黄俊宇
（深圳市天健涂料科技开发公司，广东深圳518122）

　　摘要：介绍了在银包铜导电涂料配方设计时如何确定银包铜与树脂的比例，以使得漆膜的PVC
　　值达到理想的范围。
　　关键词：导电涂料；银包铜；PVC；CPVC；达标质量比

　　0前言
　　近年来，音响器材、精密医疗器械、计算机、手持电话等设备的外壳大多采用轻便的塑料壳体，其易产生静电和滞电现象，造成射电频率干扰或电磁场干扰、无线电噪声干扰，因此要求这些壳体表面导电或接地，针对这一问题屏蔽用导电涂料的应用逐渐广泛起来。
　　银包铜导电涂料是将具有导电性的微粒子(银包铜粉末)作为导电填料配制而成的，具有导电性[1]。根据应用场合、导电填料的不同及导电能力的强弱，其种类还可以细分。不同品种的配方设计都有其特有的技巧。银包铜导电涂料由丙烯酸树脂、银包铜导电粉、溶剂和助剂组成。成膜后漆膜的电阻值范围在0.6～4Ω，主要应用于手机、移动硬盘等电子元件内壁。本文主要针对银包铜导电涂料配方设计与PVC之间的关系展开讨论。

　　1导电涂料配方设计的依据
　　导电涂料的导电性能（电阻值高低）和导电填料本身的电阻值有关，而导电填料在漆膜中的浓度也同样重要。如何进行导电涂料配方的设计使得漆膜既要有良好的导电性能，又有良好的物理性能，PVC的控制就成了配方设计的关键。当PVCCPVC，但当PVC>CPVC(过大)时，部分银包铜颗粒的表面裸露在外，基料树脂不足以填满颗粒间的空隙，造成漆膜的致密性过低（有空气的存在）,易掉粉，表面粗糙度过大，易残留各种污物，物理性能方面大大下降;只有当PVC在接近CPVC的时候(PVC>CPVC），才可以体现良好的漆膜性能和导电性能。可见导电涂料PVC的设计除了对导电性能有明显的影响，外还会影响到其他的物理性能。为了更直观地将导电涂料配方设计与PVC联系起来，在此做简单的推导：
　　PVC=Va/(Va+Vb)
　　=（ma/ρa）/[（ma/ρa）+（mb/ρb）]
　　=ma/[ma+mb×（ρa/ρb）]
　　=1/[1+（mb/ma）×（ρa/ρb）]
　　式中，Va为配方中颜料的体积；
　　Vb为配方中基料树脂的体积；
　　ma为配方中颜料的质量；
　　mb为配方中基料树脂的质量；
　　ρa为配方中颜料的密度；
　　ρb为配方中基料树脂的密度。
　　当选用的树脂和导电填料确定后，ρa和ρb为常数。
　　令k=ρa/ρb，x=mb/ma
　　其中，k是常数，x是变量。
　　于是PVC的表达式可简化为：
　　PVC=1/（1+kx）=(1+kx)-1
　　由指数函数的知识可知，PVC与x值在坐标轴第一象限有一一对应关系，所以可以用配方中的mb/ma来反映PVC的变化。
　　对于导电涂料，m颜即是导电填料的质量。PVC对导电率的影响可以转视为配方中m基/m颜对导电率的影响。当树脂基料为一种以上时，Vb、mb和ρb分别代表混合树脂基料的体积、质量和密度。

　　2实验部分
　　2.1树脂的选择
　　导电涂料的主体树脂为热塑性丙烯酸树脂，它们通常还需搭配一些辅助型树脂运用。目前市场上普遍可应用于导电涂料的一些丙烯酸树脂如捷利康B725、B805，三菱2952、BR-116，罗门哈斯B66等。对一些要求以乙醇为稀释剂的导电涂料则选用醇溶性热塑性丙烯酸树脂。为了方便配方中溶剂的调整，更多地倾向于选择使用固体树脂。在此选择综合性能较好的热塑性丙烯酸树脂R和起增稠作用的辅助树脂Q搭配使用。表1是树脂R和Q的物理参数。
　　表1实验树脂的物理参数

　　表 1 实验树脂的物理参数
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　　2.2导电填料及其他材料的选择
　　评估导电涂料导电性的优劣主要通过测量其电阻值的大小，电阻值大导电性差，电阻值小导电性优。导电涂料电阻值的高低主要由导电填料来决定,这里主要讨论银包铜类型的导电填料。市面上的银包铜产品有很多，其中金兄弟和格雷蒙的产品有比较优秀的性能。实验分别从国内外不同的厂家选择4种不同的银包铜粉，在相同的条件下进行实验比较，对应的实验编号为S、A、B和C，其相关的物理性能参看表2。
　　表2实验用银包铜粉的物理参数

　　表 2 实验用银包铜粉的物理参数
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　　2.3.1实验配方
　　利用上述的推导PVC=1/（1+kx），进行实验配方的设计。参考原有配方以及结合施工经验确定配方如表3所示。溶剂的选择和比例定为:异丙醇/甲苯/CAC/醋酸丁酯=4/5/5/8。
　　表3导电涂料实验配方

　　表 3 导电涂料实验配方
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　　2.3.2导电涂料的制备
　　(1)先将配方中的树脂与溶剂按比例添加，并在高剪切力下分散，直到树脂完全溶解；
　　(2)按配方的添加比例加入助剂。先添加防沉剂，高剪切力分散均匀后再添加偶联剂；
　　(3)在低剪切力下按配方添加比例逐渐加入银包铜粉；
　　(4)通过称量，计算生产过程中损耗的溶剂量，再按配方比例，补入足量的混合溶剂。
　　2.3.3素材的测试
　　实验选用的素材是ABS平板。一般来说，正常施工过程中，内应力是不可避免的。ABS平板对溶剂的适用需要通过试验测试。确定溶剂体系对加工工件素材不会过强，不会在施工中出现龟裂变形现象[2]。
　　2.3.4导电涂料的施工(见表4)

　　表4导电涂料施工的具体操作

　　3实验结果与讨论
　　3.1配方中m基/m颜范围的确定
　　选取银包铜S和树脂R+Q的组合进行实验，所有数据都是漆膜厚度在40～50μm时测得(见表5)。结合测量数据,以配方中mR+Q/ms的变化为横坐标，对应配方成膜后测量的电阻值变化为纵坐标,作得图1。
　　表5m基/m颜与电阻值的实验数据记录

　　表 5 m 基 /m 颜 与电阻值的实验数据记录

　　图1可间接反映当漆膜厚度在40～50μm时实验选定的树脂R+Q和银包铜S搭配的PVC对电阻值大小的影响，并由图中可以得到满足导电涂料各方面要求的PVC对应mR+Q/mS的范围。
　　图1的曲线是实验数据mR+Q/mS在0.4～0.66的范围作出。当mR+Q/mS<0.4时，基料树脂过少，且实际实验中不足以润湿导电填料的表面，在0～0.4内对曲线作线性回归，电阻值与质量比在图上的反应是一条与X轴平行的直线，它与Y轴的交点可以认为是该导电填料本身具有的电阻值。随着mR+Q/mS逐渐变大，PVC逐渐接近CPVC;当mR+Q/mS>0.66时，mR+Q/mS升高，PVC明显地小于CPVC，导电填料的表面大部分甚至完全被基料树脂包裹覆盖，颗粒之间的电接触减少，导电率迅速下降，电阻逐渐增大。实验中测量并记录了当mR+Q/mS>0.66时一些漆膜电阻值，发现当mR+Q/mS>0.66时漆膜电阻值的增长是指数级的。
　　一些研究表明，当PVC
　　由PVC理论[5]可知，mR+Q/mS<0.4的一端PVC>CPVC，而mR+Q/mS>0.66的一端PVCCPVC，漆膜才能体现导电性，所以mR+Q/mS的变化会在电阻值上有明显的变化。由图1中的曲线变化可以看出当曲线由直线段（系列2）变成曲线段（系列1）时，漆膜的PVC由大于CPVC转向小于CPVC。对图1中0.4～0.66任何两个相邻的实验数据点的连线所在的直线的方程计算一阶导数。可以得到mR+Q/mS在0.4～0.43时的一阶导数为零；在0.43～0.47时一阶导数为5；0.47～0.5时的一阶导数为6.67。由计算得到mR+Q/mS>0.5以后实验点的一阶导数不再出现大小为零的值。由试验数据可以看到，当mR+Q/mS>0.47时的电阻值明显上升，且增长步长越来越大。最小的增长步长出现在0.43～0.47和0.47～0.5两段，步长值为0.2Ω。可见，在0.43～0.47，配方对应的PVC发生了明显的变化：由大于CPVC过渡到小于CPVC。
　　结合测量仪器的精度和实验结果得出：在图1中电阻值增长步长最小（本实验选择0.1～0.2Ω的范围），且对应的一阶导数第一个出现不为零的值的两个数据点之间的范围，认为是最接近能全面体现漆膜性能的PVC所对应的范围，也就是达标质量比所在的范围。通过比较实验数据和计算结果得到图1所求的达标质量比mR+Q/mS范围是0.43～0.47。所以对选择的银包铜S和树脂R+Q来说，将配方中的mR+Q/mS定在0.43～0.47的范围内，漆膜会有比较好的导电性能和物理性能。
　　表6m基/m颜与电阻值的实验数据记录

　　表 6 m 基 / m 颜 与电阻值的实验数据记录

　　如果实验数据点取得越密，并且测量仪器的精度越高，得到的mR+Q/mS范围就越小，mR+Q/mS就越接近我们希望得到的达标质量比。3.2不同的银包铜品种对配方设计的PVC的影响参考前面的推导PVC=1/（1+kx），分别选取银包铜A、B、C和树脂R+Q的组合进行实验。记录一系列mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的大小和它们分别对应的配方成膜后的漆膜电阻值的大小，所有测量数据都是漆膜厚度在40～50μm时测得（见表6）。结合测量数据分别以配方中mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的变化为横坐标，对应配方成膜后测量的电阻值变化为纵坐标作得图2、图3、图4。
　　由表2可知，A与B有比较接近的平均粒径，分别对A和B的实验点数据求导计算。经实验数据计算后得到A的达标质量比和B的达标质量比的范围都在0.43～0.47。但对曲线进行线性回归与Y轴的交点值的大小有明显的不同，A为1.8Ω，B为0.6Ω。这个点的值可以认为是银包铜A和B自身的电阻值，它的大小与银包铜的含银量、颗粒表面的处理效果以及生产工艺有很大的关系。由表2可知B的含银量大于A，所以B的电阻值小。
　　比较B与C:C的平均粒径明显小于B，但它们对曲线进行线性回归后与Y轴的交点值的大小几乎是相同的，都在0.6Ω左右，可以认为它们的导电性能相接近。分别对B和C的实验点数据求导计算，经实验数据计算后得到mR+Q/mB和mR+Q/mC的范围。其中B的达标质量比的范围在0.43～0.47，而C的达标质量比范围在0.55～0.58，但两者达标质量比对应的PVC值C要比B小。在相同添加量的前提下，由于平均粒径小，C的表面积要大于B，所以需要更多的树脂基料来润湿包裹，才能同时满足漆膜的导电性能和物理性能。反之在相同的树脂基料添加量的情况下，C可以使用比B更少的量就可以使漆膜达到相同的电阻值。
　　比较表2的物理参数，S、A、B和C都有相接近的比重，其中S、A和B的平均粒径也相接近，而实验结果算出它们配方设计时所要求的达标质量比范围都是0.43～0.47。C的平均粒径明显小于其他的品种，而达标质量比的范围则是0.55～0.58。由实验可见:不同的银包铜对应的配方设计中m基/m颜范围不同，当它们的比重相接近的时候，平均粒径就是主要的影响因素。平均粒径越大，达标质量比所在的范围越低；平均粒径越小，达标质量比所在的范围越高；当比重不同时，不同的银包铜品种的达标质量比所在的范围也各不相同，而它们相互之间没有什么规律性。
　　银包铜的比重对导电涂料的施工有很大的影响，
　　通过对施工优劣性的影响间接影响漆膜的导电性能和物理性能。一般来说，尽可能选用比重小的银包铜产品会有好的施工性，施工后漆膜能比较真实地体现出配方的m基/m颜对应的综合性能。本实验挑选的银包铜产品都属比重比较小的品种，由表2的数据可以看到S、A、B和C的比重都是相接近的，这样选择提高了实验结果比较的准确性。

　　4导电涂料配方实例及涂料性能
　　以下是实际生产应用的配方和其漆膜的性能，它的稀释比是1∶0.7，可同时满足手工喷涂和自动喷涂的要求。
　　4.1导电涂料参考配方(见表7)

表7导热涂料参考配方

　　4.2涂膜物理性能(见表8)
　　表8涂膜的物理性能测试结果

表8涂膜的物理性能测试结果

　　5结语
　　导电涂料性能的优劣与其配方中的PVC有密切的联系。进行导电涂料配方的PVC设计时，可以通过调整配方中的m基/m颜实现调整漆膜的PVC，从而实现导电涂料漆膜具有比较好的物理性能和导电性能。应用不同的银包铜品种进行配方设计时，其导电涂料涂膜的PVC范围是不同的。在配方设计前应根据涂膜的电阻值要求选定性价比合理的银包铜产品，再根据选用的银包铜产品进行配方的设计。