CN110655698A - 高导热复合橡胶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了高导热复合橡胶，包括以下步骤：步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；步骤2：用离子液体改性纳米氧化铝，得离子液体改性的纳米氧化铝；步骤3：将改性碳纤维、离子液体改性的纳米氧化铝分散在正己烷溶液中，同时将橡胶生胶加入到正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散；步骤4：将混合溶液水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入固化剂，室温下搅拌；步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得高导热复合橡胶。将本发明的高导热复合橡胶外覆于金属芯材制备的胶辊，不仅具有良好的导热性能，而且具有很好力学性能，能够显著延长胶辊的使用寿命。

Description

高导热复合橡胶
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及高导热复合橡胶。
背景技术
胶辊是以金属或其他材料为芯，外覆橡胶经硫化而制成的辊状制品。被广泛用于各行各业。胶辊外覆的橡胶直接决定了胶辊的性能。胶辊在使用过程中，若无法进行很好的导热，会在使用过程中由于温度的不断升高直接影响效果，同时减少胶辊的使用寿命。因此，胶辊的导热性非常重要。通常导热橡胶都以硅橡胶或硅树脂为基质，填充Al2O3，AlN，BN，TiO2等导热填料，以适应不同场合的需要。尽管导热硅橡胶具有较理想的导热性能，但随着科技的发展，其性能已不能完全满足如激光打印机等所用导电胶辊的性能，因而近年来对以其他橡胶如丁腈橡胶、顺丁橡胶和乙丙橡胶为基质的导热橡胶的研究逐渐增多。
为了谋求导热橡胶的高导热性，提高橡胶中的导热填料的分散性和融合性变得尤为重要。通常情况下，都通过表面活性剂、或偶联剂对其表面进行处理来增加填料的分散性，但该方法对于提高材料的导热性能具有一定的局限性。
发明内容
要解决的技术问题：为解决以上问题，本发明首先从填料的粒度出发，增强剂的粒度越小，与橡胶的自由体积相配越好，自身的杂质效应越小，阻碍微裂纹扩展的能力也越高。同时，粒径越小，比面积越大，表面效应越强，限制橡胶大分子运动的能力和承载效率也越高。橡胶的大部分性能会随分散性的下降而降低，特别是拉伸强度、动态疲劳和滞后生热性能等，因此，对填料进行改性，增加分散性等效果也尤为重要。本发明鉴于上述实际情况而进行的，其目的在于提供一种高导热复合橡胶。
技术方案：
高导热复合橡胶，其组成包括80-100重量份的橡胶、20-30份的离子液体改性的纳米氧化铝和5-10份碳纤维。
还包括橡胶质量的10%的固化剂。
进一步的，所述橡胶为丁苯橡胶或丁腈橡胶。
进一步的，所述离子液体为[BMIM]PF6、[BMIM]SbF6、[OMIM]BF6或[BPy]PF6。
进一步的，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm。
高导热复合橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与离子液体按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝；
步骤3：将改性碳纤维、离子液体改性的纳米氧化铝分散在正己烷溶液中，同时将橡胶生胶加入到正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入固化剂，室温下搅拌10-15 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5-1.7mm的高导热复合橡胶。
高导热复合橡胶用于胶辊的制备，所制备的胶辊具有高导热性和耐热性。
有益效果：
1. 本发明中选用纳米氧化铝，纳米级的氧化铝填充比微米级的氧化铝填充导热效果更佳，主要是因为纳米氧化铝导热粒子能够形成更加紧密的堆积，有利于形成更有效的导热网络。
2. 本发明中碳纤维经等离子改性后，之间的范德华力减小，分散性变佳。
3. 本发明中纳米氧化铝改性后，其导热性能和各项力学性能得到了明显的提升，主要是由于离子液体能够明显纳米氧化铝的团聚，使其在橡胶中分散更为均匀，与橡胶之间的结合更为紧密。
具体实施方式
实施例1
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与[BMIM]PF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤3：将0.1份改性碳纤维、0.5份离子液体改性的纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌10 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5mm的高导热复合橡胶。
实施例2
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与[BMIM]SbF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤3：将0.25份改性碳纤维、1份离子液体改性的纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁腈橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌15 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.6mm的高导热复合橡胶。
实施例3
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与[OMIM]BF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤3：将0.4份改性碳纤维、1.5份离子液体改性的纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌15 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.6mm的高导热复合橡胶。
实施例4
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与[BPy]PF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤3：将0.5份改性碳纤维、2份离子液体改性的纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌15 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.7mm的高导热复合橡胶。
对比例1
本实施例与实施例1的区别在于采用未改性碳纤维。具体地说是：
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将纳米氧化铝与[BMIM]PF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤2：将0.1份碳纤维、0.5份离子液体改性的纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤3：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌10 min；
步骤4：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5mm的高导热复合橡胶。
对比例2
本实施例与实施例1的区别在于采用未改性的纳米氧化铝。具体地说是：
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将0.1份改性碳纤维、0.5份纳米氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h，所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm；
步骤3：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌10 min；
步骤4：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5mm的高导热复合橡胶。
对比例3
本实施例与实施例1的区别在于采用微米级的氧化铝。具体地说是：
本发明所述的高导热橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将氧化铝与[BMIM]PF6按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的氧化铝，所述氧化铝的粒径为5-100μm；
步骤3：将0.1份改性碳纤维、0.5份离子液体改性的氧化铝分散在100份正己烷溶液中，同时将10份丁苯橡胶加入到100份正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入1份固化剂，室温下搅拌10 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5mm的高导热复合橡胶。
采用准稳态导热系数测定仪测试导热系数。
各项物理机械性能均按相应国家标准进行测试。
表1 高导热复合橡胶的性能指标
从表1中可以看出，纳米级的氧化铝填充比微米级的氧化铝填充导热效果更佳，主要是因为纳米氧化铝导热粒子能够形成更加紧密的堆积，有利于形成更有效的导热网络。碳纤维经等离子改性后，之间的范德华力减小，分散性变佳，纳米氧化铝改性后，其导热性能和各项力学性能得到了明显的提升，主要是由于离子液体能够明显纳米氧化铝的团聚，使其在橡胶中分散更为均匀，与橡胶之间的结合更为紧密。

Claims (6)

1.高导热复合橡胶，其特征在于：其组成包括80-100重量份的橡胶、20-30份的离子液体改性的纳米氧化铝和5-10份碳纤维。
2.根据权利要求1所述的高导热复合橡胶，其特征在于：还包括橡胶质量的10%的固化剂。
3.根据权利要求1所述的高导热复合橡胶，其特征在于：所述橡胶为丁苯橡胶或丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的高导热复合橡胶，其特征在于：所述离子液体为[BMIM]PF6、[BMIM]SbF6、[OMIM]BF6或[BPy]PF6。
5.根据权利要求1所述的高导热复合橡胶，其特征在于：所述纳米氧化铝的粒径为50-100nm。
6.根据权利要求1所述的高导热复合橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；
步骤2：将纳米氧化铝与离子液体按1:1质量比加入至乙醇溶剂中，超声分散均匀后，加入球磨罐中，机械球磨0.5 h后，烘干至恒重，得离子液体改性的纳米氧化铝；
步骤3：将改性碳纤维、离子液体改性的纳米氧化铝分散在正己烷溶液中，同时将橡胶生胶加入到正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声分散0.5 h；
步骤4：将混合溶液在80℃下水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入固化剂，室温下搅拌10-15 min；
步骤5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得到厚度约为1.5-1.7mm的高导热复合橡胶。
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