文献综述--水性导电碳浆的制备及性能研究

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1、1 文献综述文献综述 1 绪 论 1.1 前言 导电碳浆也可称为碳系导电油墨，是以非金属导体材料碳系颗粒均匀地分布于热塑性 或热固性树脂中形成的粘稠浆状物。导电碳浆经过丝网印刷再加热干燥固化（低于 150） 之后所得的丝印图形，其墨膜的墨层具有非常好的导电性能，而且固化膜层不易被氧化， 性能较稳定，耐酸性、耐碱性及溶剂腐蚀性，可起到保护和导电的作用。导电碳浆在基材 上的附着力强，抗剥离，适用于 PET、铜箔及线路板等材质，根据应用领域及对固化膜层 电阻的要求，具有不同型号1。 导电碳浆的方阻一般都大于 30/mil，与导电银浆（一般都小于 50m/mil）相比方 阻值较大，但性能稳定、成本低、

2、性价比高，是电子元器件封装、电极和互联的关键材料2。 目前，导电碳浆以其优良的导电、导热、耐腐蚀等性能，广泛应用于薄膜开关、柔性电路、 医疗电子、通讯设备、汽车电子、电磁屏蔽等诸多行业3。 1.1.1 导电碳浆的优点 导电碳浆具有以下几个方面的特点： 1.性能稳定： 碳浆比其他金属油墨更具有耐磨性。 环境的变化对它的导电性能影响很小。 2.阻值可控：碳浆的阻值可以根据需要进行的配比设计，一般可设定为：50、100、 100k、100M 等不同等级,以便某些电子元器件能够生产出恒定阻值的产品。 3.固化温度低：碳浆较银浆而言，其固化温度一般较银浆低(1020)。 4.微粒细：碳浆中的石墨或碳黑通

3、过球磨可以获得更细的微粒，有利于网版印刷作业。 5.价格低廉：碳浆的价格一般仅有银浆的 1/10 左右，适当的进行搭配使用，能够降低 生产成本。 由于真实导电性优良的是石墨化的碳，石墨化程度越高，导电性越好。所以通常来讲， 石墨的导电性优于碳黑（两者均纯度很高的情况下，假如纯度不高，没可比性） 。但是在聚 合物系统中，起导电作用的要素除了所加导电粉体自身的导电性外，还与导电粒子在聚合 物中的散布状况有关。平等质量的碳黑和石墨，因为碳黑比重更小，其在聚合物中占有了 更大的体积分数，有利于构成导电网络，然后获得了比石墨粉做填料非常好的导电作用。 由于炭黑能形成链状结构，同时有许多间隙，加入石墨填满

4、这些间隙就能得到电阻率最小 和结构强度好的导电混合物，所以本实验，选用导电炭黑与石墨作为填料。 2 1.2 水性导电油墨研究意义 由于印刷电路制造工艺及电取暖的飞速发展,导电油墨在数量上的需求越来越大，质量 上的要求越来越精细化、科学化。目前，国内外都在环保方面做积极的研究。本实验研制 的导电碳浆是以水为溶剂的导电油墨可替代替代传统的导电油墨，在固定水性连结料的情 况下通过改变混合的石墨和炭黑不同比例的填充量来研究不同配比下油墨的性能，并且通 过调配树脂比例使其附着强度和柔韧性都符合要求,克服了传统的溶剂型导电油墨在使用 过程中污染环境、成本高的弊端。检测结果表明水性导电油墨不仅具有安全环保的

5、优点， 同时具有很好的导电性能。对今后水性导电碳浆的改进研究有重要意义。 1.3 水性导电油墨的组成 水性油墨简称为水墨，是由色料、连结料和各种混合助剂经复合研磨加工而成。水性 导电油墨与水性油墨一样主要由导电填料、连结料、水性导电油墨用助剂、水性导电油墨 用溶剂组成。 1.3.1 导电填料 导电填料：金属粉末、碳黑、石墨、金属氧化物等，水性导电油墨一般是将导电填料 均匀地分散在有机或者无机的成膜基材中从而形成的复合体。导电填料在连结料树脂体系 和溶剂中，干燥固化之前一直处于独立是互不接触状态，此时油墨既是处于相对绝缘状态。 成膜时，溶剂和水不断地挥发，树脂体系的基料也不断地干燥固化，体系状态

6、收缩，干燥 后的墨层变硬，一定程度后，填料间由于相互接触网络初步形成从而使涂层具备导电性。 1.3.2 连结料 连结料是导电油墨的主要成膜物质，在导电涂层中起骨架作用。水性油墨的连接料主 要由水性高分子乳液或水分散性树脂胺类化合物及其他有机溶剂（及少量醇类）组成。树 脂是连结料最主要的成分，导电油墨连结料中的树脂普遍采用的是水溶性丙烯酸共聚树脂， 它对油墨的粘度、附着力、光泽度、干燥性、化学稳定性、耐水性、耐热性及印刷适应性 都有很大的影响。水性油墨即水基印刷油墨，是经过物理及化学反应将水性高分子乳液、 有机颜料、树脂、表面活性剂及相关助剂混合制得的，由于它的溶剂区别于传统油墨，以 水为溶剂，替换掉了传统油墨中挥发性、毒性很强的有机溶剂，印刷过程中防止印刷操作 工人操作时健康安全受到威胁，避免了污染大气环境，对操作环境，工作场所消除了易燃 易爆的安全隐患，使工作的安全性得以提高。另一方面，水性油墨相于比溶剂型油墨，大 大节约了其使用成本，成本节约了大概 30%左右。水墨的这种独特优点符合日益严格的环 保法规，在全球范围内越来越受到包装印刷界的青