CN105820388A - 一种导电丁腈橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电橡胶领域，具体涉及一种导电丁腈橡胶及其制备方法，所述导电丁腈橡胶由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶80‑110份、纳米累托石22‑28份、膨胀石墨10‑15份、碳纳米管4‑6份、镀银铜粉18‑22份、氧化锌4‑6份、硬脂酸0.5‑1.5份、钛酸酯偶联剂1‑3份、过氧化二异丙苯2‑3份、二甲基丙烯酸镁2‑3份、二硫化四甲基秋兰姆2‑3份、硫磺0.5‑1份、CuSO₄粉末5‑8份、改性纳米氮化硅2‑4份、纳米SiO₂0.5‑1份、N，N'‑二仲丁基对苯二胺1.5‑3份、阻燃剂2‑3份。其制备方法简单高效，主要包括混炼、硫化等步骤。本发明的导电丁腈橡胶在满足高强度、高导电性要求的同时，还具有很好的耐高温性、耐低温性、抗老化性及优异的力学性能。

Description

一种导电丁腈橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电橡胶领域，具体涉及一种导电丁腈橡胶及其制备方法。

技术背景

导电橡胶按照结构可以分为填充性和结构性两类，由于导电高分子的制备十分复杂，无法实际应用，所以当前应用前景最广泛的都是结构性导电橡胶。它是以弹性体为基础体加上导电填料制成，既有弹性体又具有导电性两种功能性材料。根据其实际应用，弹性体可以是通用橡胶，也可以是聚氨酯、硅橡胶等特种橡胶，所用导电填料有炭素类和有色金属类。目前导电橡胶广泛的应用于电子、电信、电力、军工、航天、航空等领域中。

丁腈橡胶作为一种较好的导电橡胶基体，通过合理的配方可使其自身具有优异的综合性能，并满足高强度、高导电性的要求。中国专利CN 104672544 A公开了一种“竹炭基导电橡胶材料”，该导电橡胶电阻率小、导电率较高、屏蔽效果好，但是其耐高温性、耐老化性及力学性能仍需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电丁腈橡胶及其制备方法，该导电丁腈橡胶满足高强度、高导电性的要求，同时具有很好的耐高温性、耐低温型、抗老化性及优异的力学性能。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶80-110份、纳米累托石22-28份、膨胀石墨10-15份、碳纳米管4-6份、镀银铜粉18-22份、氧化锌4-6份、硬脂酸0.5-1.5份、钛酸酯偶联剂1-3份、过氧化二异丙苯2-3份、二甲基丙烯酸镁2-3份、二硫化四甲基秋兰姆2-3份、硫磺0.5-1份、CuSO₄粉末5-8份、改性纳米氮化硅2-4份、纳米SiO₂0.5-1份、N，N'-二仲丁基对苯二胺1.5-3份、阻燃剂2-3份。

优选地，所述导电丁腈橡胶由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶95份、纳米累托石25份、膨胀石墨12份、碳纳米管5份、镀银铜粉20份、氧化锌5份、硬脂酸1份、钛酸酯偶联剂2份、过氧化二异丙苯2份、二甲基丙烯酸镁2份、二硫化四甲基秋兰姆3份、硫磺1份、CuSO₄粉末6份、改性纳米氮化硅3份、纳米SiO₂0.8份、N，N'-二仲丁基对苯二胺2.5份、阻燃剂2份。

优选地，所述太酸酯偶联剂为配位体型偶联剂。

优选地，所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

优选地，所述阻燃剂为氢氧化镁。

导电丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取各原料；

(2)将膨胀石墨、碳纳米管、镀银铜粉、氧化锌、硬脂酸、纳米SiO₂、阻燃剂进行干燥，然后再粉碎细磨、混合均匀，得混合粉体；

(3)将钛酸酯偶联剂加入到乙醇溶液中，调节pH至钛酸酯偶联剂完全溶解，然后把混合粉体加入其中，充分搅拌后再进行超声波分散，使用喷雾干燥的方法对其进行干燥，使粉体表面包覆有一层钛酸酯偶联剂；

(4)先向炼胶机中加入丁腈橡胶和纳米累托石，混炼10-20min后，再加入CuSO₄粉末、改性纳米氮化硅；混炼10-20min后，加入N，N'-二仲丁基对苯二胺和步骤(3)中表面包覆有一层钛酸酯偶联剂的混合粉体，混炼均匀，再依次加入二甲基丙烯酸镁、过氧化二异丙苯、二硫化四甲基秋兰姆及硫磺；

(5)混炼完成后按确定的硫化压力和时间在平板硫化机上进行硫化。

本发明的有益效果是：本发明采用纳米累托石作为主要的补强材料，其具有优异的高温稳定性、高分散性、阻隔紫外线性，可有效提高丁腈橡胶的耐高温性及抗老化能力。添加的CuSO₄粉末，使丁腈橡胶所含的可配位腈基与CuSO₄中金属铜离子原位形成配位交联键，从而增加了其拉伸强度和断裂伸长率。适量添加的表面包覆有机硅偶联剂的纳米氮化硅则可增强其耐高温性、耐磨性及抗冲击性。二甲基丙烯酸镁以过氧化二异丙苯为引发剂，能有效的硫化橡胶，硫化胶具有较高的拉伸强度以及耐高温、低温性能、抗撕性、耐疲劳性，同时具有较佳的金属粘结性，镀银铜粉与橡胶粘结性好。采用多种导电填料相结合，使其导电效果优异。通过采用超声波分散、喷雾干燥的方法对包覆有钛酸酯偶联剂的混合粉体进行处理，可以使偶联剂更加均匀的包覆在各粉体粒子上，更好的改善了丁腈橡胶与填料之间的界面性能。本发明的导电丁腈橡胶在满足高强度、高导电性要求的同时，还具有很好的耐高温性、耐低温性、抗老化性及优异的力学性能。

具体实施例

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶95份、纳米累托石25份、膨胀石墨12份、碳纳米管5份、镀银铜粉20份、氧化锌5份、硬脂酸1份、配位体型钛酸酯偶联剂2份、过氧化二异丙苯2份、二甲基丙烯酸镁2份、二硫化四甲基秋兰姆3份、硫磺1份、CuSO₄粉末6份、改性纳米氮化硅3份、纳米SiO₂0.8份、N，N'-二仲丁基对苯二胺2.5份、氢氧化镁2份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取各原料；

(2)将膨胀石墨、碳纳米管、镀银铜粉、氧化锌、硬脂酸、纳米SiO₂、氢氧化镁进行干燥，然后再粉碎细磨、混合均匀，得混合粉体；

(3)将配位体型钛酸酯偶联剂加入到乙醇溶液中，调节pH至配位体型钛酸酯偶联剂完全溶解，然后把混合粉体加入其中，充分搅拌后再进行超声波分散，使用喷雾干燥的方法对其进行干燥，使粉体表面包覆有一层配位体型钛酸酯偶联剂；

(4)先向炼胶机中加入丁腈橡胶和纳米累托石，混炼15min后，再加入CuSO₄粉末、改性纳米氮化硅；混炼15min后，加入N，N'-二仲丁基对苯二胺和步骤(3)中表面包覆有一层钛酸酯偶联剂的混合粉体，混炼均匀，再依次加入二甲基丙烯酸镁、过氧化二异丙苯、二硫化四甲基秋兰姆及硫磺；

(5)混炼完成后按确定的硫化压力和时间在平板硫化机上进行硫化。

实施例2：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶80份、纳米累托石28份、膨胀石墨10份、碳纳米管6份、镀银铜粉18份、氧化锌6份、硬脂酸0.5份、配位体型钛酸酯偶联剂3份、过氧化二异丙苯2份、二甲基丙烯酸镁3份、二硫化四甲基秋兰姆2份、硫磺1份、CuSO₄粉末5份、改性纳米氮化硅4份、纳米SiO₂0.5份、N，N'-二仲丁基对苯二胺3份、氢氧化镁2份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取各原料；

(2)将膨胀石墨、碳纳米管、镀银铜粉、氧化锌、硬脂酸、纳米SiO₂、氢氧化镁进行干燥，然后再粉碎细磨、混合均匀，得混合粉体；

(3)将配位体型钛酸酯偶联剂加入到乙醇溶液中，调节pH至配位体型钛酸酯偶联剂完全溶解，然后把混合粉体加入其中，充分搅拌后再进行超声波分散，使用喷雾干燥的方法对其进行干燥，使粉体表面包覆有一层配位体型钛酸酯偶联剂；

(4)先向炼胶机中加入丁腈橡胶和纳米累托石，混炼20min后，再加入CuSO₄粉末、改性纳米氮化硅；混炼10min后，加入N，N'-二仲丁基对苯二胺和步骤(3)中表面包覆有一层钛酸酯偶联剂的混合粉体，混炼均匀，再依次加入二甲基丙烯酸镁、过氧化二异丙苯、二硫化四甲基秋兰姆及硫磺；

(5)混炼完成后按确定的硫化压力和时间在平板硫化机上进行硫化。

实施例3：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶110份、纳米累托石22份、膨胀石墨15份、碳纳米管4份、镀银铜粉22份、氧化锌4份、硬脂酸1.5份、配位体型钛酸酯偶联剂1份、过氧化二异丙苯3份、二甲基丙烯酸镁2份、二硫化四甲基秋兰姆3份、硫磺0.5份、CuSO₄粉末8份、改性纳米氮化硅2份、纳米SiO₂1份、N，N'-二仲丁基对苯二胺1.5份、氢氧化镁3份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取各原料；

(2)将膨胀石墨、碳纳米管、镀银铜粉、氧化锌、硬脂酸、纳米SiO₂、氢氧化镁进行干燥，然后再粉碎细磨、混合均匀，得混合粉体；

(3)将配位体型钛酸酯偶联剂加入到乙醇溶液中，调节pH至配位体型钛酸酯偶联剂完全溶解，然后把混合粉体加入其中，充分搅拌后再进行超声波分散，使用喷雾干燥的方法对其进行干燥，使粉体表面包覆有一层配位体型钛酸酯偶联剂；

(4)先向炼胶机中加入丁腈橡胶和纳米累托石，混炼10min后，再加入CuSO₄粉末、改性纳米氮化硅；混炼20min后，加入N，N'-二仲丁基对苯二胺和步骤(3)中表面包覆有一层钛酸酯偶联剂的混合粉体，混炼均匀，再依次加入二甲基丙烯酸镁、过氧化二异丙苯、二硫化四甲基秋兰姆及硫磺；

(5)混炼完成后按确定的硫化压力和时间在平板硫化机上进行硫化。

实施例4：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶100份、纳米累托石26份、膨胀石墨10份、碳纳米管6份、镀银铜粉22份、氧化锌4份、硬脂酸0.8份、配位体型钛酸酯偶联剂3份、过氧化二异丙苯2份、二甲基丙烯酸镁3份、二硫化四甲基秋兰姆3份、硫磺0.5份、CuSO₄粉末6份、改性纳米氮化硅3份、纳米SiO₂0.5份、N，N'-二仲丁基对苯二胺2份、氢氧化镁3份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法同实施例2。

实施例5：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶110份、纳米累托石28份、膨胀石墨10份、碳纳米管4份、镀银铜粉21份、氧化锌6份、硬脂酸0.5份、配位体型钛酸酯偶联剂1份、过氧化二异丙苯3份、二甲基丙烯酸镁3份、二硫化四甲基秋兰姆2份、硫磺0.5份、CuSO₄粉末8份、改性纳米氮化4份、纳米SiO₂0.5份、N，N'-二仲丁基对苯二胺1.5份、氢氧化镁3份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法同实施例3。

实施例6：

一种导电丁腈橡胶，由以下重量份的原料组成：

丁腈橡胶85份、纳米累托石24份、膨胀石墨12份、碳纳米管4份、镀银铜粉19份、氧化锌4份、硬脂酸1.5份、钛酸酯偶联剂2份、过氧化二异丙苯2份、甲基丙烯酸镁3份、二硫化四甲基秋兰姆2份、硫磺0.6份、CuSO₄粉末7份、改性纳米氮化硅3份、纳米SiO₂1份、N，N'-二仲丁基对苯二胺3份、氢氧化镁2.5份。

所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

导电丁腈橡胶的制备方法同实施例3。

性能测试：

(一)电阻测试

将实施例1-6制得的硅基导电橡胶，通过在170℃模压10分钟制得厚2mm，120mm×120mm的矩形片，测电阻，制得的导电丁腈橡胶具有良好的导电性。

(二)拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度测试

将实施例1-6所制得的导电丁腈橡胶按GB/T 528-1998和GB/T529-1999测试其拉伸强度，断裂伸长率及撕裂强度，结果(见表1)，表明本发明具有优异的力学性能。

(三)耐老化性能测试

老化试验1：将由实施例1-6制得的导电丁腈橡胶，通过在170℃模压10分钟制得厚2mm，120mm×120mm的矩形片，在150℃下烘烤72小时，测其老化电阻，拉伸强度，断裂伸长率及撕裂强度，结果(见表1)所示，各项性能指标变化不大，表明本发明具有很好的抗老化性能及电性能稳定性。

表1 导电丁腈橡胶测试结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种导电丁腈橡胶，其特征在于，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶80-110份、纳米累托石22-28份、膨胀石墨10-15份、碳纳米管4-6份、镀银铜粉18-22份、氧化锌4-6份、硬脂酸0.5-1.5份、钛酸酯偶联剂1-3份、过氧化二异丙苯2-3份、二甲基丙烯酸镁2-3份、二硫化四甲基秋兰姆2-3份、硫磺0.5-1份、CuSO₄粉末5-8份、改性纳米氮化硅2-4份、纳米SiO₂0.5-1份、N，N'-二仲丁基对苯二胺1.5-3份、阻燃剂2-3份。

2.根据权利要求1所述的导电丁腈橡胶，其特征在于，由以下重量份的原料组成：丁腈橡胶95份、纳米累托石25份、膨胀石墨12份、碳纳米管5份、镀银铜粉20份、氧化锌5份、硬脂酸1份、钛酸酯偶联剂2份、过氧化二异丙苯2份、二甲基丙烯酸镁2份、二硫化四甲基秋兰姆3份、硫磺1份、CuSO₄粉末6份、改性纳米氮化硅3份、纳米SiO₂0.8份、N，N'-二仲丁基对苯二胺2.5份、阻燃剂2份。

3.根据权利要求2所述的导电丁腈橡胶，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为配位体型钛酸酯偶联剂。

4.根据权利要求2所述的导电丁腈橡胶，其特征在于，所述改性纳米氮化硅由有机硅偶联剂对纳米氮化硅进行表面包覆所得。

5.根据权利要求2所述的导电丁腈橡胶，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁。

6.根据权利要求1-5任一项所述的导电丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按比例称取各原料；

(2)将膨胀石墨、碳纳米管、镀银铜粉、氧化锌、硬脂酸、纳米SiO₂、阻燃剂进行干燥，然后再粉碎细磨、混合均匀，得混合粉体；

(3)将钛酸酯偶联剂加入到乙醇溶液中，调节pH至钛酸酯偶联剂完全溶解，然后把混合粉体加入其中，充分搅拌后再进行超声波分散，使用喷雾干燥的方法对其进行干燥，使粉体表面包覆有一层钛酸酯偶联剂；

(4)先向炼胶机中加入丁腈橡胶和纳米累托石，混炼10-20min后，再加入CuSO₄粉末、改性纳米氮化硅；混炼10-20min后，加入N，N'-二仲丁基对苯二胺和步骤(3)中表面包覆有一层钛酸酯偶联剂的混合粉体，混炼均匀，再依次加入二甲基丙烯酸镁、过氧化二异丙苯、二硫化四甲基秋兰姆及硫磺；

(5)混炼完成后按确定的硫化压力和时间在平板硫化机上进行硫化。