CN110643182B - 一种导电硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电硅橡胶及其制备方法，属于橡胶技术领域。其技术要点是：所述导电硅橡胶包括如下重量份数组分：甲基乙烯基硅橡胶58‑63份；碳黑36‑37份；助催化剂20‑30份；硫化剂1‑2份；助剂1‑10份；所述助催化剂包括中空球壳，所述中空球壳包括圆形球体以及设置在圆形球体内并将圆形球体分隔成两个腔室的圆板，两个所述腔室对应填充有发热组合物A和发热组合物B，所述发热组合物A和发热组合物B相遇产生放热反应；制作所述中空球壳的材料为石蜡；所述发热组合物A为被氧化性金属，所述被氧化性金属为铁、镁和钙中的一种或两种及以上的金属粉末；所述发热组合物B包括保水剂和水。本发明具有提高导电硅橡胶导电性的优点。

Description

一种导电硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，更具体地说，它涉及一种导电硅橡胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶(SiliconeRubber)是一种兼具无机和有机性质的高分子弹性材料，其分子主链由硅原子和氧原子交替组成(-Si-O-Si-)，侧链是与硅原子相连接的碳氢或取代碳氢有机基团，这种基团可以是甲基、不饱和乙烯基或其它有机基团，这种低不饱和度的分子结构使硅橡胶具有优良的耐热老化性和耐候老化性，耐紫外线和臭氧侵蚀。由于硅橡胶分子链的柔韧性大，分子链之间的相互作用力弱，这些结构特征使硫化胶柔软而富有弹性，这些特性使硅橡胶在电线电缆以及电缆附件中得到广泛应用。同时随着国民经济的发展，国家电力建设的不断深化，电缆附件用量不断增加。用导电硅橡胶制造的应力锥有效疏散电缆末端电场，增长了线路的运行安全和使用寿命。
在公开号为CN106589966A的中国发明专利中公开了一种导电硅橡胶，包括如下重量份数组分：甲基乙烯基硅橡胶100份、丁苯橡胶12-15份、造粒乙炔炭黑20-80份、白炭黑2-20份、端羟基硅油0.1-1.2份、硬脂酸或硬脂酸盐0.15-0.3份、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷1-2份。
上述现有技术中的导电填料的主要成分碳黑呈粉末状，粒径一般在(30～50)nm左右，比表面积大，堆积密度小，因此，在生产过程中难分散，造成生产出的导电橡胶的导电性能降低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种导电硅橡胶，其具有提高导电硅橡胶导电性的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种导电硅橡胶，所述导电硅橡胶包括如下重量份数组分：
甲基乙烯基硅橡胶58-63份；
碳黑36-37份；
助催化剂20-30份；
硫化剂1-2份；
助剂1-10份；
所述助催化剂包括中空球壳，所述中空球壳包括圆形球体以及设置在圆形球体内并将圆形球体分隔成两个腔室的圆板，两个所述腔室对应填充有发热组合物A和发热组合物B，所述发热组合物A和发热组合物B相遇产生放热反应；
制作所述中空球壳的材料为石蜡；
所述发热组合物A为被氧化性金属，所述被氧化性金属为铁、镁和钙中的一种或两种及以上的金属粉末；
所述发热组合物B包括保水剂和水，所述保水剂和水重量比为1：（12-25）。
通过采用上述技术方案，将碳黑加入在捏合机中的甲基乙烯基硅橡胶进行捏合，同时加入助催化剂，中空球壳在捏合机的作用下破碎，使得中空球壳内的被氧化性金属和水相遇并发生放热反应，加快碳黑在甲基乙烯基硅橡胶中的分散速度，使得碳黑在甲基乙烯基硅橡胶中分散的更加均匀，从而提高了导电硅橡胶的导电性。
同时由于被氧化性金属发生的氧化放热反应最终生成了金属氧化物，金属氧化物在捏合机的作用下分散在甲基乙烯基硅橡胶内，提高了导电硅橡胶的导电性，从而进一步的降低了导电硅橡胶的电阻率。
进一步优选为，所述发热组合物A中还包括用于催化被氧化性金属氧化的催化剂，所述催化剂和被氧化性金属的重量比为1：（4.2-26.7）。
通过采用上述技术方案，催化剂与氧化性金属和水发生化学作用，改变了反应途径，从而降低了反应的活化能，使得氧化性金属和水相遇时产生的放热反应速度加快，加快了反应放热的速度，从而加快了碳黑在甲基乙烯基硅橡胶中的分散速度，提高了导电硅橡胶的导电性。
进一步优选为，所述催化剂为氯化钾、氯化钠中的至少一种。
通过采用上述技术方案，氯化钾、氯化钠在反应过程中加快被氧化性金属反应放热的同时；在捏合机的作用下，钾离子、钠离子分散在甲基乙烯基硅橡胶内，从而提高了导电硅橡胶的导电性。
进一步优选的，所述保水剂为活性炭或活性炭与吸水树脂的混合物中的任意一种，所述活性炭与吸水树脂的混合物中活性炭与吸水树脂的重量比为1:（1.6-2）。
通过采用上述技术方案，伴随着温度的升高，发热组合B内的水容易因受热蒸发而减少，活性炭和吸水树脂在一定的程度下能够锁住水分，从而在反应进行中有效补充反应用水，从而提高放热反应时间。
进一步优选为，发热组合物A和发热组合物B的重量比为1：（0.5-1.7）。
通过采用上述技术方案，通过控制发热组合物A和发热组合物B的重量比，从而控制放热组合物A和放热组合物B的比例，保证被氧化性金属在氧化反应后能够反应完全。
进一步优选为，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯或者是2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述硫化剂为过氧化二异丙苯或者是2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的任意一种，使得导电硅橡胶硫化，从而使内部碳黑、金属氧化物和氯化钾、氯化钠溶液形成致密的导电网络通路，提高导电硅橡胶整体的导电效果。
进一步优选为，所述导电硅橡胶为二段硫化型导电硅橡胶。
通过采用上述技术方案，由于二次硫化使导电硅橡胶网状结构进一步加强，造成导电离子的之间更为紧密，降低了导电硅橡胶的电阻率，从而提高了导电硅橡胶的导电性。
本发明的目的二在于提供一种导电硅橡胶及其制备方法，采用该方法制备的导电硅橡胶能够有减少操作步骤，同时具有生产出的导电硅橡胶具有良好的导电性及使用寿命。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种导电硅橡胶及其制备方法，包括以下步骤：
步骤一，助催化剂的制备：
（1）通过半球型模具制得两个相同的半球形壳体，两个半球形壳体组成带空腔的圆形球体；
（2）通过圆形模具制得嵌合在所述圆形球体内的圆板；
（3）将相应重量份数的发热组合物A加入一个半球形壳体内，盖上圆板并通过加热使得圆板固定在半球形壳体内；
（4）将相应重量份数的发热组合物B加入另一个半球形壳体内，通过加热方式使得两个半球形壳体相固定，制得助催化剂。
步骤二，将相应重量份数的甲基乙烯基硅橡胶加入捏合机进行捏合；
步骤三，往捏合机中加入相应重量份数的碳黑和助催化剂，搅拌均匀后，加入相对应重量份数的硫化剂和助剂，混合均匀，得到半成品；
步骤四，半成品模压硫化成型，最后经过二段硫化制得导电硅橡胶。
通过采用上述技术方案，将碳黑加入在捏合机中的甲基乙烯基硅橡胶进行捏合，同时加入助催化剂，中空球壳在捏合机的作用下破碎，使得中空球壳内的发热组合物A和发热组合物B相遇并发生放热反应，从而提高碳黑在甲基乙烯基硅橡胶中的分散速度，使得碳黑在甲基乙烯基硅橡胶中分散的更加均匀。同时由于被氧化性金属发生的氧化反应最终生成了金属氧化物，金属氧化物在捏合机的作用下均匀分布在导电硅橡胶内，从而提高了导电硅橡胶的导电性。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在碳黑加入甲基乙烯基硅橡胶的过程中，加入中空球壳，中空球壳在啮合机的作用下破碎并混合在一起，中空球壳中的组合物A和发热组合物B相遇产生放热反应，从而提高碳黑分散在甲基乙烯基硅橡胶时的温度，加快了碳黑分散在甲基乙烯基硅橡胶内的速度，使得碳黑更加快速、均匀的分散在甲基乙烯基硅橡胶内，从而使得生产出导电硅橡胶的导电性更好。被氧化性金属发生氧化放热反应生成了金属氧化物，金属氧化物在啮合机的作用下分散在甲基乙烯基硅橡胶中，能够进一步提高导电硅橡胶的导电性；
（2）在中空球壳中的氯化钠或氯化钾与水混合后，电离出钠离子或钾离子，并在捏合机的作用下分散在甲基乙烯基硅橡胶内，钠离子或钾离子能够提高生产出导电硅橡胶的导电性；
（3）中空球壳在捏合机中粉碎，并混合在甲基乙烯基硅橡胶中，随着反应放热的进行，中空球壳受热液化成石蜡油，通过石蜡油能够提高导电硅橡胶的抗氧化性，同时有助于防止导电硅橡胶老化收缩，从而提高了导电硅橡胶的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1步骤一中中空球壳的整体结构示意图；
图2是本发明实施例1步骤一中中空球壳的爆炸结构示意图。
附图标记：1、中空球壳；2、圆形球体；3、半球形壳体；4、圆板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种导电硅橡胶，通过如下步骤制备获得：
步骤一，助催化剂的制备：
（1）通过半球型模具制得两个内径为2cm的半球形壳体3，两个半球形壳体3组成带空腔的圆形球体2；
（2）通过圆形模具制得直径与圆形球体2内径相等的圆板4，使得圆板4能够嵌合在半球形壳体3内，两个半球形壳体3和圆板4组成中空球壳1，制作中空球壳1的材料为石蜡；
（3）将发热组合物A加入一个半球形壳体3内，盖上圆板4并通过加热方式使得圆板4固定在半球形壳体3内；
（4）将发热组合物B加入另一个半球形壳体3内，通过加热方式使得两个半球形壳体3相固定，制得助催化剂。
步骤二，将相应重量份数的甲基乙烯基硅橡胶加入捏合机进行捏合；
步骤三，往捏合机中加入炭黑和助催化剂，并在搅拌速度为40r/min下搅拌25分钟后，加入硫化剂和助剂，再次在搅拌速度为40r/min下搅拌25分钟后，得到半成品，上述硫化剂为过氧化二异丙苯，助剂为硅油和聚四氟乙烯；
步骤四，将半成品于200℃的温度下模压成型，最后在200℃温度下二段硫化后，制得导电硅橡胶；
上述甲基乙烯基硅橡胶、碳黑、硫化剂、硅油、聚四氟乙烯和助催化剂的重量比为60:36:2:3:2:20；
步骤一中发热组合物A为铁粉和氯化钠，氯化钠和铁粉的重量比为1:4.2；
步骤一中发热组合物B为活性炭和水，活性炭和水的重量比为1:12；
发热组合物A和发热组合物B的重量比为1：0.5。
实施例2：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，甲基乙烯基硅橡胶、碳黑、硫化剂、硅油、聚四氟乙烯和助催化剂的重量比为60:36:2:3:2:25。
实施例3：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，甲基乙烯基硅橡胶、碳黑、硫化剂、硅油、聚四氟乙烯和助催化剂的重量比为60:36:2:3:2:30。
实施例4：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的镁粉。
实施例5：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的钙粉。
实施例6：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的铁粉和镁粉，铁粉和镁粉的重量比为1:1。
实施例7：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的铁粉和钙粉，铁粉和钙粉的重量比为1:1。
实施例8：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的镁粉和钙粉，镁粉和钙粉的重量比为1:1。
实施例9：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中铁粉替换为等重量份数的镁粉、钙粉和铁粉，镁粉、钙粉和铁粉的重量比为1:1:1。
实施例10：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中氯化钠替换为等重量份数的氯化钾。
实施例11：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物A中氯化钠替换为等重量份数的氯化钾和氯化钠，氯化钾和氯化钠的重量比为1:1。
实施例12：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，发热组合物A和发热组合物B的重量比为1：0.9。
实施例13：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，发热组合物A和发热组合物B的重量比为1：1.7。
实施例14：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，发热组合物A中氯化钠和铁粉的重量比为1:13.1。
实施例15：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，发热组合物A中氯化钠和铁粉的重量比为1:26.7。
实施例16：一种导电硅橡胶，与实施例16的不同之处在于，将发热组合物B中活性炭替换为等重量份数的活性炭和吸水树脂的混合物，活性炭与吸水树脂的重量比为1:1.6。
实施例17：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将发热组合物B中活性炭替换为等重量份数的活性炭和吸水树脂的混合物，活性炭与吸水树脂的重量比为1:2。
实施例18：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，将步骤三中的过氧化二异丙苯替换为等重量份数的2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷。
对比例1：一种导电硅橡胶，由公开号为CN106589966A的中国发明专利的实施例一制得。
对比例2：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，步骤一中未加入组合物A。
对比例3：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，步骤一中未加入组合物B。
对比例4：一种导电硅橡胶，与实施例1的不同之处在于，步骤一中未加入保水剂。
对比例5：一种导电硅橡胶，其通过如下步骤制备获得：
步骤一，将甲基乙烯基硅橡胶加入捏合机进行捏合；
步骤二，往捏合机中加入相应重量份数的碳黑和助催化剂，搅拌均匀后，加入相对应重量份数的硫化剂和助剂，混合均匀，得到半成品；
步骤三，半成品在高温下模压硫化成型，最后经过二段硫化制得导电硅橡胶。
实验一性能测试
实验样品：采用实施例1-18中获得的导电硅橡胶，并作为试验样品1-18；采用对比例1-4中获得的导电硅橡胶作为对照样品1-4。
对上述实施例1-18和对比例1-4所得到的导电硅橡胶进行性能检测，获得的数据如表1所示：
表1实施例1-18和对比例1-4的性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，实施例1-18和对比例1及对比例5的电阻率可知，在加入助催化剂后，导电硅橡胶的电阻率从24.2Ω•m和23.1Ω•m降至最低电阻率为3.8Ω•m，说明在生产导电硅橡胶过程中加入助催化剂能够有效地降低导向硅橡胶的电阻率，提高导电硅橡胶的导电性。
由表1可知，实施例1-18和对比例2及对比例3的电阻率可知，在加入的助催化剂中仅仅有发热组合物B时,导电硅橡胶的从19.2Ω•m和16.4Ω•m降至最低电阻率为3.8Ω•m，说明在生产导电硅橡胶过程中加入的发热组合物A和发热组合物B共同作用下，能够有效地降低导向硅橡胶的电阻率，提高导电硅橡胶的导电性。
由表1可知，实施例1-18和对对比例4的电阻率可知，在步骤一中未加入保水剂生产出的导电硅橡胶的电阻率为20.1Ω•m，说明在步骤一中加入保水剂能够降低导电硅橡胶的电阻率，从而提高导电硅橡胶的导电效果。
由表1可知，本申请的一种导电硅橡胶不仅提高了导电硅橡胶的导电效果，同时具有抗张强度强和断裂伸长率高的优点。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，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，其特征在于，所述导电硅橡胶的原料包括如下重量份数的组分：
甲基乙烯基硅橡胶58-63份；
碳黑36-37份；
助催化剂20-30份；
硫化剂1-2份；
助剂1-10份；
所述助催化剂包括中空球壳（1），所述中空球壳（1）包括圆形球体（2）以及设置在圆形球体（2）内并将圆形球体（2）分隔成两个腔室的圆板（4），两个所述腔室分别填充有发热组合物A和发热组合物B，当圆板（4）融化时，所述发热组合物A和发热组合物B相遇产生放热反应；
制作所述中空球壳（1）的材料为石蜡；
所述发热组合物A为被氧化性金属，所述被氧化性金属为铁、镁和钙中的一种或两种及以上的金属粉末；
所述发热组合物B包括保水剂和水，所述保水剂和水重量比为1：（12-25）。
2.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述发热组合物A中还包括用于催化被氧化性金属氧化的催化剂，所述催化剂和被氧化性金属的重量比为1：（4.2-26.7）。
3.根据权利要求2所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述催化剂为氯化钾、氯化钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述保水剂为活性炭或活性炭与吸水树脂的混合物中的任意一种，所述活性炭与吸水树脂的混合物中活性炭与吸水树脂的重量比为1:（1.6-2）。
5.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述发热组合物A和发热组合物B的重量比为1：（0.5-1.7）。
6.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯或者是2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷。
7.根据权利要求1所述的一种导电硅橡胶，其特征在于，所述导电硅橡胶为二段硫化型导电硅橡胶。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种导电硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，助催化剂的制备：
1）通过半球型模具制得两个相同的半球形壳体（3），两个半球形壳体（3）组成带空腔的圆形球体（2）；
2）通过圆形模具制得嵌合在所述圆形球体（2）内的圆板（4）；
3）将相应重量份数的发热组合物A加入一个半球形壳体（3）内，盖上圆板（4）并通过加热使得圆板（4）固定在半球形壳体（3）内；
4）将相应重量份数的发热组合物B加入另一个半球形壳体（3）内，通过加热方式使得两个半球形壳体（3）相固定，制得助催化剂；
步骤二，将甲基乙烯基硅橡胶加入捏合机进行捏合；
步骤三，往捏合机中加入相应重量份数的碳黑和助催化剂，搅拌均匀后，加入相对应重量份数的硫化剂和助剂，混合均匀，得到半成品；
步骤四，半成品在高温下模压硫化成型，最后经过二段硫化制得导电硅橡胶。
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