CN105238053A - 一种碳硅杂化硅橡胶电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳硅杂化硅橡胶电缆料，它是由下述重量份的原料组成的：4-二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇缩丁醛2-3、邻苯二甲酸二正辛酯17-20、防老剂AW4-5、硅酸钾钠4-7、硅橡胶370-400、丙烯酸80-90、N，Nˊ-二环己基碳酰亚胺80-100、四氢呋喃300-460、65-68wt%的硫酸120-150、95-98wt%的硝酸100-130、正硅酸乙酯30-40、氨水2-3、硫化剂双254-5、聚酰亚胺2-3、硅烷偶联剂KH5501.3-2、碳纳米管50-60。本发明的电缆料采用碳硅杂化，表面强度高，抗性好，不易损毁，使用寿命长。

Description

一种碳硅杂化硅橡胶电缆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种碳硅杂化硅橡胶电缆料及其制备方法。

背景技术

由于碳纳米管能够提高复合材料的力学性能、电性能以及其他性能，所以碳纳米管/橡胶复合材料引起越来越多的关注。为了实现增强的目的,有两个问题需要解决:一个是碳纳米管的分散问题、另一个是碳纳米管和基体的界面问题由于碳纳米管表面比较惰性,而且比表面积比较大易造成团聚,所以碳纳米管增强聚合物的效果不是很明显"基于这个原因,很多人开始对碳纳米管进行物理或化学处理，在这些方法当中,酸处理产生含氧基团的方法是一种常用且高效的,因为它可以提供有效的/反应点，从而与基体树脂实现化学键连接"但是,大多数情况下,这种方法产生的基团往往很少,不能够提供足够的连接与基体键合"所以，为了实现反应点的增多，就需要引入更多的官能团，来与基体树脂作用。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种碳硅杂化硅橡胶电缆料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳硅杂化硅橡胶电缆料，它是由下述重量份的原料组成的：

4-二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇缩丁醛2-3、邻苯二甲酸二正辛酯17-20、防老剂AW4-5、硅酸钾钠4-7、硅橡胶370-400、丙烯酸80-90、N，N'-二环己基碳酰亚胺80-100、四氢呋喃300-460、65-68wt%的硫酸120-150、95-98wt%的硝酸100-130、正硅酸乙酯30-40、氨水2-3、硫化剂双254-5、聚酰亚胺2-3、硅烷偶联剂KH5501.3-2、碳纳米管50-60。

一种所述的碳硅杂化硅橡胶电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述65-68wt%的硫酸、95-98wt%的硝酸混合，搅拌均匀，加入碳纳米管，超声搅拌20-24小时，在120-140℃下冷凝回流50-60分钟，抽滤，水洗，烘干，得酸化碳纳米管；

（2）将上述酸化碳纳米管、丙烯酸、N，N'-二环己基碳酰亚胺、四氢呋喃、4-二甲氨基吡啶混合，超声20-30分钟，升高温度为60-65℃，滴加上述硅烷偶联剂KH550，在氮气保护下，磁力搅拌46-50小时，抽滤，真空干燥，得硅烷改性碳纳米管；

（3）将上述硅酸钾钠加入到10-12倍水中，搅拌均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛，在70-80℃下保温搅拌10-20分钟，得液a；

（4）将上述聚酰亚胺加入到10-13倍无水乙醇中，送入260-300℃的油浴中，保温搅拌3-5分钟，出料冷却，与上述液a混合，滴加浓盐酸，调节PH为1-2，加入上述邻苯二甲酸二正辛酯重量的30-40%，搅拌反应1-2小时，抽滤，水洗3-4次，真空干燥，得改性硅化物；

（5）将上述改性硅化物加入到3-4倍无水乙醇中，搅拌分散6-10分钟；

（6）将上述硅烷改性碳纳米管加入到其重量100-120倍去离子水中，超声搅拌1-2小时，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，继续超声10-20分钟，加入正硅酸乙酯、氨水，50-60℃下保温反应4-6小时，抽滤，水洗，真空干燥，得碳硅杂化复合材料；

（7）将上述碳硅杂化复合材料与除了硫化剂双25以外的各原料混合，送入开炼机混炼均匀，将混炼胶进行薄通，加入硫化剂双25，在平板硫化机上模压成型，硫化温度为168-170℃。

本发明的优点是：

本发明的反应机理是：

丙烯酸低聚物通过醋化反应接枝到了酸化碳纳米管表面，丙烯酸的引入为下一步的反应提供了大量的羧基反应点，同时众多的羧基基团能够改善官能化碳纳米管的分散性；然后羧基可以很容易和硅烷偶联剂KH550发生反应，转变成硅氧烷基，最后再在碱性条件下水解为硅氧醇基；在碱性环境下，以硅氧醇基为反应点，通过正硅酸乙醋的水解，在官能化碳纳米管表面原位生成二氧化硅颗粒。

本发明的电缆料具有很高的拉伸强度和硬度，是由于：

（1）碳纳米管与硅橡胶的高分子链之间通过开炼作用、相互缠绕形成了立体的网络结构；

（2）由于二氧化硅改性的碳纳米管表面有二氧化硅颗粒，使得管的表面凹凸不平，在碳纳米管/硅橡胶复合材料进行受力时，碳纳米管和高分子链之间的滑移变得更加困难，有利于力学性能的提高；

（3）二氧化硅改性的碳纳米管表面含有大量的硅羟基，它们可以和硅橡胶的主链之间发生氢键作用，使得二氧化硅改性的碳纳米管与硅橡胶之间的界面作用更加牢固。

本发明的电缆料采用碳硅杂化，表面强度高，抗性好，不易损毁，使用寿命长。

具体实施方式

一种碳硅杂化硅橡胶电缆料，它是由下述重量份的原料组成的：

4二甲氨基吡啶7、聚乙烯醇缩丁醛2、邻苯二甲酸二正辛酯17、防老剂AW4、硅酸钾钠4、硅橡胶370、丙烯酸80、N，N'二环己基碳酰亚胺80、四氢呋喃300、65wt%的硫酸120、95wt%的硝酸100、正硅酸乙酯30、氨水2、硫化剂双254、聚酰亚胺2、硅烷偶联剂KH5501.3、碳纳米管50。

一种所述的碳硅杂化硅橡胶电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述65wt%的硫酸、95wt%的硝酸混合，搅拌均匀，加入碳纳米管，超声搅拌20小时，在120℃下冷凝回流50分钟，抽滤，水洗，烘干，得酸化碳纳米管；

（2）将上述酸化碳纳米管、丙烯酸、N，N'二环己基碳酰亚胺、四氢呋喃、4二甲氨基吡啶混合，超声20分钟，升高温度为60℃，滴加上述硅烷偶联剂KH550，在氮气保护下，磁力搅拌46小时，抽滤，真空干燥，得硅烷改性碳纳米管；

（3）将上述硅酸钾钠加入到10倍水中，搅拌均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛，在70℃下保温搅拌10分钟，得液a；

（4）将上述聚酰亚胺加入到10倍无水乙醇中，送入260℃的油浴中，保温搅拌3分钟，出料冷却，与上述液a混合，滴加浓盐酸，调节PH为1，加入上述邻苯二甲酸二正辛酯重量的30%，搅拌反应1小时，抽滤，水洗3次，真空干燥，得改性硅化物；

（5）将上述改性硅化物加入到3倍无水乙醇中，搅拌分散6分钟；

（6）将上述硅烷改性碳纳米管加入到其重量100倍去离子水中，超声搅拌1小时，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，继续超声10分钟，加入正硅酸乙酯、氨水，50℃下保温反应4小时，抽滤，水洗，真空干燥，得碳硅杂化复合材料；

（7）将上述碳硅杂化复合材料与除了硫化剂双25以外的各原料混合，送入开炼机混炼均匀，将混炼胶进行薄通，加入硫化剂双25，在平板硫化机上模压成型，硫化温度为168℃。

性能测试：

断裂伸长率：517%；

抗张强度：7.8N/mm2；

老化后抗张强度保留率（120℃、170h）：75%；

老化后断裂伸长保留率（120℃、170h）：80%。

Claims (2)

1.一种碳硅杂化硅橡胶电缆料，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的：

4-二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇缩丁醛2-3、邻苯二甲酸二正辛酯17-20、防老剂AW4-5、硅酸钾钠4-7、硅橡胶370-400、丙烯酸80-90、N，N'-二环己基碳酰亚胺80-100、四氢呋喃300-460、65-68wt%的硫酸120-150、95-98wt%的硝酸100-130、正硅酸乙酯30-40、氨水2-3、硫化剂双254-5、聚酰亚胺2-3、硅烷偶联剂KH5501.3-2、碳纳米管50-60。

2.一种如权利要求1所述的碳硅杂化硅橡胶电缆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将上述65-68wt%的硫酸、95-98wt%的硝酸混合，搅拌均匀，加入碳纳米管，超声搅拌20-24小时，在120-140℃下冷凝回流50-60分钟，抽滤，水洗，烘干，得酸化碳纳米管；

（2）将上述酸化碳纳米管、丙烯酸、N，N'-二环己基碳酰亚胺、四氢呋喃、4-二甲氨基吡啶混合，超声20-30分钟，升高温度为60-65℃，滴加上述硅烷偶联剂KH550，在氮气保护下，磁力搅拌46-50小时，抽滤，真空干燥，得硅烷改性碳纳米管；

（3）将上述硅酸钾钠加入到10-12倍水中，搅拌均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛，在70-80℃下保温搅拌10-20分钟，得液a；

（4）将上述聚酰亚胺加入到10-13倍无水乙醇中，送入260-300℃的油浴中，保温搅拌3-5分钟，出料冷却，与上述液a混合，滴加浓盐酸，调节PH为1-2，加入上述邻苯二甲酸二正辛酯重量的30-40%，搅拌反应1-2小时，抽滤，水洗3-4次，真空干燥，得改性硅化物；

（5）将上述改性硅化物加入到3-4倍无水乙醇中，搅拌分散6-10分钟；

（6）将上述硅烷改性碳纳米管加入到其重量100-120倍去离子水中，超声搅拌1-2小时，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，继续超声10-20分钟，加入正硅酸乙酯、氨水，50-60℃下保温反应4-6小时，抽滤，水洗，真空干燥，得碳硅杂化复合材料；

（7）将上述碳硅杂化复合材料与除了硫化剂双25以外的各原料混合，送入开炼机混炼均匀，将混炼胶进行薄通，加入硫化剂双25，在平板硫化机上模压成型，硫化温度为168-170℃。