【摘要】：精密紋理模具是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表面具有微米級紋理結(jié)構(gòu)的新型模具,已廣泛應(yīng)用于汽車、電子通信和儀器儀表等領(lǐng)域。精密紋理模具上的紋理信息來源于原始包覆模型或激光雕刻模型,它是通過翻印模型復(fù)制原始紋理信息,再經(jīng)表面金屬化處理得到具有相同精細(xì)結(jié)構(gòu)的金屬模具。由于該模具制造過程涉及多種模具翻制及導(dǎo)電化處理,極易造成紋理失真和尺寸變形等問題。因此,本文采用溶液稀釋法和共固化法,以導(dǎo)電炭黑和氧化石墨烯為導(dǎo)電填料,制備具有優(yōu)異仿真性和尺寸穩(wěn)定性的加成型導(dǎo)電硅橡膠材料及翻印模型,并對該模型的固化能力、導(dǎo)電機(jī)理、表面金屬化性能以及紋理仿真度等進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下:采用共固化法制備了基礎(chǔ)硅橡膠及導(dǎo)電硅橡膠,結(jié)合硅橡膠的脫模效果、翻印效果及交聯(lián)密度確定了兩種硅橡膠的最佳交聯(lián)劑添加量分別為12份和20份;分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電炭黑吸附的水及表面的羥基能與含氫硅油中硅氫鍵反應(yīng),阻礙硅乙烯基與硅氫鍵的加成反應(yīng),通過增加交聯(lián)劑含量可以提高導(dǎo)電硅橡膠的交聯(lián)度。采用溶液稀釋法制備了導(dǎo)電硅橡膠,該方法能夠改善導(dǎo)電炭黑在硅橡膠中的分散狀態(tài),從而有效降低基體的電阻值。經(jīng)溶液稀釋處理后,當(dāng)導(dǎo)電炭黑的添加量為8份時,導(dǎo)電硅橡膠的電阻值下降了兩個數(shù)量級,但溶劑揮發(fā)后的硅橡膠的加工粘度大大增加,給翻印模具的制造增加了困難。采用共固化法制備了硅橡膠翻印模型,研究了模型的導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性及翻印效果。該模型經(jīng)500次反復(fù)彎曲后電阻值仍然保持穩(wěn)定,其電阻值最低為15.8Ω遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商品化導(dǎo)電硅橡膠的電阻值。導(dǎo)電炭黑的加入提高了導(dǎo)電硅橡膠的熱穩(wěn)定性。利用共聚焦顯微鏡的三維成像技術(shù)研究并計算了硅橡膠翻印模型的花紋復(fù)制效果,二維圖像證明導(dǎo)電硅橡膠模型能夠用作翻印模型使用;利用橫截面線處的復(fù)制率及顯微鏡提取面的花紋深度方向損失比R,多角度地表征了紋理的損失情況,模型的翻印效果隨導(dǎo)電炭黑添加量的增加而減弱。采用電化學(xué)沉積的方法對硅橡膠翻印模型進(jìn)行了表面金屬化試驗,表征了硅橡膠表面電阻值與金屬化性能的關(guān)系。硅橡膠翻印模型電阻值在小于91.3Ω時能夠達(dá)到專業(yè)級赫爾槽銅片的電沉積效果,在電流密度相同的情況下,陰極的電阻值越小,電沉積速率越快。為了探究氧化石墨烯的加入能否顯著提高導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性能,制備了導(dǎo)電炭黑/氧化石墨烯導(dǎo)電硅橡膠。實驗結(jié)果證明:當(dāng)氧化石墨烯的添加量為10份時,導(dǎo)電硅橡膠的電阻值為94.4Ω,與僅添加12份導(dǎo)電炭黑時的導(dǎo)電硅橡膠電阻值91.3Ω相差不大。由于氧化石墨烯的成本較高,導(dǎo)電性能和熱穩(wěn)定性能一般,故不適合用于制備導(dǎo)電硅橡膠模型。
【圖文】：

圖 1.3 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1.3 Schematic diagram of graphene oxide structure電炭黑的外觀呈黑色粉末，一般以粒子或粒子聚集體的形態(tài)存在。每個碳原子在層面中與周圍的碳原子以共價鍵的形式結(jié)合，形成個 σ 鍵，其中 π 電子云呈封閉狀，，π 電子為整個平面碳原子所有，個平面，使碳粒子本身具有良好的導(dǎo)電性。導(dǎo)電炭黑除了碳元素外其他的微量元素如氫、氧等，而微量元素與碳元素在炭黑表面形成，從而影響了炭黑的性能[60]。由于導(dǎo)電炭黑的單位密度小，價格低優(yōu)異，是目前應(yīng)用最多的導(dǎo)電填料。文制得的導(dǎo)電硅橡膠模型用于制備精密紋理模具。這種用途的導(dǎo)電要求上既要能夠達(dá)到良好的導(dǎo)電性能，實現(xiàn)有效的電沉積，又要保效果，翻制出原始紋理的形貌。故本文選用導(dǎo)電炭黑及單層氧化石填料。

圖 1.4 電阻率隨導(dǎo)電填料含量的變化曲線Curve of resistivity versus content of conduc率隨導(dǎo)電填料含量的變化趨勢如圖 1.4 所示.4 可知，當(dāng)導(dǎo)電填料的含量達(dá)到某一臨界值突變，根據(jù)體積電阻率的變化趨勢可將材料高電阻率穩(wěn)定區(qū)（A）、電阻率突變區(qū)（B定區(qū)（A），當(dāng)導(dǎo)電填料的含量較低時，導(dǎo)導(dǎo)電粒子之間的間距較大，難以形成有效的，在到達(dá)臨界值之前，硅橡膠基體內(nèi)部的導(dǎo)高，且隨導(dǎo)電填料的變化趨勢較慢。區(qū)（B），當(dāng)導(dǎo)電填料的含量超過滲流閾值粒子之間接觸的幾率大大增加，導(dǎo)電硅橡膠
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ333.93

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8 劉f替

本文編號：2612951