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