CN113698708A - 一种三元乙丙橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三元乙丙橡胶组合物及其制备方法，三元乙丙橡胶组合物包括以下组分：三元乙丙橡胶、炭黑、石蜡油、氧化锌、碳纳米结构体、硬脂酸、轻质碳酸钙、硫磺、防老剂、促进剂，其中，碳纳米结构体在使用前先用硅烷处理剂进行表面处理。本发明将碳纳米结构体进行表面改性后用于三元乙丙橡胶组合物中，更易于在体系中分散，与三元乙丙橡胶实现高效结合，不但大幅提高了三元乙丙橡胶组合物的导电性能和力学性能，而且还可以改善基材的导热性能；同时，改性碳纳米结构体的添加浓度非常低，有利于降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及导电橡胶技术领域，具体指一种三元乙丙橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
目前，导电橡胶主要以硅橡胶为基体，将导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，并且通过压力使导电颗粒接触，从而达到良好的导电性能。硅橡胶是一种介电常数大的生胶，受其性质影响，以硅橡胶为基体的导电橡胶，其导电性能、力学性能及导热性能都不够理想。
三元乙丙橡胶(EPDM橡胶)是以乙烯、丙烯和非共轭二烯烃为主要单体，经聚合过程制得的三元共聚物，其分子主链由化学性质稳定的饱和烃组成，只在侧链含有少量不饱和双键。EPDM基橡胶相比于硅橡胶，具有气密性好、耐碱性高、强度大且成本相对较低的特点，但是，EPDM橡胶优异的电绝缘性能，易使电荷聚积产生静电，造成吸尘、电击，甚至产生火花导致爆炸等恶性事故的发生，不良的导电性严重制约了其在化工、炼油、矿井等领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种导电率高、力学性能及导热性能好的三元乙丙橡胶组合物。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述三元乙丙橡胶组合物的制备方法。
本发明解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：
一种三元乙丙橡胶组合物，按重量计，包括以下组分：
三元乙丙橡胶，100份；
炭黑，10～30份；
石蜡油，40～60份；
氧化锌，1～3份；
碳纳米结构体，0.5～2份；
硬脂酸，0.5～1.5份；
轻质碳酸钙，10～30份；
硫磺，0.5～1份；
防老剂，1～3份；
促进剂，3～5份；
其中，所述的碳纳米结构体在使用前先用硅烷处理剂进行表面处理。
优选地，所述防老剂由N,N’-2-β-萘基-对苯二胺(DNP)与2-巯基苯并咪唑(MB)按照重量比1:1组成。采用该组成的防老剂，能显著提高防老效果。
优选地，所述促进剂由次磺酰胺类促进剂CZ与次磺酰胺类促进剂NS按照重量比1:1组成。采用该组成的促进剂，能显著提高促进效果。
优选地，所述碳纳米结构体是一种交联分支纳米管的集合体，其碳含量超过97％、导电率是碳纳米管的2～3倍。碳纳米结构体(Carbon Nanostructures)是一种新型纳米材料，具有独特的互连纳米结构形态，比常规碳纳米管更易于分散和处理，有利于达到卓越的电气和机械性能。
一种上述三元乙丙橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纳米结构体加入到固体搅拌机中高速搅拌，在60℃下加入硅烷处理剂，继续搅拌20分钟，完成后缓慢升温至120℃保持2小时；
接着用球磨机对上述材料进行分散处理，球磨机转速率控制在70％～75％，获得改性后的碳纳米结构体；
(2)将三元乙丙橡胶投入到开炼机中混炼4～6分钟，按比例加入炭黑、石蜡油、氧化锌、上述改性的碳纳米结构体、硬脂酸、轻质碳酸钙、硫磺、防老剂、促进剂，混炼均匀后，薄通打三角包4～6次，并下片停放24小时；
最后在平板硫化机上硫化，硫化条件为170℃×12MPa×15min，硫化结束后停放16小时，进行性能测试。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将碳纳米结构体进行表面改性后用于三元乙丙橡胶组合物中，更易于在体系中分散，与三元乙丙橡胶实现高效结合，不但大幅提高了三元乙丙橡胶组合物的导电性能和力学性能，而且还可以改善基材的导热性能；同时，改性碳纳米结构体的添加浓度非常低，有利于降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明的三元乙丙橡胶组合物，按重量计，包括以下组分：三元乙丙橡胶、炭黑、石蜡油、氧化锌、碳纳米结构体、硬脂酸、轻质碳酸钙、硫磺、防老剂、促进剂，其中，碳纳米结构体在使用前先用硅烷处理剂进行表面处理。
上述防老剂由N,N’-2-β-萘基-对苯二胺(DNP)与2-巯基苯并咪唑(MB)按照重量比1:1组成。采用该组成的防老剂，能显著提高防老效果。
上述促进剂由次磺酰胺类促进剂CZ与次磺酰胺类促进剂NS按照重量比1:1组成。采用该组成的促进剂，能显著提高促进效果。
上述碳纳米结构体是一种交联分支纳米管的集合体，其碳含量超过97％、导电率是碳纳米管的2～3倍。碳纳米结构体(Carbon Nanostructures)是一种新型纳米材料，具有独特的互连纳米结构形态，比常规碳纳米管更易于分散和处理，有利于达到卓越的电气和机械性能。该碳纳米结构体购自卡博特公司。
上述三元乙丙橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纳米结构体加入到固体搅拌机中高速搅拌，搅拌5分钟后，在60℃下加入硅烷处理剂，硅烷处理剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物，两者质量比为1：1，继续搅拌20分钟，完成后缓慢升温至120℃保持2小时；
接着用球磨机对上述材料进行分散处理，球磨机转速率控制在70％～75％，获得改性后的碳纳米结构体；
(2)将三元乙丙橡胶投入到开炼机中混炼5分钟，按比例加入炭黑、石蜡油、氧化锌、上述改性的碳纳米结构体、硬脂酸、轻质碳酸钙、硫磺、防老剂、促进剂，混炼均匀后，薄通打三角包6次，并下片停放24小时；
最后在平板硫化机上硫化，硫化条件为170℃×12MPa×15min，硫化结束后停放16小时，进行性能测试。
按照重量计，制备实施例1～4、对比例同步带带齿的材料如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对照例 | |
| 三元乙丙橡胶 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 炭黑 | 30 | 10 | 20 | 30 | 30 |
| 石蜡油 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 氧化锌 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 碳纳米结构体 | 1 | 1 | 0.5 | 2 | 0 |
| 硬脂酸 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 轻质碳酸钙 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 硫磺 | 1 | 0.5 | 1 | 1 | 1 |
| 防老剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 促进剂 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
对实施例1～4、对比例制备产品的各项性能按国家标准进行测试，结果如表2所示。
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对照例 | |
| 体积电阻率Ω·cm | 1.72 | 14.6 | 7.35 | 1.23 | 5.28 |
| 拉伸强度MPa | 9.4 | 7.1 | 8.5 | 9.6 | 8.7 |
| 断裂伸长率％ | 495 | 439 | 448 | 506 | 474 |
| 热导率W/m·k | 0.53 | 0.52 | 0.44 | 0.58 | 0.47 |
从上述实施例对比可以看出，实施例4的各项性能均为最佳，明显优于对照例，而实施例1～3中某些性能参数不够理想，这与炭黑组分的添加量有关系。
实施例2、3的体积电阻率均大于对照例，表明其导电性变差，原因是加入炭黑有助于橡胶导电性提高，而在这两组实施例中炭黑的添加量都相对较少。拉伸强度MPa、断裂伸长率％这两项指标的变化趋势保持一致，都代表材料的力学性能，实施例2、3的力学性能不如对照例，原因也是炭黑加入量较少导致的，因为炭黑作为橡胶的一种重要补强剂，可以显著提高材料的力学性能。实施例3的热导率比对照例差，原因是炭黑的加入量减少，导致其热导率下降，虽然碳纳米结构体的加入可以提高橡胶的热导率，但仍不足以抵消炭黑加入量减少所带来的损失，因此总体上反映出来材料的热导率变小。
因此，当炭黑与三元乙丙橡胶的重量比为3:10时，有利于更大程度的提高橡胶组合物的性能。
Claims (5)
1.一种三元乙丙橡胶组合物，其特征在于：按重量计，包括以下组分三元乙丙橡胶，100份；
炭黑，10～30份；
石蜡油，40～60份；
氧化锌，1～3份；
碳纳米结构体，0.5～2份；
硬脂酸，0.5～1.5份；
轻质碳酸钙，10～30份；
硫磺，0.5～1份；
防老剂，1～3份；
促进剂，3～5份；
其中，所述的碳纳米结构体在使用前先用硅烷处理剂进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于：所述防老剂由N,N’-2-β-萘基-对苯二胺与2-巯基苯并咪唑按照重量比1:1组成。
3.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于：所述促进剂由次磺酰胺类促进剂CZ与次磺酰胺类促进剂NS按照重量比1:1组成。
4.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于：所述碳纳米结构体是一种交联分支纳米管的集合体，其碳含量超过97％。
5.一种权利要求1～4中任一权利要求所述三元乙丙橡胶组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将碳纳米结构体加入到固体搅拌机中高速搅拌，在60℃下加入硅烷处理剂，继续搅拌20分钟，完成后缓慢升温至120℃保持2小时；
接着用球磨机对上述材料进行分散处理，球磨机转速率控制在70％～75％，获得改性后的碳纳米结构体；
(2)将三元乙丙橡胶投入到开炼机中混炼4～6分钟，按比例加入炭黑、石蜡油、氧化锌、上述改性的碳纳米结构体、硬脂酸、轻质碳酸钙、硫磺、防老剂、促进剂，混炼均匀后，薄通打三角包4～6次，并下片停放24小时；
最后在平板硫化机上硫化，硫化条件为170℃×12MPa×15min，硫化结束后停放16小时。
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