一種基于化學鍍的高導電彈性體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導電材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于化學鍍的高導電彈性體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅橡膠具有卓越的耐高低溫、耐候、耐臭氧、耐電暈、電氣絕緣性能好、表面憎水、壓縮變形率低等特性，是橡膠中性能獨特的品種，具有其他橡膠無法比擬的優(yōu)異的耐高低溫(-100 °C?250°C)、耐侯性、耐老化、低加工粘度以及高填充能力等性能。它非常適合用作電氣電工行業(yè)的有機絕緣材料，近年來已在電氣絕緣系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。
[0003]將導電的碳類材料(如導電炭黑、碳纖維、石墨、碳納米管和石墨烯)和金屬材料(如金屬粉末、金屬纖維等)填充到硅橡膠材料中，是制備導電硅橡膠的主要方法。這樣以填充導電填料的方法制備的導電硅橡膠，得到了廣泛的應用。但由于所加入的導電填料是分散的，這樣的導電硅橡膠，體積電阻率和表面電阻率還是比較大，導通較大電流的能力在某些場合顯得不足夠。這樣的導電硅橡膠作為開關(guān)觸點材料，也只能應用在電流較小(例如小于200毫安)的電路中。
[0004]申請?zhí)枮?01010592410.1的專利“復合導電片材”公開了由高分子基體和復合在其中的金屬箔構(gòu)成的復合導電片材。這里的金屬箔是指含有孔洞的鎳箔、銅箔、鋁箔、不銹鋼箔、金箔、銀箔或者編織網(wǎng)，高分子基體是指硅橡膠、丁晴橡膠、乙丙橡膠、天然橡膠、橡塑材料、熱塑性塑料、熱固性塑料或者纖維增強塑料等。
[0005]申請?zhí)枮?01010609386.8的專利“一種導電橡膠及其應用”公開了以模壓或注射方式將橡膠與金屬纖維燒結(jié)氈(或金屬無紡布)復合制得導電橡膠，該金屬纖維燒結(jié)氈具有孔隙，該孔隙至少部分被橡膠填充。
[0006]申請?zhí)枮?00680015484.0的專利“導電接觸部及其制造方法”公開了由金屬海綿至少部分地被彈性體材料滲透從而制得導電接觸元件的方法。也就是說，該專利公開了一種由金屬海綿(或金屬泡沫)和橡膠復合制備導電元件的一種方法。
[0007]申請?zhí)枮?01310142541.3的專利“一種高導電彈性體及其生產(chǎn)方法”公開了由上下貫通穿孔的海綿基體，并對海綿基體進行電鍍和涂膠。其涂膠層會影響導電性能，增加性能的不穩(wěn)定性，且?guī)砑庸げ槐恪?br>[0008]眾所周知，化學鍍的前處理至關(guān)重要。非金屬基體在表面金屬化前需要進行包括除油、粗化及中和等的前處理過程，以期達到增大鍍層與基體表面的接觸面積，使得鍍層沉積在基體表面產(chǎn)生“錨效應”。制備硅橡膠導電一般是填充導電填料，特別是填充碳系導電填料。碳系材料填充的硅橡膠的導電性較差，很難獲得體積電阻率低于I Ω.cm的高導電硅橡膠，金屬填料能賦予硅橡膠復合材料優(yōu)異的導電性和屏蔽效能，但存在價格昂貴的缺點。而直接在泡沫硅橡膠孔洞里化學鍍鎳，尚未見有相關(guān)文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于化學鍍的高導電彈性體及其制備方法，其和PCB鍍金觸點的接觸電阻值在I Ω以下。
[0010]技術(shù)方案:一種基于化學鍍的高導電彈性體，所述基于化學鍍的高導電彈性體為泡沫硅橡膠高導電彈性體，具有泡沫硅橡膠基體，所述基體的表面和內(nèi)部具有若干泡孔，該泡孔為球狀、柱狀或不規(guī)則形狀，泡孔是部分或完全連通的;所述泡沫硅橡膠高導電彈性體是在泡孔內(nèi)壁表面進行化學鍍鎳形成金屬導電層形成的；或者是在泡孔內(nèi)壁表面先進行化學鍍鎳形成金屬導電層，再進行電鍍鎳、金、銀、鈀、鉑，或再進行化學鍍金、銀、鈀、鉑而形成的?；瘜W鍍鎳是電鍍鎳、金、銀、鈀、鉑的基礎。一個優(yōu)化的方案是先在泡孔內(nèi)壁表面先進行化學鍍鎳，使得鍍鎳層的平均厚度是ΙΟμπι或更多，再在鎳鍍層上電鍍金，鍍金層的平均厚度為 0.5μηι。
[0011]所述的泡沫硅橡膠高導電彈性體的泡孔是由物理、化學發(fā)泡劑制備的，或通過機械加工方法制備的，或通過聯(lián)合使用上述方式制備的;所述的機械加工方法是高速鉆孔、用激光機雕刻;所述的泡沫硅橡膠中泡孔的孔徑不大于5_，最理想的是在0.1-1mm之間。
[0012]—種應用于所述的基于化學鍍的高導電彈性體中的堿性化學鍍鎳溶液，所述堿性化學鍍鎳溶液的pH值為8-12，包括如下組份:鎳鹽:25-35g/L;次亞磷酸鈉:25_40g/L;三乙醇胺:20-50ml/L;檸檬酸鹽:15_40g/L;碳酸鈉:0-10g/L。
[0013]作為優(yōu)化:所述鎳鹽為硫酸鎳、堿式碳酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳或氨基磺酸鎳中的一種或幾種，所述檸檬酸鹽為檸檬酸鈉或檸檬酸銨。
[0014]—種根據(jù)所述的應用于所述基于化學鍍的高導電彈性體中的堿性化學鍍鎳溶液的制備高導電彈性體的生產(chǎn)工藝，包括如下步驟:
[0015](I)基體準備:裁切設定尺寸的泡沫硅橡膠作為如權(quán)利要求1所述的泡沫硅橡膠基體，所述泡沫硅橡膠基體上具有若干個通孔，所述的通孔是至少有兩端暴露于基體表面的孔洞；
[0016](2)在通孔內(nèi)進行堿性化學鍍鎳，形成金屬導電層:包括如下步驟:堿洗、溶脹、粗化、中和、活化、解膠、化學鍍;其中:
[0017]a.堿洗:所用的堿性溶液的組成為氫氧化鈉5-20g/L，十二水合磷酸鈉30_40g/L，碳酸鈉20-30g/L，表面活性劑適量，堿洗時間為10_30min，堿洗溫度為65-75 °C ；
[0018]b.溶脹:以有機溶劑將泡沫硅橡膠溶脹或侵蝕;溶脹在常溫下進行，時間不小于0.5min;溶脹工序所用的有機溶劑是使硅橡膠溶脹5 %以上的單一的有機溶劑或有機溶劑的混合物;有機溶劑中或含有水。
[0019]c.粗化:用含鉻酐300-500g/L，硫酸100-300mVL的高鉻型粗化液，粗化溫度為60-90°C，時間 l_5min;
[0020]d.中和:中和處理液組成為:氨5-15g/L，氫氧化鈉10-20g/L，亞硫酸鈉10_50g/L ；[0021 ] e.活化:使用A液:氯化鈀0.5-1.5g/L，濃鹽酸100-300ml/L，氯化亞錫2_4g/L；和B液:濃鹽酸50-150ml/L，氯化亞錫50_100g/L，錫酸鈉2_10g/L配制活化液，活化溫度為常溫，時間 l_3min;
[0022]f.解膠:用含稀鹽酸100ml/L的解膠液，解膠溫度為40-45 °C，時間30s;
[0023]g.化學鍍:用含有鎳鹽:25-35g/L;次亞磷酸鈉:25_40g/L;三乙醇胺:20_50ml/L;檸檬酸鹽:15-40g/L ；碳酸鈉:0-10g/L的化學鍍液;在化學鍍過程中，用氨水或氫氧化鈉溶液控制pH在9.0-9.5之間?；瘜W鍍之后，或進行電鍍鎳。
[0024]作為優(yōu)化:所述步驟(2)中，活化液組成中的A液和B液的制備方法為:將氯化亞錫加入到濃鹽酸中，不斷攪拌至完全溶解，加入錫酸鈉，攪拌均勻，此為B液;將氯化鈀加入到濃鹽酸中攪拌至完全溶解，再加蒸餾水;在室溫下加入氯化亞錫，并不斷攪拌，此為A液;從在A液中加入氯化亞錫起計時，將A液攪拌反應12min后，立即將B液慢慢倒入A液，在45°C 土 5°C水溶液中保持3h，再加入去離子水至1L。使用如此制得的膠態(tài)鈀活化液，有較長的使用壽命，并可使得鍍層和橡膠基材之間有良好的附著力。
[0025]在實施生產(chǎn)工藝中的各步驟堿洗、溶脹、粗化、中和、活化、解膠、化學鍍時，使所用的溶液、處理液電鍍液或各步驟后用來清洗的水，在各步驟進行時都在泡沫硅橡膠的孔洞中不斷通過，直到各步驟結(jié)束。例如，讓板狀的泡沫橡膠像濾布一樣，讓上述各種液體從其中通過，或者用上述各種液體噴淋所要化學鍍的泡沫硅橡膠，讓噴淋液通過泡沫硅橡膠流下。
[0026]值得特別說明的是，本發(fā)明在化學鍍的前處理過程中使用了溶脹步驟，溶劑分子使泡沫硅橡膠發(fā)生溶脹。溶脹過程將提取和清除泡沫硅橡膠中孔洞內(nèi)壁上的交聯(lián)劑分解后的殘留物、游離硅油等低分子物質(zhì)，使得孔洞內(nèi)壁硅橡膠表面的高分子鏈暴露充分，從而使得泡沫橡膠孔洞內(nèi)壁更容易被化學粗化工序粗化，使后續(xù)工序中活化沉鈀效果更佳，并降低鈀的消耗及防止漏鍍，形成連續(xù)完整的金屬鍍層。
[0027]有益效果:本發(fā)明通過在泡沫硅橡膠孔洞內(nèi)壁表面化學鍍鎳制備泡沫硅橡膠高導電彈性體，填補泡沫硅橡膠表面化學鍍鎳的空白，工藝操作簡便，配方組成簡單易得，鍍液易于維護和處理，無需添加的額外設備，所制得的泡沫硅橡膠高導電彈性體的體積電阻率和表面電阻率比導電炭黑填充的導電硅橡膠小，其余PCB鍍金觸點