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电磁屏蔽橡胶用导电金属粉电镀技术

电磁屏蔽橡胶用导电金属粉电镀技术

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  随着现代电子工业和信息产业的高速发展,产生电磁波干扰的电子设备急剧增加。电磁波污染已经成为世界各国关注的社会公害之一。采用导电金属粉电镀开发电磁屏蔽橡胶填充材料便是应对这一污染的一种重要技术手段。

  导电屏蔽技术

  电磁屏蔽材料分为表层导电型屏蔽材料和填充复合型屏蔽材料。填充复合型屏蔽材料是继表层导电型屏蔽材料之后推向市场的新型材料,大有后来居上之势,得以大量的开发。而作为填充复合型屏蔽材料的核心技术——导电填料的研究也在不断深入。

  目前,国外已经利用这一技术研发出多种不同材料组合的电磁屏蔽橡胶制品。

  目前,国内主要以纯银粉作为导电填料。银具有优良的导电性能、耐氧化,用银粉或镀银填料作电磁屏蔽材料具有显着的屏蔽效果。但银价格昂贵,密度很大,不具有市场竞争力,只适合作特殊场合的屏蔽原料,且对低频的电磁屏蔽效果很差,难以满足宽频电磁屏蔽的需要。铜的导电性能良好,价格适中,但铜的密度较大,不易在聚合物基体中分散,因而影响复合材料的电磁屏蔽效果。而且,铜粉容易被氧化变质而降低导电性。镍粉不像铜粉那样容易氧化,但镍的电导率较低。为了提高填料的综合性能,常常铜镀银或镍镀银使用。石墨、碳黑具有成本低、分散性好等特点,但往往在很高的含量下才能具有一定的电磁屏蔽效果,这样会导致产品的力学性能显着下降,而且制品本身为黑色,影响产品的颜色多样性,应用范围受到限制,也常常以碳粉镀镍的形式加以使用。

  通常,金属粉的表面镀层工艺有两种方式:电镀和化学镀,西北橡胶塑料研究设计院通过相关调研分析得出电镀较化学镀稳定、效率高、污染小的结论,并进行了相应的研究开发。

  电镀工艺

  以银/铜粉为例电镀工艺流程为:铜粉—除油—浸蚀—活化—电镀—水洗—干燥—检验—封装待用。在镀前的预处理中,活化的条件必须严格加以控制。同时,保证被镀面极其光洁也是获得紧固结合及外观良好的金属镀层的最主要条件之一,每一步骤后都要认真进行水洗中性化处理,以保证下步工序的正常进行和不被污染。

  经过几个月电镀实验条件的摸索,西北橡胶塑料研究设计院成功生产出满足高导电橡胶电磁屏蔽性能(橡胶的体积电阻率达到10-4Ω?cm)的电镀产品。

  除油

  按化学性质来分,油脂可分为两大类:皂化类和不皂化类。所有的植物和动物油脂都属于第一类,它们都是甘油和高分子有机酸(多半是硬脂酸、油酸、软脂酸等)的酯类。由不同成分和不同稠度(由极轻的液体至固体)的碳氢化合物的混合物组成的矿物油,如汽油、石蜡、凡士林、各种润滑油等属于第二类油脂。不论是第一类或第二类油脂实际上皆不溶于水,必须在一定成分的溶液中用化学处理或电化学处理的方法将油脂从金属表面除去。通常形状复杂的制品宜使用化学法除油。

  化学法除油时,要使用硷溶液、硷性盐溶液及许多特殊的有机溶剂。在硷溶液中除油的过程就是动植物油脂的皂化及其他种类油脂的乳化过程,所用的乳化剂有:水玻璃、脂肪酸、肥皂、动物胶及各种蛋白质,这些物质的浓度要根据每种乳化剂的乳化能力以及存在于金属表面上的油污物的种类和数量来确定。另外,硷溶液具有较高的温度能加强硷性盐的水解作用,加速动物和植物油脂的皂化反应,加速油的乳化过程,是保证皂化油脂及不皂化油脂完全从制品表面除去的极重要的条件之一。在有机溶剂中除油就是皂化油脂和不皂化油脂的普通溶解过程。所用溶剂为:煤油、汽油、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳等。最有效的油脂溶剂是二氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯及四氯化碳。这些物质与汽油、煤油、苯及甲苯不同,它们不会燃烧并且可在高温下进行除油。此外,它们在很好地溶解油脂的同时不会腐蚀金属。

  电化学除油是在硷溶液中的阴极或阳极上进行。较常用的是阴极除油法或联合处理法——先在阴极上除油,再于阳极上除油。在某些情况下,电化学除油法的功效要超过普通化学除油法的功效好几倍。电化学除油过程的机理主要是油脂被阴极上析出的氢气泡与阳极上析出的氧气泡所乳化,析出的气体对电解液所起的搅拌作用能加速除油的过程。除油时可采用下列试剂配制的电解液:苛性钠、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、氰化钠或氰化钾等。有时,可在这些溶液中添入少量的某种乳化剂:肥皂或水玻璃。除油时的电流密度应能保证析出足够量的气泡,既能使油滴机械脱离,又能搅拌溶液。因此,提高电流密度可对除油速度产生很大影响,通常电流密度应保持在3~10安培/分米2的范围内。升高溶液的温度能提高溶液的导电性。当溶液的温度达到60~70℃时,其除油产生的效果与化学除油时大致相同,通常将电解液的温度保持在60~80℃的范围内。

  浸蚀

  浸蚀就是在酸及酸性盐或硷的溶液中处理制品,以除去金属表面的氧化物及氧化亚物的过程。浸蚀可使用化学浸蚀和电化学浸蚀来进行。浸蚀的方法要根据金属的性质、表面氧化层的特性与厚度以及预先加工和以后加工的特性来加以选择。另外,只有在制品表面预先清除油污的情况下,浸蚀才起效果。

  化学浸蚀法就是将制品浸没在与该金属氧化物能起反应的酸或硷适当浓度的溶液中。实际上都使用酸溶液来进行浸蚀。浸蚀铜及铜合金时通常使用硝酸、硫酸及盐酸的混合物。

  电化学浸蚀可在阳极上进行,也可在阴极上进行。阳极浸蚀是以金属的电解溶解及氧化物被析出的氧气机械脱落的作用为基础的。这时,在阴极上猛烈地析出氢气,所用的电解液可为酸溶液或相应金属盐的溶液,电极则用待浸蚀制品作阳极,铜、铁、铅等作阴极,所用的电流密度通常都较高,一般为5~10安培/分米2或更大。阴极浸蚀是依靠猛烈析出的氢还原及机械方法脱落金属的氧化物而实现的。阴极浸蚀时,采用含有硫酸和盐酸混合液的电解液可获得最好的效果,电极可用铅、铅—锑合金或硅生铁作阳极,所用的电流密度与阳极浸蚀的相同。

  用电化学方法浸蚀制品在大多数情况下都较用单一的化学处理快得多,并且在某些难以使用或根本不能使用化学浸蚀的情况下,电化学法常常能获得良好的结果。

  活化

  活化是制品在浸入电镀槽前所进行的最后一道工序,也是必须要进行的一道工序。活化能很快地除去清净过的制品在运送或保存时表面经常形成的氧化薄层,除此之外,它还可使金属外层受到轻微地浸蚀作用而呈现出金属的结晶组织。这样,便可保证基体金属表面同镀层具有良好的结合性。为了避免金属表面的损坏,活化的操作时间应很短。铜及铜合金制品是在5~10%硫酸溶液中或在稀释的硫酸与硝酸的混合溶液中进行活化或在加有2~3%碳酸钠或碳酸钾的3~4%氰化钾溶液中进行电化学活化,此时溶液的温度为室温,电流密度为3~5安培/分米2