CN107286398A - 一种阻燃导电橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃导电橡胶及其制备方法，涉及导电材料领域，该导电橡胶包括以下原料：天然橡胶、氢化丁腈橡胶、改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸、二甲基硅油、硫化剂、偶联剂、阻燃剂和表面活性剂。其制备方法是将上述原料通过分阶段混炼以及两段硫化处理制得的。本发明的导电橡胶生产成本低廉，通过对生产原料及工艺的改进优化，解决了现有技术中导电橡胶抗拉强度低、阻燃效果差、易焦化的问题，可广泛应用于电子、电信、电力、军工、航空、航天、舰船等领域，具有广阔的市场前景。

Description

一种阻燃导电橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种阻燃导电橡胶及其制备方法。
背景技术
导电橡胶通常是指体积电阻在10的9次欧姆厘米以内，由于橡胶是优良的绝缘体，体积电阻大于10的14次左右，其原理就是在橡胶中添加导电炭黑、金属、导电试剂改变橡胶绝缘性。现有的导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能。导电橡胶在军事和商业上都有应用，其主要作用是密封和电磁屏蔽。导电橡胶产品可以模压或挤出成形，有片装或其他的冲切形状可供选择，屏蔽性能高达120dB(10GHz)。以导电碳黑填充的导电橡胶，体积电阻通常可保持在几千欧，由于现有的配方中使用了单一的乙炔炭黑，其抗拉强度只能达到12Mpa，远远不能满足实际的需要，其次还存在阻燃效果不理想的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种阻燃导电橡胶及其制备方法，该种导电橡胶生产成本低廉，通过对生产原料及工艺的改进优化，解决了现有技术中导电橡胶抗拉强度低、阻燃效果差、易焦化的问题，可广泛应用于电子、电信、电力、军工、航空、航天、舰船等领域，具有广阔的市场前景。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种阻燃导电橡胶，包括以下按重量份计的原料：天然橡胶40-60份、氢化丁腈橡胶20-30份、改性短切碳纤维5-15份、膨胀石墨5-15份、纳米二氧化硅4-8份、硬脂酸2-6份、二甲基硅油4-8份、硫化剂1-3份、偶联剂1-3份、阻燃剂1-3份和表面活性剂1-3份；
所述改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为50-100μm的短切碳纤维置于研磨机中研磨2-4h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即得。
进一步地，所述导电橡胶包括以下按重量份计的原料：天然橡胶50份、氢化丁腈橡胶25份、改性短切碳纤维10份、膨胀石墨10份、纳米二氧化硅6份、硬脂酸4份、二甲基硅油6份、硫化剂2份、偶联剂2份、阻燃剂2份和表面活性剂2份。
优选地，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、1，1-双(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷或双(叔丁基过氧异丙基)苯中的一种。
优选地，所述偶联剂为钛酸酯、氨基硅烷偶联剂KH-550或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
优选地，所述阻燃剂为三聚氰胺、三羟甲基氧化磷或二苯基磷酸酯中的一种。
优选地，所述表面活性剂为烷基苯氧基多(乙烯氧基)乙醇、山梨糖醇酐脂肪酸酯或聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一种。
上述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)按所述重量份配比称取原料；
(2)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼15-25min，薄通4-6次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通4-6次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通8-10次后出片；
(3)将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力10-12MPa、硫化温度为160-180℃，硫化时间为20-30min；
(4)最后在烘箱中硫化处理80-120min即可。
进一步地，所述烘箱的硫化温度为190-210℃。
本发明具有如下的有益效果：本发明的导电橡胶通过对生产原料及工艺的改进优化，使得成品导电橡胶不仅具有优良的导电性能，还大大提高了导电橡胶的抗拉强度及阻燃防焦性，经研发部门检测，本发明的导电橡胶抗拉强度相比之前传统的导电橡胶提高了约70-120％，抗拉强度值达到了20.8MPa；另外，其阻燃性在UL94等级中达到了最高的V-0级；
(1)本发明显著地增强了导电橡胶实际应用的整体性能，可广泛应用于电子、电信、电力、军工、航空、航天、舰船等领域，具有广阔的市场前景；
(2)本发明的导电橡胶制备简单，取材方便，生产成本低廉，采用天然橡胶和氢化丁腈橡胶作为橡胶主料，具有成本低，导电性能好的特性；采用特定改性的短切碳纤维、膨胀石墨和纳米二氧化硅作为导电填料，具有成本地、强度高、导电性能好的特性；协同硫化剂、偶联剂、阻燃剂和表面活性剂四种功能性外加助剂的作用，使得成品导电橡胶的整体性能进一步地完善及增强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种阻燃导电橡胶，预备以下原料待用：天然橡胶40kg、氢化丁腈橡胶20kg、改性短切碳纤维5kg、膨胀石墨5kg、纳米二氧化硅4kg、硬脂酸2kg、二甲基硅油4kg、硫化剂1kg、偶联剂1kg、阻燃剂1kg和表面活性剂1kg；
上述的改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为50μm的短切碳纤维5kg置于研磨机中研磨2h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本发明原料所需的改性短切碳纤维。
其中，上述的硫化剂采用过氧化二异丙苯；偶联剂采用钛酸酯；阻燃剂采用三聚氰胺；表面活性剂采用烷基苯氧基多(乙烯氧基)乙醇。
上述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼15min，薄通4次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼20min，薄通4次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼20min，薄通8次后出片；
(2)然后将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力10MPa、硫化温度为160℃，硫化时间为20min；
(3)最后在烘箱中硫化处理80min即制得本发明的阻燃导电橡胶，且该烘箱的硫化温度为190℃。
实施例2
一种阻燃导电橡胶，预备以下原料待用：天然橡胶50kg、氢化丁腈橡胶25kg、改性短切碳纤维10kg、膨胀石墨10kg、纳米二氧化硅6kg、硬脂酸4kg、二甲基硅油6kg、硫化剂2kg、偶联剂2kg、阻燃剂2kg和表面活性剂2kg；
上述的改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为80μm的短切碳纤维10kg置于研磨机中研磨3h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本发明原料所需的改性短切碳纤维。
其中，上述的硫化剂采用1，1-双(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷；偶联剂采用氨基硅烷偶联剂KH-550；阻燃剂采用三羟甲基氧化磷；表面活性剂采用山梨糖醇酐脂肪酸酯。
上述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼20min，薄通5次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼25min，薄通5次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼25min，薄通9次后出片；
(2)然后将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力11MPa、硫化温度为170℃，硫化时间为25min；
(3)最后在烘箱中硫化处理100min即制得本发明的阻燃导电橡胶，且该烘箱的硫化温度为200℃。
实施例3
一种阻燃导电橡胶，预备以下原料待用：天然橡胶60kg、氢化丁腈橡胶30kg、改性短切碳纤维15kg、膨胀石墨15kg、纳米二氧化硅8kg、硬脂酸6kg、二甲基硅油8kg、硫化剂3kg、偶联剂3kg、阻燃剂3kg和表面活性剂3kg；
上述的改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为100μm的短切碳纤维15kg置于研磨机中研磨4h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本发明原料所需的改性短切碳纤维。
其中，上述的硫化剂采用双(叔丁基过氧异丙基)苯；偶联剂采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；阻燃剂采用二苯基磷酸酯；表面活性剂采用聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中。
上述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼25min，薄通6次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼30min，薄通6次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼30min，薄通10次后出片；
(2)然后将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力12MPa、硫化温度为180℃，硫化时间为30min；
(3)最后在烘箱中硫化处理120min即制得本发明的阻燃导电橡胶，且该烘箱的硫化温度为210℃。
实施例4
一种阻燃导电橡胶，预备以下原料待用：天然橡胶50kg、氢化丁腈橡胶25kg、改性短切碳纤维10kg、膨胀石墨10kg、纳米二氧化硅6kg、硬脂酸4kg、二甲基硅油6kg、硫化剂2kg、偶联剂2kg、阻燃剂2kg和表面活性剂2kg；
上述的改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为50μm的短切碳纤维10kg置于研磨机中研磨4h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本发明原料所需的改性短切碳纤维。
其中，上述的硫化剂采用过氧化二异丙苯；偶联剂采用钛酸酯；阻燃剂采用二苯基磷酸酯；表面活性剂采用聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯。
上述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼15min，薄通6次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼20min，薄通6次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼30min，薄通8次后出片；
(2)然后将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力10MPa、硫化温度为180℃，硫化时间为20min；
(3)最后在烘箱中硫化处理80min即制得本发明的阻燃导电橡胶，且该烘箱的硫化温度为210℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种阻燃导电橡胶，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：天然橡胶40-60份、氢化丁腈橡胶20-30份、改性短切碳纤维5-15份、膨胀石墨5-15份、纳米二氧化硅4-8份、硬脂酸2-6份、二甲基硅油4-8份、硫化剂1-3份、偶联剂1-3份、阻燃剂1-3份和表面活性剂1-3份；
所述改性短切碳纤维通过以下步骤制得：取长度为50-100μm的短切碳纤维置于研磨机中研磨2-4h，使得短切碳纤维的长度小于等于0.5μm，长径比小于10；再采用丙烯酸共聚物对研磨后的短切碳纤维进行浸润；之后采用低碳多羟基醇对浸润后的短切碳纤维进行包覆，且短切碳纤维的堆积密度控制在1.0g/cm3以下，即得。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃导电橡胶，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：天然橡胶50份、氢化丁腈橡胶25份、改性短切碳纤维10份、膨胀石墨10份、纳米二氧化硅6份、硬脂酸4份、二甲基硅油6份、硫化剂2份、偶联剂2份、阻燃剂2份和表面活性剂2份。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃导电橡胶，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、1，1-双(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷或双(叔丁基过氧异丙基)苯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃导电橡胶，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯、氨基硅烷偶联剂KH-550或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃导电橡胶，其特征在于，所述阻燃剂为三聚氰胺、三羟甲基氧化磷或二苯基磷酸酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃导电橡胶，其特征在于，所述表面活性剂为烷基苯氧基多(乙烯氧基)乙醇、山梨糖醇酐脂肪酸酯或聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一种。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的阻燃导电橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述重量份配比称取原料；
(2)先将天然橡胶和氢化丁腈橡胶输送至双辊炼胶机中混炼15-25min，薄通4-6次；再将改性短切碳纤维、膨胀石墨、纳米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通4-6次；之后将剩余原料加入到所述双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通8-10次后出片；
(3)将出片后的橡胶置于平板硫化机中进行硫化处理，硫化压力10-12MPa、硫化温度为160-180℃，硫化时间为20-30min；
(4)最后在烘箱中硫化处理80-120min即可。
8.根据权利要求7所述的一种阻燃导电橡胶的制备方法，其特征在于，所述烘箱的硫化温度为190-210℃。
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