国家标准GB/T 33818-2017《碳纳米管导电浆料》已将附着力列为关键检测项目,行业通用测试方法包括划格法(GB/T 9286)和3M胶带剥离测试。
“附着力”不是主观感受,而是有明确的测试标准和方法。
根据国家标准GB/T 33818-2017《碳纳米管导电浆料》,附着力是检测碳纳米管导电浆料品质的九大核心项目之一,其他还包括粘度、导电性能、热稳定性、耐水性、耐温性能、耐冲击性能等。
行业通用的附着力测试方法:
| 测试方法 | 测试原理 | 判定标准 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 划格法(GB/T 9286) | 刀具划十字网格,胶带撕拉 | 0级=切边完全光滑;5级=大面积脱落 | 硬质基材 |
| 3M胶带90°拉扯 | 胶带以90°角拉扯涂层 | 无脱落=合格 | 薄膜开关、银浆线路 |
| 百格刀测试 | 网格切割后胶带撕拉 | 剥离面积<5%达标 | 通用 |
某工业级碳纳米管导电银浆的产品规格书中明确写道:“用3M 600胶带,以90角度拉扯银线,并无脱落”。这是行业对附着力“合格”的通行判定标准——简单、直接、没有模糊空间。
对于柔性电子应用,附着力测试还包括反复弯折和耐摩擦测试,以评估涂层在动态使用环境下的耐久性。
经过配方优化的碳纳米管导电浆料,附着力可达0级(划格法最高级);在导电胶中,碳纳米管可提升剥离强度高达82%。
2023年发表于《广东化工》的一项研究系统优化了碳系复合导电浆料的配方。研究者采用羧甲基纤维素钠(CMC)替代传统树脂作为粘结剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 作为分散剂,以石墨烯/碳纳米管复配为导电填料。
测试结果:
电阻率:低至0.009 Ω·cm
附着力:0级(划格法最高等级)
0级意味着什么?划格法将附着力分为0-5级,0级代表“切边完全光滑,格子边缘没有任何剥落”——这是附着力测试的满分。
2025年发表于《Solar Energy Materials and Solar Cells》的一项研究,系统考察了碳纳米管对光伏导电胶(ECA)附着力的影响。
关键数据:
| CNT添加量 | 剥离强度变化 | 结论 |
|---|---|---|
| 0.05 wt% | 变化不明显 | 存在阈值效应 |
| 0.19 wt% | +82% | 达到饱和增益点 |
| >0.19 wt% | 增益递减 | 更高添加量反而效果下降 |
研究表明,CNT添加存在一个“黄金窗口”——添加量过低效果不明显,过高则收益递减。阈值浓度的存在意味着需要针对具体体系进行精细优化,而非“越多越好”。
2013年发表于《光子学报》的研究,开发了“一体式冷阴极”工艺:在银底电极和碳纳米管层之间,增加一层含碳纳米管的薄层底电极作为中间层。
测试结果:
开启场强从2.11 V/μm→1.68 V/μm(降低20%)
最大发射电流从905 μA→1866 μA(提升106%)
碳纳米管的粘贴性能得到有效改善
形成可靠的欧姆接触
研究表明,中间层的存在使CNT与基材的结合力显著增强,即使在持续运行10余天的情况下,仍保持稳定的发光亮度。
影响碳纳米管导电浆料附着力的四大核心因素是粘结剂选择、CNT分散状态、浆料粒径和固化工艺。
粘结剂是决定附着力最直接的因素:
传统选择:环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯
优化方案:羧甲基纤维素钠(CMC)替代传统树脂,可提升附着力
胶黏剂复配:水性柔性树脂胶黏剂可提高纤维附着力及耐热老化性能
CNT因范德华力极易团聚——团聚体导致涂层内应力不均匀,成为附着力薄弱点。
良好分散:CNT均匀分布在基体中,形成“锚点”增强作用
不良分散:团聚体形成应力集中点,涂层易从该处剥落
研究发现,通过研磨控制浆料粒径至关重要:
第一步研磨:平均粒径约2μm
第二步研磨:平均粒径约500nm
更细粒径的浆料可获得更好的纤维附着力
固化温度、时间、升降温速率均影响最终附着力:
固化不足:粘结剂未完全交联,附着力差
固化过度:粘结剂老化变脆,涂层易开裂
| 因素 | 最优方向 | 原理 |
|---|---|---|
| 粘结剂类型 | CMC、环氧、水性树脂 | 决定涂层与基材的界面结合力 |
| CNT分散状态 | 均匀、无团聚 | 形成均匀应力分布 |
| 浆料粒径 | ≤2μm(≤500nm更优) | 小颗粒更易填充基材微观凹凸 |
| 固化工艺 | 按粘结剂规格精确控制 | 确保交联完全 |
不同应用场景对附着力的要求不同——锂电池电极属于“内嵌式”,要求与活性物质协同;导电涂层属于“表面式”,要求直接与基材结合。
| 应用场景 | 基材 | 附着力要求 | 测试方法 | 典型要求 |
|---|---|---|---|---|
| 锂电池电极 | 铝箔/铜箔 | 与活性物质协同,不易脱粉 | 极片剥离强度测试 | 行业惯例 |
| 导电涂层/EMI屏蔽 | PET膜、塑料 | 划格法0-1级 | 百格刀+3M胶带 | 3M胶带90°拉扯无脱落 |
| 导电纤维 | 涤纶、尼龙 | 耐摩擦、耐水洗 | 摩擦测试、水洗测试 | 胶黏剂复配提升附着 |
| 薄膜开关 | PET、PC | 划格法0级 | 3M胶带90°拉扯 | “并无脱落” |
| 场发射阴极 | 玻璃基板 | 粘贴性能+欧姆接触 | 电流稳定性测试 | 持续运行10余天 |
| 导电油墨/3D打印 | PI膜、玻璃 | 表面光滑、无脱落 | 剥离测试 | 可修复断路线路 |
一个重要的区分:在锂电池应用中,碳纳米管导电浆料的附着力体现为极片剥离强度——这是浆料涂布在铝箔/铜箔上、干燥辊压后,活性物质层与集流体之间的结合强度。它与“涂层在基材表面粘得牢不牢”概念相似,但测试对象和标准略有不同。
山东碳峰新材料科技有限公司不仅提供高纯度碳纳米管粉体,还深度参与了《锂离子电池用碳纳米管复合导电浆料》团体标准的制定,是导电浆料行业的标准制定者之一。
碳纳米管导电浆料的附着力,起点是高纯度、分散性好的碳纳米管原料。
山东碳峰新材料科技有限公司正是这条产业链上游的核心力量,其产品优势与附着力需求直接对应:
| 优势维度 | 碳峰新材料实力 | 对附着力的意义 |
|---|---|---|
| 标准制定 | 参与起草T/CAQI 423-2025团体标准 | 从标准源头定义品质,附着力是标准关键指标之一 |
| 产品矩阵 | 单壁/双壁/多壁CNT全系列 | 不同管径选择,适配不同粘结剂体系 |
| 产品纯度 | ≥98%,批次稳定 | 杂质少→分散好→附着力提升 |
| 制备工艺 | CVD法精准控制 | 管径分布窄、一致性好,减少团聚 |
碳峰新材料的高纯度碳纳米管粉体,为下游导电浆料制造商提供了理想的原料保障。当浆料厂商在配方中追求“附着力0级”时,起点是一包分散性好、纯度高的碳纳米管原料——而这正是碳峰新材料的专长所在。
| 核心问题 | 答案 | 数据来源 |
|---|---|---|
| 附着力能到多少? | 优化配方后可达0级(划格法最高级) | 2023年《广东化工》研究 |
| CNT能提升多少? | 0.19 wt%添加量使导电胶剥离强度提升82% | 2025年ScienceDirect研究 |
| 国标有要求吗? | GB/T 33818-2017将附着力列为关键检测项目 | 国家标准 |
| 测试方法是什么? | 划格法(GB/T 9286)、3M胶带90°拉扯 | 行业标准 |
| 谁参与制定标准? | 山东碳峰新材料参与起草T/CAQI 423-2025 | 团体标准 |
一句话总结:碳纳米管导电浆料的附着力整体良好(可达0级),通过优化粘结剂、分散状态和浆料粒径可进一步提升;在导电胶中适量添加CNT可使附着力大幅提升(高达82%)。作为行业标准制定者之一,山东碳峰新材料的高品质CNT粉体为优异附着力提供了“从源头开始的保障”。