泡沫橡膠和金屬的復合物及其制備方法
【專利說明】泡沬橡膠和金屬的復合物及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于導電材料領域，具體涉及一種泡沫橡膠和金屬通過化學鍍和電鍍形成復合物的方法。
【背景技術】
[0003]眾所周知，普通橡膠是絕緣體。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)填充到橡膠材料中，是制備導電橡膠的主要方法。這樣以填充導電填料的方法制備的導電橡膠，得到了廣泛的應用。但由于所加入的導電填料是分散的，這樣的導電橡膠，體積電阻率和表面電阻率還是比常見金屬導電材料大，導通較大電流的能力在某些場合顯得不足夠。這樣的導電橡膠作為開關觸點材料，也只能應用在電流較小(例如小于200毫安)的電路中，才能保證開關觸點有合適的使用壽命ο
[0004]申請號為201010592410.1的專利文獻“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，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。申請號為201010609386.8的專利文獻“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氈(或金屬無紡布)復合制得導電橡膠，該金屬纖維燒結氈具有孔隙，該孔隙至少部分被橡膠填充。申請號為201010609385.3的專利文獻“按鍵用導電粒生產方法”公開了一種將金屬預埋件和橡膠一起熱硫化成型制備按鍵用的導電粒的生產方法。申請號為200680015484.0的專利文獻“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現成的金屬海綿(或金屬泡沫)和橡膠復合制備導電元件的一種方法。
[0005]在以上這些專利文獻中所描述的金屬-橡膠復合物中，金屬材料都是預先成型好了以后，再和橡膠進行復合的。
[0006]申請號為201110027418.8的專利文獻“橡膠導電粒及其制備方法”，公開了在橡膠基材的表面進行金屬鍍膜而制備橡膠導電粒的方法。該方法中所用的橡膠基材是實心的，金屬鍍膜鍍在橡膠基材的表面。
[0007]申請號分別為201310142541.3和201310142978.7的專利文獻“一種高導電彈性體及其生產方法”，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或浸膠處理，再經壓合處理即可獲取所需的高導電橡膠彈性體。該專利文獻針對發泡的聚酯、聚醚、聚烯烴等材料等海綿基體，在海綿上電鍍后還需要進行涂膠或浸膠處理，其涂膠層會影響導電性能和導致粘合問題，增加產品性能的不穩定性，對電鍍方法也沒有做出明確的界定，可操作性不高，實際上海綿是無法直接實現電鍍的。
[0008]申請號為200680015484.0的專利文獻及其相關的美國專利申請號為20090068857A1 的專利文獻 “Electrical ly Conducting Contact and Method forProduct1n thereof”，公開的是由現成的泡沫金屬和橡膠復合制備導電接觸材料。但泡沫金屬的種類、規格和商業可獲得性很有限。金屬泡沫的制備，比橡膠泡沫的制備，難度大多了。特別是開孔型的泡沫金屬，種類更少。因此，制備泡沫金屬和橡膠的復合物，在材料選擇上，受到了很大的限制。然而，任何橡膠都是可以發泡的，發泡率和發泡類型是比較容易控制的。很多種金屬和合金，是可以由目前的化學鍍和電鍍技術得以制備的。在本發明中，我們將突破在材料上的限制，提供了由現成的泡沫橡膠和金屬通過化學鍍和電鍍進行復合而制備導電材料、導電接觸材料和電磁屏蔽材料的方法。
[0009]
【發明內容】
[0010]發明目的:本發明公開了一種通過在泡沫橡膠孔洞內壁表面化學鍍和電鍍而制得泡沫橡膠和金屬的復合物及其制備方法，解決現有技術在制備橡膠-金屬復合物時，在原材料選擇上受到限制的問題，從而獲得一種導電材料、導電接觸材料和電磁屏蔽材料。
[0011]本發明公開了一種泡沫橡膠和金屬的復合物及其制備方法。所述的復合物由基體和其中的填充物緊密結合而成，所述基體為泡沫橡膠，所述填充物為金屬所構成的連續的金屬網絡，所述的泡沫橡膠中的孔洞是部分或完全相互連通的，并有孔洞外露于泡沫橡膠的表面，孔徑的平均值不大于5_;所述的金屬網絡是在所述的泡沫橡膠孔洞內壁表面進行化學鍍，或者先進行化學鍍再進行電鍍而形成的。泡沫橡膠中的孔洞可以是形狀不規則的，也可以是形狀相同的，例如，孔洞可以為直徑0.5mm的空心圓柱體，或者橫截面為正方形的邊長為0.5mm的空心棱柱體。泡沫橡膠中的孔洞應是部分或完全相互連通的，并有孔洞外露于泡沫橡膠的表面，這樣可使各種處理液、水和鍍液從泡沫橡膠通過，并發生作用。
[0012]本發明的泡沫橡膠的材質可從商業化生產的天然橡膠和合成橡膠中選擇。所述的合成橡膠的材質為硅橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠、乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚硫橡膠、聚氨酯橡膠，或者這些橡膠的共混物和改性產物。
[0013]所述的泡沫橡膠含有粉末狀的無機填料碳酸鈣(或石灰石、方解石)、硫酸鈣或石膏、氧化鋅、硫化鋅、硼酸鋅、氧化鎂、陶土、滑石、沸石、長石、石棉、云母、高嶺土、膨潤土、硅灰石、凹凸棒石、硅鋁炭黑、粉煤灰、海泡石、二氧化鈦、玻璃、石英、二氧化硅、硫酸鋇中的一種或數種，所述的無機填料可以是用偶聯劑處理過的。
[0014]無機纖維填料作為無機填料，也是可以用于泡沫橡膠中的。所述的泡沫橡膠可以含有無機纖維填料玻璃纖維、石英玻璃纖維、水鎂石纖維、石膏纖維、海泡石纖維、纖維石棉、纖維狀硅灰石、硼纖維、陶瓷纖維和金屬纖維中的一種或數種;所述的無機纖維填料可以是用偶聯劑處理過的。長無機纖維和短無機纖維都可以使用。為了和橡膠混煉方便，可使用短纖維，如原絲直徑為6μπι，平均長度為22μπι的無堿型超細玻璃纖維。
[0015]絕大部分商業化生產的橡膠是憎水性的。這些無機粉狀填料或纖維狀填料的親水性比橡膠好。在化學鍍前預處理的粗化過程中，這些填料可部分被浸蝕液浸蝕和溶解掉，形成微觀粗糙的表面，從而提高了鍍層和橡膠之間的結合力。
[0016]本發明的泡沫橡膠和金屬復合物中金屬網絡是由在泡沫橡膠的孔洞內壁表面進行化學鍍銅、鎳、錫、鉛、鈷、鐵、銀或這些元素的合金而形成的，或者先進行化學鍍銅、鎳、錫、鉛、鈷、鐵、媽、銀或這些元素的合金，再進一步化學鍍或電鍍銀、金、舒、銘、鈀、鉑而形成的；優選化學鍍銅和鎳。銅、鎳、錫、鉛、鈷、鐵、鎢是賤金屬，可以作為化學鍍層的底層，在這些底層上，可以化學鍍或電鍍導電性更好的銀、金等貴金屬。先鍍賤金屬再鍍貴金屬，可以節省貴金屬并達到幾乎同樣好的導電性能。
[0017]泡沫橡膠通常是通過在橡膠配方中加入化學發泡劑或物理發泡劑進行發泡得到的，由此得到的開孔型泡沫橡膠或混合孔型泡沫橡膠，都可以用作制備泡沫橡膠和金屬復合物的基材。優選選用開孔型泡沫橡膠。
[0018]本發明的泡沫橡膠和金屬的復合物的制備方法包括如下步驟:
(1)基材泡沫橡膠的準備:通過使用物理發泡劑或化學發泡劑的方法，或通過機械的方法、激光雕刻的方法，或聯合使用這些方法，制備有若干個貫通于整體的孔洞暴露于泡沫橡膠表面的開孔型或混合孔型的泡沫橡膠；
(2)化學鍍和電鍍:在泡沫橡膠孔洞內壁表面通過化學鍍和電鍍形成連續的金屬網絡通孔，可包括如清洗、粗化、中和、敏化、活化、還原或解膠、化學鍍、電鍍等步驟;化學鍍和電鍍后所得到的泡沫橡膠和金屬的復合物，孔隙率在0-90%之間。
[0019]在化學鍍和電鍍時，可讓鍍液不斷從泡沫橡膠孔洞中流過，讓鍍液在泡沫橡膠孔洞中的流動過程中發生金屬沉積。
[0020]除了使用由發泡劑發泡得到的泡沫橡膠，本發明中的泡沫橡膠也可以由機械的方法制備:
(1)在橡膠熱