電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)用高耐磨導(dǎo)電銀漿的研制

朱慶明，王德龍

（核工業(yè)第八研究所，上海 201800；上海寶銀電子材料有限公司，上海 201800）

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電動(dòng)工具的質(zhì)量要求越來(lái)越高，尤其對(duì)產(chǎn)品的壽命、效率、質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)非常關(guān)注[1]。電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)的壽命也獲得了極大的提升，使用壽命超30萬(wàn)次，國(guó)外有些客戶的要求超100萬(wàn)次。本文對(duì)電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)用高耐磨導(dǎo)電銀漿進(jìn)行了研制，銀漿的附著力、硬度、耐丙酮等性能都滿足技術(shù)要求，耐磨性測(cè)試也達(dá)到了100萬(wàn)次的水平。系統(tǒng)研究了樹(shù)脂體系、耐磨材料、銀粉性能及含量和溶劑體系對(duì)導(dǎo)電銀漿性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

原材料主要有片狀銀粉、球形銀粉、改性酚醛樹(shù)脂、改性環(huán)氧樹(shù)脂、超細(xì)玻璃粉、導(dǎo)電石墨、二硫化鉬、潤(rùn)濕分散劑、消泡劑等。

1.2 導(dǎo)電銀漿的制備

將改性樹(shù)脂的載體、導(dǎo)電銀粉、各種耐磨材料以及其他助劑等按特定比例通過(guò)高速分散劑攪拌均勻，然后再利用三輥軋機(jī)研磨分散均勻，即導(dǎo)電銀漿。

1.3 銀層固化膜的制備

采用絲網(wǎng)印刷的工藝，將制備好的導(dǎo)電銀漿印刷在CCL（覆銅板）板/PCB（印刷線路板）板上的金屬銅箔或者PET薄膜，并在（205±5）℃的溫度條件下固化10～20 min，制得表面均勻且致密的銀層。印刷在CCL板上的銀層固化膜主要用來(lái)模擬PCB板，并進(jìn)行銀漿性能測(cè)試。印刷在PCB板上的銀層固化膜，后續(xù)直接組裝成工具開(kāi)關(guān)，并進(jìn)行電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)的耐磨性測(cè)試。印刷在PET薄膜上的銀層固化膜能用來(lái)測(cè)試銀漿的導(dǎo)電性能。

1.4 導(dǎo)電銀漿的性能測(cè)試

附著力測(cè)試：百格測(cè)試，用劃格器在銀層上切出十字格子圖形，切口直至金屬銅箔；用包刷對(duì)角線方向各刷5次，用膠帶貼在切口上再拉開(kāi)；觀察格子區(qū)域的情況，銀層沒(méi)有任何剝落。

硬度測(cè)試：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6739—1996《涂膜硬度鉛筆測(cè)定法》進(jìn)行測(cè)試。手持鉛筆約成45°角，以鉛筆芯不折斷為度，在銀層固化膜推壓，向試驗(yàn)者前方以均勻的、約1 cm/s的速度推壓，在銀層上刮劃，判斷銀層表面是否出現(xiàn)劃痕。

耐丙酮測(cè)試：將銀層固化膜浸泡在丙酮溶液中5 min，然后用無(wú)塵布進(jìn)行擦拭，觀察銀層表面沒(méi)有任何脫落。

耐磨性測(cè)試：按照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7087—1997《電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)》進(jìn)行測(cè)試。將印刷好銀層的PCB板，繼續(xù)組裝成工具開(kāi)關(guān)，在電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)壽命測(cè)試機(jī)上進(jìn)行耐磨性測(cè)試。

導(dǎo)電性能測(cè)試：將導(dǎo)電銀漿印刷在PET薄膜上，圖形為長(zhǎng)5 000 mm、寬0.4 mm的串聯(lián)線路。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)脂體系對(duì)附著力的影響

導(dǎo)電銀漿中樹(shù)脂體系作為漿料的骨架和導(dǎo)電銀粉、耐磨材料的載體，其主要作用是提供了銀漿基本的流動(dòng)性、附著力，使?jié){料具有一定的成膜性、附著力、耐溶劑性和耐磨性[2]。鑒于導(dǎo)電銀漿是絲網(wǎng)印刷在CCL板/PCB板上的金屬銅箔，導(dǎo)電銀漿與銅箔的附著力是首先要解決的，也是最難的。酚醛樹(shù)脂本身具有黏結(jié)力強(qiáng)，工藝性好，耐磨及耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)，但是因其固化后脆性大，剝離強(qiáng)度差[3]。環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)絕大數(shù)的金屬都有優(yōu)良的黏結(jié)性，使用范圍非常廣。本文選擇了改性酚醛樹(shù)脂、改性環(huán)氧樹(shù)脂、改性酚醛樹(shù)脂+改性環(huán)氧樹(shù)脂3種樹(shù)脂體系，結(jié)果如表1所示。

表1 樹(shù)脂體系對(duì)銀漿性能的影響

從表1可看出，純改性酚醛樹(shù)脂制成的導(dǎo)電銀漿與金屬銅箔的附著力非常差，全部剝離。添加改性環(huán)氧樹(shù)脂可顯著改善導(dǎo)電銀漿與金屬銅箔之間的附著力，比改性酚醛樹(shù)脂好很多，主要原為改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中具有羥基、醚鍵和活性極大的環(huán)氧基，與金屬銅箔界面產(chǎn)生電磁吸附或化學(xué)鍵[4]。純改性環(huán)氧樹(shù)脂制成的導(dǎo)電銀漿漿料黏度較高，容易導(dǎo)致工藝性差、干網(wǎng)快、高膜厚等問(wèn)題。究其原因主要是，純環(huán)氧樹(shù)脂制成的導(dǎo)電膠一般都是無(wú)溶劑型的，其黏度較溶劑型高。

2.2 耐磨材料對(duì)耐磨性的影響

導(dǎo)電銀漿的耐磨性，一方面受樹(shù)脂體系的影響，改性酚醛樹(shù)脂的耐磨性優(yōu)于改性環(huán)氧樹(shù)脂，主要原因是酚醛樹(shù)脂的硬度大、壓縮強(qiáng)度高，并具有良好的耐熱性、抗蠕變性等。另一方面，受各種耐磨材料的影響，超細(xì)玻璃粉可以提高銀層的硬度；二硫化鉬和導(dǎo)電石墨屬于固體潤(rùn)滑劑，可以隔離相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦面從而達(dá)到減摩和耐磨的目的。3種耐磨材料對(duì)導(dǎo)電銀漿性能的影響如表2所示。

表2 耐磨材料對(duì)銀漿性能的影響

從表2中可以看出，玻璃粉和二硫化鉬在增強(qiáng)銀漿耐磨性的同時(shí)，還會(huì)增加銀漿的電阻和穩(wěn)定性；石墨既可以增強(qiáng)銀漿的耐磨性，又可以導(dǎo)電，效果最佳。本文中，3種耐磨材料的添加相對(duì)比例為石墨∶玻璃粉∶二硫化鉬=8∶1∶1，以導(dǎo)電石墨為主。

2.3 銀粉性能及其含量對(duì)電阻的影響

銀粉的形貌與銀漿的導(dǎo)電性也有影響。相同的銀含量，片狀銀粉主要形成面與面之間的接觸，球形銀粉主要形成點(diǎn)與點(diǎn)之間的接觸，球形銀粉添加到片狀銀粉當(dāng)中可以起到良好的補(bǔ)充和銜接作用，進(jìn)一步降低電阻[5]。本文中，片狀銀粉與球形銀粉的相對(duì)比例為8∶1，以片狀銀粉為主。銀粉性能及含量對(duì)電阻的影響如表3所示，從表3中可知，隨著銀粉粒徑的減小，片狀銀粉的比表面積增加，銀漿的潤(rùn)濕性會(huì)變差，電阻會(huì)變高；隨著銀粉含量的增加，銀粉的潤(rùn)濕性也會(huì)變差，電阻會(huì)降低。本文中，銀粉的含量控制在（50±2）%為好。

表3 銀粉性能及含量對(duì)電阻的影響

2.4 溶劑體系對(duì)批量工藝性的影響

溶劑的性能對(duì)銀漿批量工藝性有影響。采用沸點(diǎn)為150℃左右的溶劑，銀漿絲網(wǎng)印刷在300次左右容易干網(wǎng)，不易印刷，主要是因?yàn)殂y漿中溶劑在絲網(wǎng)印刷的過(guò)程不斷緩慢揮發(fā)，導(dǎo)致黏度緩慢增加。本文中，沸點(diǎn)在150℃左右的溶劑占總?cè)軇┑暮坎怀^(guò)30%。

3 結(jié)論

采用片狀銀粉和球形銀粉為導(dǎo)電相，改性酚醛樹(shù)脂和改性環(huán)氧樹(shù)脂為黏結(jié)相，超細(xì)玻璃粉、導(dǎo)電石墨和二硫化鉬為耐磨相，制備了電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)用高耐磨導(dǎo)電銀漿。此導(dǎo)電銀漿制作的電動(dòng)工具開(kāi)關(guān)壽命測(cè)試可達(dá)100萬(wàn)次，技術(shù)處于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的前沿。