CN106479188A - 一种电磁屏蔽橡胶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽橡胶，其为石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为(0.5‑2):(2‑3):100。本发明所述的电磁屏蔽橡胶，通过石墨烯和碳纳米管的协同作用可以显著降低硅橡胶的体积电阻率，从而低填充量下也可以使硅橡胶得到良好的导电性能。

Description

一种电磁屏蔽橡胶
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种电磁屏蔽橡胶。
背景技术
随着各类电子设备的越来越广泛的应用，电磁干扰、电磁信息泄露、环境电磁污染等问题也越来越突出，电磁干扰极易影响电子信息系统和高灵敏度设备的正常工作，电磁泄漏还会威胁到电子信息安全，甚至危及人类健康。通过电磁屏蔽手段可有效控制电磁辐射，减小电磁污染。传统的屏蔽材料为金属板、金属丝网等，但随着高分子材料的发展和工业生产的发展，航空航天和电子电气等领域对导电材料提出了新的要求，希望导电材料在有优异的电磁屏蔽性能的同时，又能起到减震的作用，还要有密封性能，如设备外壳上的开孔、边缝等微小缝隙是电磁泄漏的主要途径，电磁屏蔽橡胶材料的开发和应用满足了这一要求，将电磁屏蔽橡胶填充在设备壳体缝隙处可有效防止电磁泄漏，同时具有环境密闭功能。
电磁屏蔽橡胶是将导电或导磁性物质添加到绝缘的橡胶基体中，并加入适量硫化剂、补强剂等，通过掺混、硫化等一系列工艺而得到的屏蔽性能良好、具有橡胶弹性的复合材料。使用硅橡胶制作的导电橡胶，除具有导电、耐高低温、耐老化的特性外，而且工艺性能好，适于制造形状复杂、结构细小的导电橡胶制品；用于电器连接器材时，能与接触面紧密贴合，准确可靠，富有弹性并可起到减震和密封作用。2005年，硅橡胶年消费量约22万吨(约占橡胶的1％)，其中导电产品份额不大，但据美国市场统计，电磁屏蔽橡胶密封件是该市场发展最迅速的产品，其年增长率已达5.2％.远远大于其他密封件的增长速度。
目前研发的硅橡胶主要应用在抗静电材料和电磁屏蔽产品当中，发展方向主要在于降低填料填充量与提高导电性，改善导电硅橡胶的成型加工性能、力学性能等，开发导电新品种，开发具有多功能的导电硅橡胶。
导电橡胶中采用的传统导电填料有微米级金属粉末、炭黑和石墨，近年来的导电填料已向纳米级发展如膨胀粘土、纳米碳纤维和碳纳米管等，还有目前被广泛研究的石墨烯也属于纳米级填斟。这些填料在导电橡胶的应用中都存在着自身的缺陷：金属填料中主要有银和铜等材料，金属银的抗氧化能力强，屏蔽效能极佳，但是银粒子在橡胶基体中容易发生迁移。铜的导电性与银相当，但抗氧化能力比较差。碳系填料中主要有炭黑、碳纳米管和石墨烯等，炭黑是被应用最多的导电填料，根据溘滤理论，炭黑在较高的填充量(约30份)下才出现涪滤阈值，高填充量也影响了橡胶的加工性能。碳纳米管具有很大的长径比，因此相比于炭黑，渗滤阈值得到了显著地降低，但碳纳米管的分散依然没有得到很好地解决，而且碳纳米管的制备成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电磁屏蔽橡胶，其能够以低填充量获得较高的导电性能，能广泛应用于抗静电和电磁屏蔽等领域。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电磁屏蔽橡胶，其为石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为(0.5-2):(2-3):100，优选1:2.5:100。
本发明所述的石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备方法，包括：
(1)将硅橡胶分散于四氢呋喃中，形成均一溶液；
(2)将碳纳米管分散于四氢呋喃中，超声处理2-5小时，超声功率130-200w；
(3)在所述碳纳米管的四氢呋喃悬浮液中加入石墨烯，继续超声处理0.5-3小时，超声功率130-200w，得到混合液；
(4)将得到的所述混合液与分散均匀的硅橡胶溶液混合，搅拌下超声20-50min，超声功率80-100w；
(5)在搅拌条件下，40-60℃下蒸去四氢呋喃，抽真空干燥；
(6)在开炼机上通过机械法加入硫化剂进行硫化，得到所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料。
本发明所制备的复合材料中，石墨烯与碳纳米管之间存在协同作用。
石墨烯和碳纳米管的协同机理有如下：由于石墨烯的比表面积远远大于碳纳米管，所以石墨烯和碳纳米管在硅橡胶的分散过程中，碳纳米管与石墨烯片层接触几率要高于碳纳米管自身的接触，碳纳米管首先与石墨烯形成了氢键，因此削弱了碳纳米管自身的团聚作用，此外，由于石墨烯片层周围有碳纳米管的存在，它们可以联通距离较远的石墨烯片层之间的空隙，同时也使得石墨烯片层不易重新堆叠。石墨烯和碳纳米管起到了相互制约的作用，最终在硅橡胶中得到了较好的分散。
所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的分解温度大于515℃，高于纯硅胶的分解温度461.1℃；其Tg大于107℃，相对于纯硅胶提高了7.4℃。
将石墨烯定为1份(质量分数)，与碳纳米管进行协同混合，当碳纳米管的用量为2份时，硅橡胶的体积电阻率为4.91x109Ω·cm，相比于纯硅橡胶基体下降了4个数量级，石墨烯和碳纳米管总质量份为3份，但体积电阻率要比单独加3份碳纳米管时要低2个数量级；当碳纳米管的用量为2.5份时，硅橡胶的体积电阻率为8.0×104Ω·cm，相比于纯硅橡胶基体下降了9个数量级，表明石墨烯和碳纳米管在硅橡胶基体中的导电通路已经形成，石墨烯和碳纳米管总质量份为3.5份，比单独加7份碳纳米管的电阻率还要低，只比单独加10份碳纳米管的电阻率高1个数量级。通过对比可以得出，通过石墨烯和碳纳米管的协同作用可以显著降低硅橡胶的体积电阻率，从而低填充量下也可以使硅橡胶得到良好的导电性能。
所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的拉伸强度大于1，而相同条件下，碳纳米管或石墨烯单独使用时，其拉伸强度仅为0.22-0.50。这是因为石墨烯在硅橡胶中能够良好的分散，与硅橡胶的结合性好。碳纳米管与石墨烯协同配合后，石墨烯具备很大的表面积，与硅橡胶的结合力要好于碳纳米管，而且石墨烯在硅橡胶基体中的分散性好，能有效地承载力的作用，因此导致其拉伸强度和硬度等力学性能大幅提高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种电磁屏蔽橡胶，其为石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为1:2:100。
所述的石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备方法，包括：
(1)将硅橡胶分散于四氢呋喃中，形成均一溶液；
(2)将碳纳米管分散于四氢呋喃中，超声处理2小时，超声功率130w；
(3)在所述碳纳米管的四氢呋喃悬浮液中加入石墨烯，继续超声处理0.5小时，超声功率130w，得到混合液；
(4)将得到的所述混合液与分散均匀的硅橡胶溶液混合，搅拌下超声20min，超声功率80w；
(5)在搅拌条件下，40℃下蒸去四氢呋喃，抽真空干燥；
(6)在开炼机上通过机械法加入硫化剂进行硫化，得到所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料。
将石墨烯定为1份，与碳纳米管进行协同混合，碳纳米管的用量为2份，硅橡胶的体积电阻率为4.91x109Ω·cm，相比于纯硅橡胶基体下降了4个数量级，石墨烯和碳纳米管总质量份为3份，但体积电阻率要比单独加3份碳纳米管时要低2个数量级。
实施例2
一种电磁屏蔽橡胶，其为石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为1:2.5:100。
本发明所述的石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备方法，包括：
(1)将硅橡胶分散于四氢呋喃中，形成均一溶液；
(2)将碳纳米管分散于四氢呋喃中，超声处理5小时，超声功率200w；
(3)在所述碳纳米管的四氢呋喃悬浮液中加入石墨烯，继续超声处理3小时，超声功率200w，得到混合液；
(4)将得到的所述混合液与分散均匀的硅橡胶溶液混合，搅拌下超声50min，超声功率100w；
(5)在搅拌条件下，60℃下蒸去四氢呋喃，抽真空干燥；
(6)在开炼机上通过机械法加入硫化剂进行硫化，得到所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料。
将石墨烯定为1份，与碳纳米管进行协同混合，碳纳米管的用量为2.5份，硅橡胶的体积电阻率为8.0×104Ω·cm，相比于纯硅橡胶基体下降了9个数量级，表明石墨烯和碳纳米管在硅橡胶基体中的导电通路已经形成，石墨烯和碳纳米管总质量份为3.5份，比单独加7份碳纳米管的电阻率还要低，只比单独加10份碳纳米管的电阻率高1个数量级。
实施例1和2证明，通过对比可以得出，通过石墨烯和碳纳米管的协同作用可以显著降低硅橡胶的体积电阻率，从而低填充量下也可以使硅橡胶得到良好的导电性能。

Claims (3)

1.一种电磁屏蔽橡胶，其为石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为(0.5-2):(2-3):100。
2.如权利要求1所得的电磁屏蔽橡胶，其特征在于，所述复合材料中，石墨烯/碳纳米管/硅橡胶的重量比为1:2.5:100。
3.如权利要求1或2所述的电磁屏蔽橡胶的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备方法，包括：
(1)将硅橡胶分散于四氢呋喃中，形成均一溶液；
(2)将碳纳米管分散于四氢呋喃中，超声处理2-5小时，超声功率130-200w；
(3)在所述碳纳米管的四氢呋喃悬浮液中加入石墨烯，继续超声处理0.5-3小时，超声功率130-200w，得到混合液；
(4)将得到的所述混合液与分散均匀的硅橡胶溶液混合，搅拌下超声20-50min，超声功率80-100w；
(5)在搅拌条件下，40-60℃下蒸去四氢呋喃，抽真空干燥；
(6)在开炼机上通过机械法加入硫化剂进行硫化，得到所述石墨烯/碳纳米管/硅橡胶复合材料。
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