CN102504358A - 一种高导热橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热橡胶复合材料及其制备方法。其组成按质量份计为：橡胶100，氧化锌4～6，硬脂酸1～3，防老剂1～2，碳黑40～60，促进剂1～1.5，硫磺1～3，导热剂50～170。所述制作方法包括以下工艺步骤：将橡胶加入开炼机中，包辊后依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、炭黑、导热剂，最后加入硫黄。胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5mm出片。将料片放入模具，在平板硫化机上硫化，硫化时间为15~20分钟,硫化温度为160～165℃，硫化压力10～12MPa。本发明的材料具有优良的物理机械性能，高导热系数。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高导热橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
随着微电子组装向密集化方向发展，电子元件的工作环境温度不断升高，导致其工作可靠性明显下降。因此及时散热成为影响电子元件使用寿命的重要因素。导热橡胶作为具有极强导热性能的一类橡胶基复合材料，在电子、电气、军工等领域中需要散热、传热、绝缘、减震等部位得到了广泛应用。导电橡胶对于电子产品的密集化、可靠性提高、小型化及延长使用寿命都具有重要意义。
导热橡胶分为本征型导热橡胶和填充型导热橡胶。因为价格相对较低,成型加工方便,配方和工艺灵活多变，所以填充型导热橡胶在众多需要散热、传热、减震等领域中得到广泛应用。橡胶本身的导热性能很差，通过向其中填充入具有较高导热性能的导热剂，就可以明显提高橡胶复合材料的导热性能。目前工业化生产的导热橡胶，橡胶品种局限于硅橡胶。而针对顺丁橡胶、三元乙丙橡胶等品种的产品还未出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高导热橡胶复合材料及其制备方法，使得制得的材料具有突出的导热性和物理机械性能。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种高导热橡胶复合材料，其特征在于，其组成按质量份计为：
橡胶 100；
氧化锌 4～6；
硬脂酸 1～3；
防老剂 1～2；
碳黑 40～60；
促进剂 1～1.5；
硫磺 1～3；
导热剂 50～170。
上述的高导热橡胶复合材料中，所述橡胶为天然橡胶NR、丁腈橡胶NBR、丁苯橡胶SBR、三元乙丙橡胶EPDM、顺丁橡胶BR中的一种或两种以上复合。
上述的高导热橡胶复合材料中，所述的导热剂为氧化物、氮化物（氮化铝、氮化硅、氮化硼等）、碳化物、炭黑、石墨、碳纤维及不锈钢纤维中的一种或两种以上复合。
上述的高导热橡胶复合材料中，所述氧化物为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化锌、氧化铍中的一种以上；所述氮化物为氮化铝、氮化硅、氮化硼中的一种以上；所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化硼中的一种以上。所述导热剂为微米或纳米级导热剂。
上述的高导热橡胶复合材料中，所述的防老剂为防老剂RD或防老剂4010NA。
上述的高导热橡胶复合材料中，所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂DTDM或促进剂NOBS。
上述的高导热橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a：将橡胶加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、炭黑、导热剂，最后加入硫黄；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片；
b：将步骤a最后得到的料片放入模具，在平板硫化机上硫化，硫化时间为15~20 分钟, 硫化温度为160～165℃，硫化压力10～12 MPa，即得所述高导热橡胶复合材料。
上述的制备方法中，所述模具的模腔长×宽为150mm×75mm，厚度为2或6.5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1：本发明采用新型高效导热剂进行填充，在同样填充量的情况下，制得的橡胶复合材料导热性较好。
2：本发明提出的高导热橡胶复合材料的制造工艺简单，工序少，成本较低。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实施例1：
将三元乙丙橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份、微米级碳化硅90份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为15分钟, 硫化温度为160℃，硫化压力10MPa。
实施例2：
将三元乙丙橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份、微米级碳化硅150份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为15分钟, 硫化温度为160℃，硫化压力10MPa。
实施例3：
将三元乙丙橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份、纳米级碳化硅150份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为15分钟, 硫化温度为160℃，硫化压力10MPa。
实施例4：
将三元乙丙橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份、微米级氧化铝90份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为15分钟, 硫化温度为160℃，硫化压力10MPa。
实施例5：
将天然橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份、微米级碳化硅90份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为17分钟, 硫化温度为165℃，硫化压力11MPa。
对比例1：
将三元乙丙橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为15分钟, 硫化温度为160℃，硫化压力10MPa。
对比例2：
将天然橡胶100份加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌5份、硬脂酸2份、RD防老剂1份、CZ促进剂1.2份、炭黑50份，最后加入硫黄2份；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片。将料片放入模具（模腔长×宽 150mm×75mm，厚度2或6.5mm），在平板硫化机上硫化，硫化时间为17分钟, 硫化温度为165℃，硫化压力11MPa。
表1
| 测试标准 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 橡胶品种 | 三元乙丙橡胶 | 三元乙丙橡胶 | 三元乙丙橡胶 | 三元乙丙橡胶 | 天然橡胶 | 三元乙丙橡胶 | 天然橡胶 | |
| 导热剂品种及用量 | 微米级碳化硅90份 | 微米级碳化硅150份 | 纳米级碳化硅150份 | 微米级氧化铝90份 | 微米级碳化硅90份 | |||
| 导热系数W/(m·K) | GB/T 11205－2009 | 0.453 | 0.879 | 1.057 | 0.411 | 0.429 | 0.298 | 0.326 |
| 拉伸强度MPa | GB/T 528－2009 | 10.6 | 13.9 | 15.7 | 9.4 | 9.9 | 25.1 | 23.8 |
| 延伸率% | GB/T 528－2009 | 320 | 262 | 287 | 304 | 353 | 521 | 648 |
| 硬度（邵A） | GB/T 531.1－2008 | 72 | 78 | 77 | 72 | 73 | 70 | 72 |
实施例1～5、对比例1，2的材料性能见表1，从表中可以看出，随着导热剂含量的增加，橡胶复合材料的导热系数、拉伸强度和硬度均明显增大，而延伸率不断减小。相对而言纳米级导热剂的加入，对复合材料导热系数的提升效果更为明显，同时对复合材料体系力学性能的不利影响较小。选用不同的橡胶基体所制备出复合材料的各项物性，均存在一定差异。该现象与橡胶品种、本身极性、与导热剂间的相互作用程度有关。
以上对本发明所提供的一种高导热橡胶复合材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种高导热橡胶复合材料，其特征在于，其组成按质量份计为：
橡胶 100；
氧化锌 4～6；
硬脂酸 1～3；
防老剂 1～2；
碳黑 40～60；
促进剂 1～1.5；
硫磺 1～3；
导热剂 50～170。
2.如权利要求1所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于：所述橡胶为天然橡胶NR、丁腈橡胶NBR、丁苯橡胶SBR、三元乙丙橡胶EPDM、顺丁橡胶BR中的一种或两种以上复合。
3.如权利要求1所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于：所述的导热剂为氧化物、氮化物、碳化物、炭黑、石墨、碳纤维及不锈钢纤维中的一种或两种以上复合。
4.如权利要求3所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于所述氧化物为氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化锌、氧化铍中的一种以上；所述氮化物为氮化铝、氮化硅、氮化硼中的一种以上；所述碳化物为碳化硅、碳化钛、碳化硼中的一种以上。
5.如权利要求4所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于所述导热剂为微米或纳米级导热剂。
6.如权利要求1所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于：所述的防老剂为防老剂RD或防老剂4010NA。
7.如权利要求1所述的高导热橡胶复合材料，其特征在于：所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂DTDM或促进剂NOBS。
8.一种制备如权利要求1所述高导热橡胶复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
a：将橡胶加入开放式炼胶机上进行混炼, 辊温为40～50℃,辊距调为1mm,薄通5次,然后调大辊距使生胶包辊；待胶料表面光滑后,依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂、炭黑、导热剂，最后加入硫黄；胶料混合均匀后,再薄通并打三角包、打卷各5次,调辊距到1.5 mm出片；
b：将步骤a最后得到的料片放入模具，在平板硫化机上硫化，硫化时间为15~20 分钟, 硫化温度为160～165℃，硫化压力10～12 MPa，即得所述高导热橡胶复合材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述模具的模腔长×宽为150mm×75mm，厚度为2或6.5mm。
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