水性导电碳浆的制备及性能研究

哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）

水性导电碳浆的制备及性能研究

学生姓名：

指导教师：

专业班级：印刷工程一班

学号：

学院：轻工学院

二〇一五年六月八日

毕业设计（论文）任务书

摘要

本文以丙烯酸类单体改性聚酰胺树脂、导电石墨、导电炭黑作为基本原料，制备水性导电碳浆。讨论了炭系导电填料的配比对聚酰胺树脂基水性导电碳浆的电阻率的影响。研究表明,在碳浆中导电填料含量固定的情况下，导电填料中石墨和炭黑的比例为2：3时，导电膜层具有更低的电阻，平均电阻率为0.937×10-2Ω・m。增大或者减小炭黑的比例均使电阻增大，增加炭黑的比例可以提高碳浆的溶剂释放性能，缩短印刷膜层的干燥固化时间。

关键词：导电油墨；聚酰胺树脂；石墨；炭黑；电阻率

Abstract

In this paper, the water-based conductive carbon paste was prepared using the basic material of acrylic monomer modified polyamide resin, conductive graphite and conductive carbon black powder. The influence of the ratio of carbon-based conductive filler aqueous polyamide resin-based conductive carbon paste resistivity. The study have shown that, under the carbon paste conductive filler content is fixed, the proportion of the conductive filler in graphite and carbon black is 2: 3, the conductive layer has a lower resistance, mean resistance was 0.937×10-2Ω・m. Increasing or decreasing the proportion of carbon black are the resistance increases; increase the proportion of carbon black can improve solvent release properties of carbon paste,the printing time of drying and curing film to be shorten.

Keywords: Conductive ink; polyamide resin; graphite; carbon black; resistivity

目录

摘要 .................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. I I 1 绪论 . (3)

1.1 前言 (3)

1.1.1 导电碳浆的优点 (3)

1.2 水性导电油墨研究意义 (4)

1.3 水性导电油墨的组成 (4)

1.3.1 导电填料 (4)

1.3.2 连结料 (4)

1.3.3 水性导电油墨所用的溶剂 (5)

1.3.4 水性导电油墨所用的助剂 (5)

1.3.5 水性油墨的印刷适性条件 (6)

1.4 导电机理 (7)

1.4.1 渗流效应理论 (7)

1.4.2 场致发射导电理论 (8)

1.4.3 量子隧道效应理论 (9)

1.5 导电油墨基本情况 (9)

1.5.1 导电油墨国内发展状况 (9)

1.5.2 导电油墨国外发展状况 (10)

1.6 研究内容 (10)

2 实验过程及原理 (11)

2.1 实验原料及仪器 (11)

2.1.1 实验原料 (11)

2.1.1 实验仪器设备 (12)

2.2 实验方法及步骤 (12)

2.3 树脂体系的制备 (13)

2.3.1 制备方法 (13)

2.3.2 丙烯酸与聚酰胺树脂接枝共聚的合成步骤 (13)

2.3.3 改性后的树脂乳液制备步骤 (14)

2.4 水性导电油墨的制备 (15)

3 碳系导电油墨性能测试 (16)

3.1 丝网印刷导电碳浆 (16)

3.1.1 导电碳浆的干燥固化 (16)

3.2 导电碳浆基本性能测试 (16)

3.2.1 细度测试 (16)

3.2.2 附着力测试 (17)

3.2.3 油墨稳定性的测试 (17)

3.2.4 油墨硬度的测试 (18)

3.3.5 导电碳浆膜层导电性能测试 (19)

3.3 印刷适应性 (21)

4 结论 (23)

参考文献 (24)

致谢 (26)

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30Ω/□/mil，与导电银浆（一般都小于50mΩ/□/mil）相比方阻值较大，但性能稳定、成本低、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：50Ω、100Ω、100kΩ、100MΩ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(10～20)℃。

4.微粒细：碳浆中的石墨或碳黑通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。