2 结果与讨论
2. 1 树脂的选择
本研究是以 ABS 板为底材 , 适合的树脂有丙烯酸树酯、聚氨酯、环氧类。即使是同一种原材料 , 但不同的生产厂家由于生产工艺的不同 , 质量检测控制的标准和手段差异以及自动化程度的高低 , 所生产出来的原材料性能可能不完全相同 , 有时甚至会有很大的差异 , 所以要尝试找到适合本体系的树脂 [ 4 ] 。本研究采用丙烯酸树脂 , 测试了 5 个厂家的树脂 , 测试结果如表 2 所示。
表 2 不同基体树脂对涂料导电性能的影响
注 : 5 种树脂的总固含量均为 7 .7 g 。
表 2 结果表明 2 # 最适合本体系 , 所以选用 2 # 树脂。再者树脂的含量也对漆膜性能有很大影响 , 本研究表明 , 增加树脂的用量 , 附着力会有所增加 , 但量太大 , 会影响涂料的导电性 , 固含量太大 , 也会影响涂装。树脂固含量 22% 左右 , 漆膜性能。
2. 2 导电填料加量对漆膜导电性能的影响
银粉的化学稳定性好 , 导电性高 , 但价格昂贵 , 使用受到限制。铜粉的导电性也好 , 价格低廉 , 但铜粉的抗氧化性较差 , 对其进行防氧化处理即可获得其使用价值。本研究采用 3% 片状银包铜粉为导电填料 , 水溶性丙烯酸树脂为基料 , 制得水溶性导电涂料 , 导电涂料的电阻率与银包铜粉添加量的关系见图 1 。
图 1 银包铜粉含量对漆膜导电性能的影响
由图 1 可知 , 随着银包铜粉添加量的增加 , 漆膜的表面电阻率呈下降趋势。当银包铜粉含量为 25% 时 , 表面电阻率 1. 2 Ω· cm - 1 , 表示漆膜未导通 ; 当银包铜粉含量在 30% ～ 35% 之间 , 表面电阻率明显下降 , 银包铜粉含量超过 35% 后 , 电阻率下降缓慢 , 填料含量 > 45% 后 , 电阻率反而有所回升。导电填料对涂料性能的影响符合掺合性导电高聚物无限网链理论 [ 5 ] , F Bueche 提出的掺合性导电高聚物无限网络理论指出 , 在含有金属微粒的高聚物体系中 , 金属微粒会形成一种导电无限网 , 载流子可以在其中自由移动 , 从而使绝缘体变成半导体或导体。导电网链越多 , 填料粒子分布越均匀 , 导电性就越高。当银包铜粉含量小于 30% 时 , 粒子大都被树脂包围 , 无贯穿整个漆膜的主干通路。而在 30% ～ 35% , 涂料中的固含量增大 , 导电填料彼此接触形成无限网链和连续的电子传递 , 形成的导电通道迅速增加 , 涂层的表面电阻率随填料用量的增大而降低。在银包铜粉含量大于 35% 时 , 由于粒子在基料中已构成导电通路的网络 , 再增加银包铜粉并不能使导电通路明显增加 , 因此漆膜的表面电阻率下降趋缓。之后 , 再增加银包铜粉量 , 基料相对于填料用量太少 , 此时基料已不能完全润湿导电填料 , 会出现涂层性能下降和电阻上升的趋势。因此 , 兼顾涂料的导电性和较好的涂层性能 , 并考虑到要尽量降低生产成本 , 使导电填料用量 , 我们选取银包铜粉量在 35% ～ 44% 的稳定区域。
2. 3 水加量对漆膜导电性能的影响
在含有 35% 银包铜粉的丙烯酸树脂中分别加入不同含量的水 , 将其均匀涂覆于 ABS 塑料板表面 , 待其实干后 , 测量其表面电阻率 , 实验结果如图 2 所示。
图 2 水含量对漆膜导电性能的影响
从图 2 可以看出 , 水含量在 28% ～ 40% 时 , 涂料导电性。这是因为水含量过少时 , 树脂溶解不充分 , 导电填料在涂料中不能很好地分散和润湿 , 妨碍了粒子间的直接接触和干燥时涂膜的收缩 ; 水过多时 , 涂料涂装烘干后单位面积涂膜金属粉减少 , 粒子间距大 , 影响导电填料的导电网链 , 所以导电性降低。
2. 4 分散防沉剂用量及其加入方式对漆膜导电性能的影响
在水性体系中 , 分散剂的亲油和憎水基团吸附在粒子表面上 , 而亲水或憎油基团则引伸向水相 , 依据分散剂类型的不同靠电荷斥力或空间位阻作用使颜填料粒子相互稳定 , 防止聚结。本研究表明 , 分散防沉剂的加入 , 明显改进了漆膜的附着力及其导电性能。未加分散防沉剂前 , 漆膜附着力很差 , 有掉粉现象。加入后附着力达 95% 以上。本研究对此分散防沉剂做了条件实验 , 得出适合本体系的用量。其对表面电阻率的影响如图 3 所示。
图 3 分散防沉剂加入量对漆膜导电性能的影响
由图 3 可以看出 , 当不加分散防沉剂时 , 漆膜的电阻率很大 , 加入后 , 电阻迅速下降 , 但随着添加量的增加 , 电阻又慢慢回升。这是因为不加分散防沉剂时 , 银包铜粉的分散性差 , 不均匀 , 聚集体多 , 所以电阻高 ; 加入此助剂后 , 金属粉分散性得到改善 , 金属粉分布均匀 , 电阻下降 ; 助剂吸附包覆在金属粉表面上 , 从而使金属粉分散均匀 , 但进一步增加助剂的用量 , 包覆层太厚 , 金属粉之间无法直接接触 , 电阻又慢慢回升。该分散防沉剂可以在金属粉分散前加入 , 也可以在分散后加入 , 两种方式均可对金属粉起到润湿分散的作用。本实验对两种分散方式进行了对比 , 分散后加入漆膜电阻率 0 . 20 Ω / cm, 分散前加入漆膜电阻率能达到 0 .13 Ω / cm 。结果表明 , 分散前加入效果更好。分散前加入 , 助剂能充分润湿金属粉 , 使金属粉分散得更均匀 , 所以电阻更低。
2. 5 固化温度对漆膜导电性的影响
由于 ABS 塑料不耐高温 , 一般热变形温度为 80 ～ 90 ℃ , 所以不宜选择太高温度。固化温度对漆膜导电性能的影响如图 4 所示。
图 4 固化温度对漆膜导电性能的影响
由图 4 可以看出当温度小于 55 ℃ 时 , 随着温度的升高 , 导电性增大 , 在 55 ℃ 附近时电阻迅速下降 , 高于 55 ℃ 时 , 温度升高 , 导电性下降。这是因为温度过低时树脂浮于涂料表面 , 从而降低涂料的导电性 , 温度过高时 , 水的挥发速度加快 , 破坏了填料形成的导电网络 , 同时温度过高 , 导电填料氧化 , 涂层遭到破坏 , 导电性降低 [ 2 ] 。
2. 6 涂膜厚度对导电性能的影响
涂膜厚度对导电性的影响见图 5 。
图 5 涂膜厚度对漆膜导电性能的影响
由图 5 可以看出 , 随着涂层厚度的增加 , 导电性能增强。这是因为涂膜较薄时 , 导电网链还没有完全形成或网链还不完整 , 因而导电性能比较低。随着涂膜厚度的增加 , 形成导电网络的几率增大 , 导电性能增强。但随着涂膜厚度的增加 , 电阻降低缓慢 , 涂料的附着力会降低 , 所以因根据实际需要选择涂膜的厚度。
3 结 语
本研究选择树脂固含量为 29% , 银包铜粉用量选取在 35% ～ 44% , 水的含量以 28% ～ 40% , 分散剂 A 用量为 0 . 62% 左右 , 固化温度 55 ℃ , 喷涂厚度可获得较佳的涂膜性能 , 塑料用水溶性导电涂料具有较好的导电性 , 对塑料具有良好的附着力 , 综合性能优良。这种水性导电涂料具有不污染环境 , 性能优良的突出优点 , 属于环保型特种功能材料 , 在许多领域都有应用价值 , 具有广阔的发展前景。