CN109294241A - 一种导电硅橡胶板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种导电硅橡胶板，由以下重量份计的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶100份、石墨60‑80份、不锈钢钢纤维25‑40份、纳米材料0.5‑2份、硫化剂0.5‑2份，碳纤维布5‑10份，硅酸铝纤维布35‑45份。本发明还提供该导电硅橡胶板的制备方法，包括以下步骤：在开炼机中加入硅橡胶、石墨、纳米材料和硫化剂，混炼得到混炼胶，在模具中依次加入硅酸铝纤维布、混炼胶、钢纤维、混炼胶、碳纤维布，高温高压硫化4～7分钟。本发明向硅橡胶加入多种材料，石墨、不锈钢钢纤维能够降低硅橡胶的电阻率，纳米材料能够有效分散石墨在橡胶中的分布，碳纤维布具有良好的导电性能和抗拉性能，硅酸铝纤维布具有良好的隔热性能以及抗拉能力，使导电硅橡胶板具有良好的导电性能以及机械性能。

Description

一种导电硅橡胶板及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅橡胶技术领域，具体为一种导电硅橡胶板及其制备方法。
背景技术
导电硅橡胶属于复合高分子材料，硅橡胶具有优异的耐热性、耐寒性、介电性使用温度广等特点，因此大部分的导电橡胶采用硅橡胶作为基体材料，向硅橡胶中加入导电填料后进行混炼，不仅可以保持基体橡胶的性能，同时还具有导电性能。
目前，现有的研究是通过向硅橡胶基体中添加炭系以及金属系颗粒类材料制得导电硅橡胶，存在的问题主要体现在两方面。一方面是材料添加比例问题：添加高比例的炭系以及金属系材料可以提高导电硅橡胶的导电性能，但将导致其机械性能变差；为提高机械性能，降低炭系以及金属系材料添加比例，会导致制成的导电硅橡胶导电性能降低。另一方面是制备方法问题：现有导电橡胶制备方法制得的导电硅橡胶电阻值不稳定，波动的幅度比较大，这是因为制备过程中胶料里面的导电材料分散不均匀、硫化程度不一致等所致。上述问题也使导电硅橡胶的应用范围受到极大局限。因此，需要提供一种新型导电硅橡胶的材料搭配或配比方案及其制备方法来达到同时提高导电硅橡胶导电性能与机械性能的目的，扩展导电硅橡胶这一优良复合高分子材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种导电硅橡胶板及其制备方法，能够解决现有技术中导电硅橡胶的导电性能较差及不稳定问题，同时提高导电硅橡胶的机械性能，扩展导电硅橡胶的应用范围，使制造的导电硅橡胶可以应用于道路交通、机场跑道铺设以及桥面的铺装等。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种导电硅橡胶板，由以下重量份计的原料制成：
甲基乙烯基硅橡胶100份、石墨60-80份、不锈钢钢纤维25-40份、纳米材料0.5-2份、硫化剂0.5-2份，碳纤维布5-10份，硅酸铝纤维布35-45份。
优选的，纳米材料为纳米二氧化钛，纳米二氧化钛的粒径为50～100nm。
优选的，硫化剂为过氧化二异丙苯或者2,4-二氯过氧化苯甲酰。
优选的，不锈钢钢纤维的长度是5～10mm，且表面镀铬。
优选的，碳纤维布为由24根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布或者由36根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布。
优选的，硅酸铝纤维布用于隔热，且厚度为1～3mm。
优选的，导电硅橡胶板的厚度为4～15mm。
本发明还保护该导电硅橡胶板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入到开炼机中，温度为20～50℃，转速为70～90转/分钟；
S2、将石墨和纳米材料按比例混合均匀得到导电填料，待S1的甲基乙烯基硅橡胶上辊后，将导电填料加入到甲基乙烯基硅橡胶中，进行混炼，混炼时间为10～12分钟，然后加入称好的硫化剂，再次进行混炼，直至混炼均匀后出片得到混炼胶；
S3、向模具中依次加入硅酸铝纤维布、混炼胶、不锈钢钢纤维、S2得到的混炼胶、碳纤维布，然后将模具硫化4～7分钟，硫化温度为160～180℃，硫化压强是9～11Mpa，得到导电硅橡胶板。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、使用硅橡胶良好粘接能力的性质，将碳纤维布以及硅酸铝纤维布粘接成为一个整体，增强了导电硅橡胶的机械性能，进而弥补了因为橡胶中增加石墨等导电填料使橡胶机械性能下降的缺陷；
2、添加入石墨使得橡胶具有良好的导电性能也使得导电硅橡胶具有良好的导热性能，使用碳纤维布，增强了橡胶的抗拉性能，同时还掺入了不锈钢钢纤维材料，有效的提高了硅橡胶的导电性能，也提高了整体的抗拉性能；
3、本发明导电硅橡胶板具有低电阻率、导电稳定、耐热性能、抗拉强度高、良好的导热性能。本发明导电硅橡胶板体积电阻率小于40Ω·cm，抗拉强度大于7.5Mpa，具有良好的电阻稳定性，在20秒之内可以得到稳定的电阻值，并且之后不会发生变化，撕裂强度大于19N/mm。
4、本发明导电硅橡胶板可以应用于道路面层、机场跑道面层、桥梁的桥面铺装等位置，在通电之后产生热量，可以及时的进行融雪化冰。还可以作为一种保温和隔热材料以及智能材料，应用于建筑、交通等多领域中。
具体实施方式
下面通过具体实施方式例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不受限于该具体实施方式。
实施例1
一种导电硅橡胶板，由以下重量份计的原料组成：
甲基乙烯基硅橡胶100份，石墨72份，粒径为100nm的纳米二氧化钛2份，硫化剂2,4-二氯过氧化苯甲酰1.5份，长度为5mm的不锈钢钢纤维35份，36根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布8份，厚度为2mm的硅酸铝纤维布44份。
本实施例中导电硅橡胶板的制备方法，包括以下步骤：
按照以上的重量份称取混炼过程中的材料甲基乙烯基硅橡胶2.85kg，石墨2.05kg，纳米二氧化钛0.05kg，硫化剂2,4-二氯过氧化苯甲酰0.04kg以及硫化过程中的钢纤维9.4g，碳纤维布2.2g，硅酸铝纤维布12g；
将甲基乙烯基硅橡胶放入到开炼机中，设置温度为30℃，转速为75转/分钟，在甲基乙烯基硅橡胶上辊之后，将石墨、纳米二氧化钛混合均匀之后放入开炼机中进行混炼，混炼时间为10分钟，最后将硫化剂放入到开炼机中，混炼30分钟后出片得到混炼胶；
然后向模具中依次添加硅酸铝纤维布、混炼胶、钢纤维、混炼胶以及碳纤维布，将装有原料的模具放在硫化机中进行硫化，设置硫化机温度为165℃，压强控制为10Mpa，硫化6分钟后，取出试样，得到厚度为5mm的导电硅橡胶板。
实施例2
一种导电硅橡胶板，由以下重量份计的原料组成：
甲基乙烯基硅橡胶100份，石墨65份，粒径为60nm的纳米二氧化钛1.5份，硫化剂DCP(过氧化二异丙苯)2份，长度为6mm的不锈钢钢纤维30份，24根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布为8份，厚度为3mm的硅酸铝纤维布为44份。
本实施例中导电硅橡胶板的制备方法，包括以下步骤：
按照以上的重量份称取混炼过程中的材料甲基乙烯基硅橡胶2.85kg，石墨1.85kg，纳米二氧化钛0.04kg，硫化剂DCP(过氧化二异丙苯)0.05kg以及硫化过程的钢纤维量为7.8g，碳纤维布为2.2g，硅酸铝纤维为12g；
将甲基乙烯基硅橡胶放入到开炼机中，设置温度为35℃，转速为70转/分钟，在甲基乙烯基硅橡胶上辊之后，将石墨、纳米二氧化钛混合均匀之后放入开炼机中进行混炼，混炼时间为10分钟，最后将硫化剂放入到开炼机中，混炼30分钟后出片得到混炼胶；
然后向模具中依次添加硅酸铝纤维布、混炼胶、钢纤维、混炼胶以及碳纤维布，将装有原料的模具放在硫化机中进行硫化，设置硫化机温度为175℃，压强控制为10Mpa，硫化5分钟后，取出试样，得到厚度为7mm的导电硅橡胶板。
实施例3
一种导电硅橡胶板，由以下重量份计的原料组成：
甲基乙烯基硅橡胶100份，石墨60份，粒径为60nm纳米二氧化钛2份，硫化剂DCP(过氧化二异丙苯)1.5份，长度为5mm的不锈钢钢纤维22份，36根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布为8份，厚度为2mm的硅酸铝纤维布为44份。
本实施例中导电硅橡胶板的制备方法，包括以下步骤：
按照以上的重量份称取混炼过程中的材料甲基乙烯基硅橡胶2.85kg，石墨1.71kg，纳米二氧化钛0.05kg，硫化剂DCP(过氧化二异丙苯)0.04kg以及硫化过程中的钢纤维6.0g，碳纤维布2.2g，硅酸铝纤维布12g；
将甲基乙烯基硅橡胶放入到开炼机中，设置温度为30℃，转速为70转/分钟，在甲基乙烯基橡胶上辊之后，将石墨、纳米二氧化钛混合均匀之后放入开炼机中进行混炼，混炼时间为10分钟，最后将硫化剂放入到开炼机中，混炼30分钟后出片得到混炼胶；
然后向模具中依次添加硅酸铝纤维布、混炼胶、钢纤维、混炼胶以及碳纤维布，将装有原料的模具在平板硫化机上进行硫化，设置硫化机温度为170℃，压强控制为10Mpa，硫化5分钟后，取出试样，得到厚度为5mm的导电硅橡胶板。
对比例1
与实施例1中原料和制备方法相同，不同的是不加入石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布。
对比例2
与实施例2中原料和制备方法相同，不同的是不加入石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布。
对比例3
与实施例3中原料和制备方法相同，不同的是不加入石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布。
我们对实施例1-实施例3的样品进行了电阻率测试、抗拉强度测试和撕裂强度测试，同时对对比例1-对比例3的样品进行了电阻率测试，表1是实施例1-实施例3和对比例1-对比例3的样品的电阻率、抗拉强度和撕裂强度数据表，从表中可以看出，加入了石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布的导电硅橡胶板的电阻率远远低于不加入石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布的硅橡胶，说明加入了石墨、不锈钢钢纤维和碳纤维布的导电硅橡胶板的导电性有了显著增强。同时，国家硅橡胶板标准(HG/T 4070-2008)规定，低抗撕裂硅橡胶板抗拉强度≥6.0Mpa，撕裂强度≥18KN/m，而本发明中实施例的样品均达到这个标准，说明本发明的导电硅橡胶板具有良好的机械性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种导电硅橡胶板，其特征在于，由以下重量份计的原料制成：
甲基乙烯基硅橡胶100份、石墨60-80份、不锈钢钢纤维25-40份、纳米材料0.5-2份、硫化剂0.5-2份，碳纤维布5-10份，硅酸铝纤维布35-45份。
2.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的纳米材料为纳米二氧化钛，所述纳米二氧化钛的粒径为50～100nm。
3.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的硫化剂为过氧化二异丙苯或者2,4-二氯过氧化苯甲酰。
4.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的不锈钢钢纤维的长度为5～10mm，且表面镀铬。
5.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的碳纤维布为由24根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布或者由36根12k碳纤维原丝编织的碳纤维布。
6.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的硅酸铝纤维布用于隔热，且厚度为1～3mm。
7.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶板，其特征在于，所述的导电硅橡胶板的厚度为4～15mm。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种导电硅橡胶板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入到开炼机中，温度为20～50℃，转速为70～90转/分钟；
S2、将石墨和纳米材料按比例混合均匀得到导电填料，待S1的甲基乙烯基硅橡胶上辊后，将导电填料加入到甲基乙烯基硅橡胶中，进行混炼，混炼时间为10～12分钟，然后加入称好的硫化剂，再次进行混炼，直至混炼均匀后出片得到混炼胶；
S3、向模具中依次加入硅酸铝纤维布、混炼胶、不锈钢钢纤维、S2得到的混炼胶、碳纤维布，然后将模具硫化4～7分钟，硫化温度为160～180℃，硫化压强是9～11Mpa，得到导电硅橡胶板。
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