CN109851872B - 一种高弹性导电橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶技术领域,公开了一种高弹性导电橡胶及其制备方。所述导电橡胶包括以下重量份组分:丁腈橡胶50‑200份、活性剂2‑15份、补强填充剂20‑100份、表面改性导电填料5‑30份、导电增塑剂2‑20份和硫化剂1‑5份。本发明以具有极性的丁腈橡胶为主体材料,通过添加经过表面改性处理的导电填料,合理调整各组分用量,制得具有良好的导电性能的导电橡胶。该导电橡胶具有较低的体积电阻率,优异的弹性、回弹性和拉伸强度,且制造成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域,具体涉及一种高弹性导电橡胶及其制备方法。
背景技术
随着电子工业的发展,橡胶由于具有独特的弹性,以及橡胶可通过填充功能性填料对材料进行改性,改性空间大,因此在电子行业应用越来越广泛。橡胶本身具有绝缘性,体积电阻大,但可通过添加导电填料对其进行改性,将导电填料均匀分布在橡胶材料中,大幅度降低其体积电阻,从而达到良好的导电性能。用于导电橡胶的导电填料,通常有银粉、铜粉、银包铜粉、导电炭黑、乙炔炭黑、石墨粉、石墨烯粉等。在目前常用的导电橡胶中,银粉、银包铜粉、石墨烯等材料导电性能良好,但价格昂贵,难以大面积推广使用;导电炭黑、乙炔炭黑由于具有酸性,不同程度影响橡胶硫化,导致橡胶的弹性降低;铜粉在高温下容易与硫黄发生反应,消耗硫黄,导致橡胶材料的硫化程度明显降低,弹性降低;石墨粉则由于其特殊的结构,层与层直接容易滑动,影响橡胶的自粘性能,一定程度降低橡胶的物理性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种高弹性导电橡胶及其制备方法,该导电橡胶具有较低的体积电阻率,优异的弹性、回弹性和拉伸强度,且材料成本较低。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本发明以具有极性的丁腈橡胶为主体材料,通过添加经过表面改性处理的导电填料,合理调整各组分用量,制备得到具有良好的导电性能的导电橡胶。该导电橡胶具有较低的体积电阻率,优异的弹性、回弹性和拉伸强度,且材料成本较低。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为18-34wt%。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述活性剂为氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇、硬脂酸盐中的至少一种;所述补强填充剂为炭黑;所述硫化剂为硫黄硫化体系、半有效硫化体系或有效硫化体系硫化剂。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述表面改性导电填料为表面改性碳纤维、表面改性碳纳米管中的至少一种。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述碳纤维和碳纳米管均采用表面活性剂进行表面处理,所述表面活性剂包括醚类表面活性剂、脂肪酸皂类表面活性剂、胺醚类表面活性剂、硅烷偶联剂中的至少一种。
本发明中醚类表面活性剂包括聚丙二醇醚和聚乙二醇醚,脂肪酸皂类表面活性剂包括硬脂酸盐、芥酸盐、山嵛酸盐中的至少一种;胺醚类表面活性剂包括单牛油脂胺醚和双牛油脂胺醚;聚氧乙烯酯类表面活性剂包括硬脂酸聚氧乙烯酯;硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷,乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、γ―(2,3-环氧丙氧)、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述表面改性导电填料为炭黑与碳纤维、碳纳米管中的至少一种的混合物,所述炭黑为导电炭黑或乙炔炭黑。
本发明采用碳纳米管、碳纤维作为主要导电材料,碳纳米管、碳纤维的导电性能优异,填充量少,能够使得材料含胶率高,在具有良好的回弹性能的同时达到较低的体积电阻率,使材料的导电性和物理机械性能均能达到很好的平衡。
碳纤维和碳纳米管具有多孔结构,容易吸附硫化剂和促进剂,从而影响橡胶的硫化,导致橡胶弹性降低,压缩永久变形性变差,降低产品的性能,缩短使用寿命。因此,本发明对碳纤维和碳纳米管进行表面处理,一方面,封闭其孔状结构,避免其与其它助剂接触,降低碳纤维和碳纳米管的添加对橡胶材料的硫化速度和硫化程度的影响,在提高橡胶导电性能的同时避免降低其它性能,另一方面,也能有效提高碳纳米管、碳纤维在胶料中的分散性,使得橡胶各个部位的导电率保持一致。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,所述导电增塑剂为酯类增塑剂;优选地,所述酯类增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯、癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯、乙二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的至少一种;更优选地,所述酯类增塑剂为苯二甲酸二异壬酯。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,还包括促进剂,所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种。
作为本发明所述的高弹性导电橡胶的优选实施方式,包括以下重量份组分:
本发明还提供了上述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂和导电增塑剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明以具有极性的丁腈橡胶为主体材料,通过添加经过表面改性处理的导电填料,合理调整各组分用量,制得具有良好的导电性能的导电橡胶。该导电橡胶具有较低的体积电阻率,优异的弹性、回弹性和拉伸强度,且制造成本较低。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例中,所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法,所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
以下实施例所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为18-34wt%。
实施例1
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入聚乙二醇醚剂,碳纤维和碳纳米管的质量之和与聚乙二醇醚的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
本实施例中的硫黄可以将其替换为半有效硫化体系或有效硫化体系硫化剂,不影响制备得到的导电橡胶的导电性能,且对导电橡胶的物理性能影响也比较小。
本实施例中N220炭黑也可以将其替换为N330、N550、N774等炭黑。
实施例2
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入聚乙二醇醚,碳纤维和碳纳米管的质量之和与聚乙二醇醚的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
实施例3
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入丙基三甲氧基硅烷,碳纤维和碳纳米管的质量之和与丙基三甲氧基硅烷的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
实施例4
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入丙基三甲氧基硅烷,碳纤维和碳纳米管的质量之和与丙基三甲氧基硅烷的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
实施例5
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入丙基三甲氧基硅烷,碳纤维和碳纳米管的质量之和与丙基三甲氧基硅烷的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
实施例6
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入双牛油脂胺醚,碳纤维和碳纳米管的质量之和与双牛油脂胺醚的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
对比例1
本对比例的高弹性导电橡胶的组成及制备方法基本与实施例1一致,不同之处在于,本对比例的碳纳米管和碳纤维未经表面改性处理。
对比例2
一种高弹性导电橡胶,包括以下重量份组分:
本实施例中碳纳米管和碳纤维的表面改性方法为:
先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入聚乙二醇醚剂,碳纤维和碳纳米管的质量之和与聚乙二醇醚剂的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
本实施例所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入活性剂、1/2计量份的补强填充剂和经过表面处理过的导电填料,密炼2min后再投入剩余补强填充剂、导电增塑剂和促进剂,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫化剂,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片。
对实施例1~6和对比例1~2制备的导电橡胶进行如下性能检测,结果如表1所示。
表1
由表1结果可知,比较实施例与对比例的结果,对碳纳米管和碳纤维进行表面处理,能够在提高橡胶导电性能的同时避免降低其它性能,本发明通过调整各组分用量,进一步降低导电橡胶的体积电阻率,改善导电橡胶的弹性、回弹性和拉伸强度。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (2)
1.一种高弹性导电橡胶,其特征在于,包括以下重量份组分:
所述的高弹性导电橡胶的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丁腈橡胶先塑炼2min,然后依次投入氧化锌、硬脂酸、1/2计量份的N220炭黑、表面改性碳纳米管和表面改性碳纤维,密炼2min后再投入剩余N220炭黑、邻苯二甲酸二异壬酯、二硫化四甲基秋兰姆和N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺,密炼至140-150℃排胶;
(2)在开炼机上返炼2-3遍,出片,停放12h;
(3)在开炼机上加入硫黄,薄通5-6遍,按所需要的厚度和尺寸出片;
所述表面改性碳纤维和表面改性碳纳米管的表面改性方法为:先把碳纤维和碳纳米管投入混合机中,启动搅拌机,以100~200rpm的搅拌速度边搅拌,边慢慢加入聚乙二醇醚剂,碳纤维和碳纳米管的质量之和与聚乙二醇醚的质量比为100:1,全部加入后开始慢慢升温,同时改用以500~800rpm的转速搅拌,当温度升至所需温度,继续搅拌10min,然后倒料,冷却至室温,即可使用。
2.根据权利要求1所述的高弹性导电橡胶,其特征在于,所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为18-34wt%。
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GR01 | Patent grant | ||
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