CN109021570A - 一种导电橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电橡胶材料，由下列重量份的原料制成：硅橡胶60‑80份、导电颗粒2‑10份、导电石墨3‑7份、补强剂10‑20份、碳酸钙2‑10份、硅烷偶联剂15‑20份、阻燃剂10‑15份、乙炔炭黑15‑20份、防老剂8‑12份、晶体纤维素1‑3份、邻苯二甲酸二丁酯3‑5份、二乙基二硫代氨基甲酸锌1‑5份、2‑硫醇基咪唑啉2‑6份、硫化剂3‑5份。本发明采用微晶纤维素与导电颗粒、导电石墨、硅橡胶及乙炔炭黑混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全，进而在形成的树脂中形成了非常密切和稳定的网络结构（这种网络结构一方面具有很好的阻燃性；另外，密切的网络结构也具有良好的导线性），很好的提高了树脂的粘度和延展性。

Description

一种导电橡胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电橡胶材料及其制备方法，属于导电橡胶材料技术领域。

背景技术

橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万，但是现有技术要使橡胶具备理化特性良好，具有很强的耐热、耐水、耐腐蚀、耐老化等方面的特点，那么橡胶产品在生产过程中，其工艺生产技术的要求就比较高，而且橡胶的生产制备方法较为复杂，生产污染严重且制备率较低，20世纪60年代开发的热塑性橡胶，无需化学硫化，而采用热塑性塑料的加工方法成形，橡胶按使用又分为通用型和特种型两类，是绝缘体，不容易导电，但如果沾水或不同的温度的话，有可能变成导体，导电是关于物质内部分子或离子的电子的传导容易情况，橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性，橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品，橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶，按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶，乳胶为橡胶的胶体状水分散体，液体橡胶为橡胶的低聚物，未硫化前一般为粘稠的液体，粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状，以利配料和加工制作。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；而导电炭黑填充的导电橡胶，体积电阻通常可保持在几千欧，现有技术中导电橡胶的配方中使用了单一的乙炔炭黑，其抗拉强度只能达到12Mpa。此外，由于现有技术中导电橡胶的配方在成型后内部结构分散、其结构直接阻碍了材料的导电性。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供供一种导电橡胶材料及其制备方法，采用该配方及方法制得的橡胶材料，具有良好的导电性和延展性，且无毒无污染，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种导电橡胶材料，由下列重量份的原料制成：硅橡胶60-80份、导电颗粒2-10份、导电石墨3-7份、补强剂10-20份、碳酸钙2-10份、硅烷偶联剂15-20份、阻燃剂10-15份、乙炔炭黑15-20份、防老剂8-12份、晶体纤维素1-3份、邻苯二甲酸二丁酯3-5份、二乙基二硫代氨基甲酸锌1-5份、2-硫醇基咪唑啉2-6份、硫化剂3-5份。

作为上述技术方案的改进，所述导电颗粒为N-{3-[(4-氨基-7H-吡咯并[2,3-d]嘧啶-5-基)乙炔基]苯基}-3-氯苯甲酰胺颗粒。

作为上述技术方案的改进，所述补强剂为炭黑，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

具体地，所述导电橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）真空减压、溶解分散：将导电颗粒、导电石墨溶于水中，质量浓度为0.3%-0.5%，然后与硅橡胶、硅烷偶联剂、阻燃剂、乙炔炭黑和晶体纤维素混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全；

步骤（2）真空蒸发、预热压成模：将步骤1得到的混合溶液采用真空旋转蒸发仪在55-65°C下蒸发掉大部分水分，使之成为粘稠状物质，然后倒出加入石蜡预热压成膜并在65-75°C下干燥脱水，得到预成型的符合导电橡胶膜片，迅速冷却至常温；

步骤（3）硫化：对导电橡胶膜片加入硫磺，通入氮气，进行氮气硫化处理2-3h，得到硫化导电橡胶膜片；

步骤（4）脱硫：将硫化导电橡胶膜片放入脱硫装置内进行脱硫，脱硫温度为135-165°C，压力2.5-3.5Mpa，脱硫时间2-3h，然后快速冷却；

步骤（5）成品：将上述脱硫后的导电橡胶膜片放入真空密炼机进行密炼，密炼条件为45-55°C，密炼4-6h，密炼结束后自然冷却，得成品。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

（1）本发明采用的合成配料均为环保型、无毒无污染；

（2）本发明采用微晶纤维素与导电颗粒、导电石墨、硅橡胶及乙炔炭黑混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全，进而在形成的树脂中形成了非常密切和稳定的网络结构（这种网络结构一方面具有很好的阻燃性；另外，密切的网络结构也具有良好的导线性），很好的提高了导电橡胶片的粘度和延展性；

（3）经过本发明工艺处理后的混料增强了团聚性和理化性，混料中的分子键被保护，使得橡胶材料具有耐寒、耐臭氧、耐老化等；

（4）本发明制得的成品广泛用于橡胶开关、接点橡胶、压力传感器、燃烧电线芯材等，导电性优良，不会出现裂纹。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

实施例1

一种导电橡胶材料，由下列重量份的原料制成：硅橡胶60份、导电颗粒2份、导电石墨3份、补强剂10份、碳酸钙2份、硅烷偶联剂15份、阻燃剂10份、乙炔炭黑15份、防老剂8份、晶体纤维素1份、邻苯二甲酸二丁酯3份、二乙基二硫代氨基甲酸锌1份、2-硫醇基咪唑啉2份、硫化剂3份。

具体地，所述导电颗粒为N-{3-[(4-氨基-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶-5-基)乙炔基]苯基}-3-氯苯甲酰胺颗粒；所述补强剂为炭黑，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

更具体地，所述导电橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）真空减压、溶解分散：将导电颗粒、导电石墨溶于水中，质量浓度为0.3%，然后与硅橡胶、硅烷偶联剂、阻燃剂、乙炔炭黑和晶体纤维素混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全；

步骤（2）真空蒸发、预热压成模：将步骤1得到的混合溶液采用真空旋转蒸发仪在55°C下蒸发掉大部分水分，使之成为粘稠状物质，然后倒出加入石蜡预热压成膜并在65°C下干燥脱水，得到预成型的符合导电橡胶膜片，迅速冷却至常温；

步骤（3）硫化：对导电橡胶膜片加入硫磺，通入氮气，进行氮气硫化处理2h，得到硫化导电橡胶膜片；

步骤（4）脱硫：将硫化导电橡胶膜片放入脱硫装置内进行脱硫，脱硫温度为135°C，压力2.5Mpa，脱硫时间2h，然后快速冷却；

步骤（5）成品：将上述脱硫后的导电橡胶膜片放入真空密炼机进行密炼，密炼条件为45°C，密炼4h，密炼结束后自然冷却，得成品。

本发明采用微晶纤维素与导电颗粒、导电石墨、硅橡胶及乙炔炭黑混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全，进而在形成的树脂中形成了非常密切和稳定的网络结构（这种网络结构一方面具有很好的阻燃性；另外，密切的网络结构也具有良好的导线性），很好的提高了导电橡胶片的粘度和延展性；经过本发明工艺处理后的混料增强了团聚性和理化性，混料中的分子键被保护，使得橡胶材料具有耐寒、耐臭氧、耐老化等；本发明制得的成品广泛用于橡胶开关、接点橡胶、压力传感器、燃烧电线芯材等，导电性优良，不会出现裂纹。

附注：合成后成品导电橡胶的性能测试：

拉伸强度：22.36MPa

抗拉伸强度保持率：85.9%

断裂伸长率：412%

断裂伸长率保持率：95.7%

耐寒参数（-60℃、6h）：无裂纹

阻燃性能等级：优良（A级，即高级）

导电性能等级：优良。

实施例2

一种导电橡胶材料，由下列重量份的原料制成：硅橡胶60-80份、导电颗粒6份、导电石墨5份、补强剂15份、碳酸钙6份、硅烷偶联剂18份、阻燃剂12份、乙炔炭黑18份、防老剂10份、晶体纤维素2份、邻苯二甲酸二丁酯4份、二乙基二硫代氨基甲酸锌3份、2-硫醇基咪唑啉4份、硫化剂4份。

具体地，所述导电颗粒为N-{3-[(4-氨基-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶-5-基)乙炔基]苯基}-3-氯苯甲酰胺颗粒；所述补强剂为炭黑，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

更具体地，所述导电橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）真空减压、溶解分散：将导电颗粒、导电石墨溶于水中，质量浓度为0.4%，然后与硅橡胶、硅烷偶联剂、阻燃剂、乙炔炭黑和晶体纤维素混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全；

步骤（2）真空蒸发、预热压成模：将步骤1得到的混合溶液采用真空旋转蒸发仪在60°C下蒸发掉大部分水分，使之成为粘稠状物质，然后倒出加入石蜡预热压成膜并在70°C下干燥脱水，得到预成型的符合导电橡胶膜片，迅速冷却至常温；

步骤（3）硫化：对导电橡胶膜片加入硫磺，通入氮气，进行氮气硫化处理2-3h，得到硫化导电橡胶膜片；

步骤（4）脱硫：将硫化导电橡胶膜片放入脱硫装置内进行脱硫，脱硫温度为150°C，压力3.0Mpa，脱硫时间2.5h，然后快速冷却；

步骤（5）成品：将上述脱硫后的导电橡胶膜片放入真空密炼机进行密炼，密炼条件为50°C，密炼5h，密炼结束后自然冷却，得成品。

本发明采用微晶纤维素与导电颗粒、导电石墨、硅橡胶及乙炔炭黑混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全，进而在形成的树脂中形成了非常密切和稳定的网络结构（这种网络结构一方面具有很好的阻燃性；另外，密切的网络结构也具有良好的导线性），很好的提高了导电橡胶片的粘度和延展性；经过本发明工艺处理后的混料增强了团聚性和理化性，混料中的分子键被保护，使得橡胶材料具有耐寒、耐臭氧、耐老化等；本发明制得的成品广泛用于橡胶开关、接点橡胶、压力传感器、燃烧电线芯材等，导电性优良，不会出现裂纹。

附注：合成后成品导电橡胶的性能测试：

拉伸强度：22.31MPa

抗拉伸强度保持率：86.7%

断裂伸长率：415%

断裂伸长率保持率：96.1%

耐寒参数（-60℃、6h）：无裂纹

阻燃性能等级：优（A级，即最高级）

导电性能等级：优。

实施例3

一种导电橡胶材料，由下列重量份的原料制成：硅橡胶80份、导电颗粒10份、导电石墨7份、补强剂20份、碳酸钙10份、硅烷偶联剂20份、阻燃剂15份、乙炔炭黑20份、防老剂12份、晶体纤维素3份、邻苯二甲酸二丁酯5份、二乙基二硫代氨基甲酸锌5份、2-硫醇基咪唑啉6份、硫化剂5份。

具体地，所述导电颗粒为N-{3-[(4-氨基-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶-5-基)乙炔基]苯基}-3-氯苯甲酰胺颗粒；所述补强剂为炭黑，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

更具体地，所述导电橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）真空减压、溶解分散：将导电颗粒、导电石墨溶于水中，质量浓度为0.5%，然后与硅橡胶、硅烷偶联剂、阻燃剂、乙炔炭黑和晶体纤维素混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全；

步骤（2）真空蒸发、预热压成模：将步骤1得到的混合溶液采用真空旋转蒸发仪在65°C下蒸发掉大部分水分，使之成为粘稠状物质，然后倒出加入石蜡预热压成膜并在75°C下干燥脱水，得到预成型的符合导电橡胶膜片，迅速冷却至常温；

步骤（3）硫化：对导电橡胶膜片加入硫磺，通入氮气，进行氮气硫化处理3h，得到硫化导电橡胶膜片；

步骤（4）脱硫：将硫化导电橡胶膜片放入脱硫装置内进行脱硫，脱硫温度为165°C，压力3.5Mpa，脱硫时间3h，然后快速冷却；

步骤（5）成品：将上述脱硫后的导电橡胶膜片放入真空密炼机进行密炼，密炼条件为55°C，密炼6h，密炼结束后自然冷却，得成品。

本发明采用微晶纤维素与导电颗粒、导电石墨、硅橡胶及乙炔炭黑混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全，进而在形成的树脂中形成了非常密切和稳定的网络结构（这种网络结构一方面具有很好的阻燃性；另外，密切的网络结构也具有良好的导线性），很好的提高了导电橡胶片的粘度和延展性；经过本发明工艺处理后的混料增强了团聚性和理化性，混料中的分子键被保护，使得橡胶材料具有耐寒、耐臭氧、耐老化等；本发明制得的成品广泛用于橡胶开关、接点橡胶、压力传感器、燃烧电线芯材等，导电性优良，不会出现裂纹。

附注：合成后成品导电橡胶的性能测试：

拉伸强度：22.33MPa

抗拉伸强度保持率：84.21%

断裂伸长率：403%

断裂伸长率保持率：95.8%

耐寒参数（-60℃、6h）：无裂纹

阻燃性能等级：优良（A级，即高级）

导电性能等级：优良。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种导电橡胶材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：硅橡胶60-80份、导电颗粒2-10份、导电石墨3-7份、补强剂10-20份、碳酸钙2-10份、硅烷偶联剂15-20份、阻燃剂10-15份、乙炔炭黑15-20份、防老剂8-12份、晶体纤维素1-3份、邻苯二甲酸二丁酯3-5份、二乙基二硫代氨基甲酸锌1-5份、2-硫醇基咪唑啉2-6份、硫化剂3-5份。

2.根据权利要求1所述一种导电橡胶材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：硅橡胶70份、导电颗粒6份、导电石墨5份、补强剂15份、碳酸钙6份、硅烷偶联剂18份、阻燃剂12份、乙炔炭黑18份、防老剂10份、晶体纤维素2份、邻苯二甲酸二丁酯4份、二乙基二硫代氨基甲酸锌3份、2-硫醇基咪唑啉4份、硫化剂4份。

3.根据权利要求2所述一种导电橡胶材料，其特征在于：所述导电颗粒为N-{3-[(4-氨基-7H-吡咯并[2，3-d]嘧啶-5-基)乙炔基]苯基}-3-氯苯甲酰胺颗粒。

4.根据权利要求2所述一种导电橡胶材料，其特征在于：所述补强剂为炭黑，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。

5.一种如权利要求1所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）真空减压、溶解分散：将导电颗粒、导电石墨溶于水中，质量浓度为0.3%-0.5%，然后与硅橡胶、硅烷偶联剂、阻燃剂、乙炔炭黑和晶体纤维素混合均匀，在真空减压环境下加入硫化剂溶解分散完全；

步骤（2）真空蒸发、预热压成模：将步骤1得到的混合溶液采用真空旋转蒸发仪在55-65°C下蒸发掉大部分水分，使之成为粘稠状物质，然后倒出加入石蜡预热压成膜并在65-75°C下干燥脱水，得到预成型的符合导电橡胶膜片，迅速冷却至常温；

步骤（3）硫化：对导电橡胶膜片加入硫磺，通入氮气，进行氮气硫化处理2-3h，得到硫化导电橡胶膜片；

步骤（4）脱硫：将硫化导电橡胶膜片放入脱硫装置内进行脱硫，脱硫温度为135-165°C，压力2.5-3.5Mpa，脱硫时间2-3h，然后快速冷却；

步骤（5）成品：将上述脱硫后的导电橡胶膜片放入真空密炼机进行密炼，密炼条件为45-55°C，密炼4-6h，密炼结束后自然冷却，得成品。