10);Rs2=R2/(L×10);L=187(117) mm。
2 结果与分析
2.1 F881对涂料导电性的影响
将有机膨润土F881用200#溶剂汽油和95%的乙醇进行预处理制备F881预凝胶待用。取一定量的F881预凝胶与铜粉、醇酸树脂和K H550按一定比例混合，按照1.2的工艺制备样品，按1.3方法测量涂层的表面电阻率。其中F881质量分数分别为铜粉的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。防沉剂的添加量与涂料的表面电阻率关系如图2所示。
由图2可以看出，当F881质量分数由0.5%增加到1.5%时，涂层表面电阻率由0.3 Ω·c m -2下降到0.18 Ω·c m -2;当F881质量分数由1.5%增加到2.5%时，涂层表面电阻率由0.18 Ω·c m -2上升至1.50 Ω·c m -2，含量1.5%是曲线的拐点即电阻率最低点，表面电阻率为0.18 Ω·c m -2。加入有机膨润土F881，涂层表面电阻率为10-1数量级。F881本身具有多孔网状结构，表面剩余自由能相当大，具有膨胀、粘结和润湿功能[2]。有机膨润土F881的适量加入，可使铜粉在涂料中均匀分散，减缓了铜粉粒子的沉降速度，在涂膜干燥过程中阻止铜粉的快速沉降，铜粉在树脂中呈颗粒状分散，颗粒与颗粒的间距很小，电子通过导电网络和隧道效应形成导电通路，故此时涂层的电阻率最低。F881过量后，铜粉颗粒间有机层厚度增大，阻碍导电通道的形成，从而导致涂料的表面电阻率有所增大。
2.2 防沉剂F118对涂料导电性能的影响
将有机磷酸表面活性剂F118与铜粉、醇酸树脂和K H550按一定比例混合，按照1.2的工艺制备测试样品，按1.3方法测量涂层的表面电阻率。其中F118的质量分数分别为铜粉的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，防沉剂的添加量与涂料的表面电阻率关系如图3所示。
由图3可以看出，有机磷酸酯F118的加入对铜-醇酸导电涂料表面电阻产生很大影响，涂层表面电阻率在上升到103 Ω·c m -2数量级。从曲线的变化趋势来看，表面电阻率也是先降后升。当F118质量分数由0.5%增加到1.0%，涂层表面电阻率从2.4×103 Ω·c m -2下降到1.8×103 Ω·c m -2;当F118含量由1.0%增加到2.5%时，涂层表面电阻率从1.8×103 Ω·c m -2上升至2.8×103 Ω·c m -2;含量1.0%是曲线的拐点即电阻率最低点，表面电阻率为1.8×103 Ω·c m -2。总而言之，F118用于铜-醇酸导电涂料中，使表面电阻率提高4个数量级，导电性能不理想。进行涂层微观形态分析，探究导电性能下降原因，微观形貌见图4。
由图4可以很清楚地看到，涂层表面积聚厚厚的树脂层，铜粉密集堆积在涂层底部，测量电极只能与很少量的铜粉接触，大量直接接触的是树脂层，树脂的导电性差，因此涂层的表面电阻率很大。
2.3 防沉剂F-2对涂料导电性能的影响
将增稠剂F -2与铜粉、醇酸树脂和K H550按一定比例混合，按照1.2的工艺制备测试样品，按1.3方法测量涂层的表面电阻率。其中F -2的质量分数分别均为铜粉的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。防沉剂的添加量与涂料的表面电阻率关系如图5所示。
由图5可见，增稠剂F -2添加到铜-醇酸导电涂料中，涂层表面电阻率在102 Ω·c m -2数量级。随着F -2含量的增加，涂层表面电阻率先降后升，F -2质量分数为0.5%～ 1.0%时，涂层的表面电阻率由4.2×102 Ω·c m -2下降到3.0×102 Ω·c m -2; F -2质量分数为1.0%～2.5%时，涂层的表面电阻率又有很大幅度升高，质量分数为1.0%是曲线的拐点即表面电阻率最小值3.0×102 Ω·cm-2。
3 结 论
前阶段的研究成果[3]表明，K H550铜-醇酸导电涂料表面电阻率为10-1～100 Ω·c m -2数量级。加入有机膨润土F881的铜-醇酸导电涂料表面电阻率为10-1 Ω·c m -2数量级;加入有机磷酸酯F118的铜-醇酸导电涂料表面电阻率为103 Ω·c m -2数量级;加入增稠剂F -2的铜-醇酸导电涂料表面电阻率为102 Ω·c m -2数量级。防沉剂F881加入后，K H550铜-醇酸导电涂料的表面电阻率没有降低，保持了铜-醇酸涂料原有的导电水平，而防沉剂F118和F -2加入后，使导电水平降低了2～4个数量级。因此，从导电性能考虑，应该优选有机膨润土F881作为铜-醇酸导电涂料的防沉剂。
