CN113980475A - 低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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张骥忠
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Abstract

本发明公开了一种低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法，该橡胶材料主要组分为：基材、补强材料、导电填料、其他助剂；各组分的质量百分比范围是：基材30％‑35％；补强材料5％‑10％；导电填料50％‑60％；其他助剂1％‑5％。本发明提供一种通过配方优化，使用新型的纳米核壳结构镀镍镀银粒子，高长径比碳纳米管材料补强及其他助剂而制备的具有优异的电磁屏蔽性能、低密度、高回弹性的氟硅橡胶材料；本发明所制得的橡胶材料特别适用于航空、航天、船舶、兵器装备所需的耐油柔性电磁屏蔽防护部位及各型耐油柔性电磁屏蔽电磁密封件。

Description

低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于特种橡胶技术领域，具体涉及一种低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着国防技术的不断发展，各型武器装备的电子信息化水平不断提高，战场电磁环境复杂程度几何级增长。为阻止敌方的电磁攻击，防止己方的电磁泄漏，消除各种各设备之间的电磁干扰，在武器装备的各个结构件缝隙和开口处，电子设备及各型方舱的连接部位，需要使用电磁屏蔽材料来实现整体的电连续性，从而能具有良好的电磁屏蔽效能。
现有的电磁屏蔽橡胶材料均基于接触导通理论，将大量的各种金属粉填充在硅橡胶中从而具备良好的导电性，从而实现电磁屏蔽功能。由于金属粉本身密度较大，高填充后的橡胶材料密度大、强度低、回弹性较差，应用环境受到限制，难以满足未来武器型号的电磁屏蔽要求。
发明内容
本发明提供了一种低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料及其制备方法，解决现有技术中屏蔽橡胶材料密度大、强度低、回弹性较差，应用环境受限等问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，所述橡胶材料组分包括：基材、补强材料、导电填料和其他助剂；
各组分的质量百分比范围是：基材30％-35％，补强材料5％-10％，导电填料50％-60％，其他助剂1％-5％，上述组分的质量百分比之和为100％。
进一步的，所述基材为氟硅橡胶。
进一步的，所述补强材料包括气相法二氧化硅、碳纳米管。
进一步的，所述导电填料为纳米核壳结构二氧化硅镀镍镀银粉。
进一步的，所述的其他助剂包括2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷、氧化铈、乙烯基三乙氧基硅烷、助剂。
进一步的，所述橡胶材料的具体配比方案如下：
Figure BDA0003292269940000011
Figure BDA0003292269940000021
低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到2～3mm，控制辊温0～50℃时加入氟硅橡胶；
步骤二：调整开炼机辊距至3～4mm，在双辊开炼机上依次加气相法二氧化硅，碳纳米管及其他助剂，通过冷却水来调整控制辊温在40～50℃，直到所有原材料融入生胶，混炼均匀待用；
步骤三：将步骤二的胶料包辊，加入导电填料，待材料全加入后打卷5次下片；
步骤四：将步骤三的胶片停放24小时后，再次在开炼机上包辊，左右各四分之三割刀三次后，打卷8-10次下片；
步骤五：停放24小时后硫化成型，硫化成型时可以和涤纶织物，铝合金、复合材料等进行复合。
进一步的，所述步骤三中，导电填料分若干次加入，辊温控制在40～50℃。
进一步的，所述其他助剂包括2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷、氧化铈、乙烯基三乙氧基硅烷、助剂。
进一步的，所述导电填料为纳米核壳结构二氧化硅镀镍镀银粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的橡胶材料具有密度低、高回弹性和导电性，可加工性能好的特点，具备良好的20MHz-18GHz宽频段电磁屏蔽性能，导电性能可达到10-4Ω；本发明使用新型的纳米核壳结构镀银镀镍粒子作为填充颗粒，使用高长径比的碳纳米管进行补强和基础导电网落构建，利用助剂稳定基材与导电填料的空间分布。较现有屏蔽橡胶材料密度明显降低、强度高、延展性和回弹性好，可加工成各种截面结构，并可以和涤纶织物，铝合金、复合材料等进行复合结构制品的加工，在满足电磁屏蔽性能的同时可以提供良好的水、气、油密封性能。可广泛适用于各种柔性密封和电磁屏蔽兼顾的应用场景。
附图说明
图1是本发明制样成型工艺的模具结构示意图。
图2是本发明橡胶材料的屏蔽效能试验示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种通过配方优化，使用新型的纳米核壳结构镀镍镀银粒子，高长径比碳纳米管材料补强及其他助剂而制备的具有优异的电磁屏蔽性能、低密度、高回弹性的耐油氟硅橡胶材料，该橡胶材料可用于航空、航天、船舶、兵器机械结构和电器设备；本发明同时提供了材料的制备方法与步骤，以及相关产品的成型工艺方法。
实施例1：
选取氟硅橡胶FVMQ作为基体，使用气相法二氧化硅进行补强，选用高长径比的碳纳米管进一步提高强度的同时搭建基础的导电网络通路，采用纳米核壳结构二氧化硅镀镍镀银粒子作为填料实现硅橡胶整体的高导电导磁性，选用浅色的氧化铈提高材料的耐热老化能力，选用乙烯基三乙氧基硅烷提高填料粒子和基体胶料的稳定性，选取过氧化物2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷为硫化体系；通过系统配方优化设计试验，制备出具有耐油、低密度、宽频段电磁屏蔽效能的氟硅橡胶材料。
在本实施例中，橡胶的配方用料及各材料质量比见下表1。
Figure BDA0003292269940000031
表1
下面介绍本实施例中橡胶材料的制备方法，具体步骤如下：
使用双辊开炼机进行材料混炼，将辊距调整到1～2mm，辊温0～50℃条件下加入氟硅橡胶FVMQ；待生胶压至连续成片、半透明状后，调整开炼机辊距至3～4mm，依次加入气相法二氧化硅20克、碳纳米管3克、氧化铈2克、2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷3.5克、助剂1克、乙烯基三乙氧基硅烷3克，纳米二氧化硅镀镍镀银粉180克，加料结束后打卷5遍下片；将打卷结束的胶片停放24小时后，再次在开炼机上包辊，左右各四分之三割刀三次后，打卷8-10次下片，确保填料的有效分散；停放24小时后，用平板硫化机硫化制样。
下面介绍本实施例中橡胶材料的制样工艺及产品成型工艺，具体步骤如下：
步骤一：半成品准备
将胶料在双辊开炼机上压成所需厚度的胶片(2～2.2mm)，然后按照试样模具型腔尺寸裁剪半成品，用0.2mm厚的塑料薄膜进行隔离保护、待用；参见图1，模具包括上模1、下模2和定位销3，上模1和下模2之间形成型腔4。
步骤二：硫化
a.将模具预热至(160±5)℃，在模具型腔内均匀喷涂两遍脱模剂，将脱模剂在160℃环境下固化5分钟后待用；
b.将准备好的半成品装入模腔内，合模打压进行硫化；
c.设定平板硫化机温度和压力，硫化条件如下：
硫化温度为(160±5)℃；
硫化压力为(11～15)MPa；
硫化时间为(15±1)min；
d.硫化结束后，泄压，打开模具，取出样品。
下面介绍本实施例中橡胶材料的试验及结果：
1、常规试验
常规试验包括：邵氏A硬度，测试方法为ASTM D 2240；拉断强度、拉断伸长率，测试方法为ASTM D 412；硫化橡胶密度，测试方法为ASTM D 792，撕裂强度，测试方法为ASTM D624；体积电阻，测试方法为ASTM D991；该系列试验所用试样为厚度(2±0.2)mm标准试片。
2、屏蔽性能试验
电磁屏蔽效能试验，采用经上述方法制的厚度(2±0.2)mm的样品按照MIL-DTL-83528的方法进行电磁屏蔽效能试验，屏蔽方法参见图2所示。
经本实施例所述配方及制备方法制得的低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶性能指标及实测数据如下表2所示。
Figure BDA0003292269940000041
表2
实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例中，橡胶的配方用料及各材料质量比见下表1。
Figure BDA0003292269940000051
表3
实施例3：
与实施例1不同的是，本实施例中，橡胶的配方用料及各材料质量比见下表1。
Figure BDA0003292269940000052
表4
以上为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述橡胶材料组分包括：基材、补强材料、导电填料和其他助剂；
各组分的质量百分比范围是：基材30％-35％，补强材料5％-10％，导电填料50％-60％，其他助剂1％-5％，上述组分的质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述基材为氟硅橡胶。
3.根据权利要求1或2所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述补强材料包括气相法二氧化硅、碳纳米管。
4.根据权利要求3所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述导电填料为纳米核壳结构二氧化硅镀镍镀银粉。
5.根据权利要求4所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述的其他助剂包括2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷、氧化铈、乙烯基三乙氧基硅烷、助剂。
6.根据权利要求5所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料，其特征在于，所述橡胶材料的具体配比方案如下：
Figure FDA0003292269930000011
7.低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到2～3mm，控制辊温0～50℃时加入氟硅橡胶；
步骤二：调整开炼机辊距至3～4mm，在双辊开炼机上依次加气相法二氧化硅，碳纳米管及其他助剂，通过冷却水来调整控制辊温在40～50℃，直到所有原材料融入生胶，混炼均匀待用；
步骤三：将步骤二的胶料包辊，加入导电填料，待材料全加入后打卷5次下片；
步骤四：将步骤三的胶片停放24小时后，再次在开炼机上包辊，左右各四分之三割刀三次后，打卷8-10次下片；
步骤五：停放24小时后硫化成型，硫化成型时可以和涤纶织物，铝合金、复合材料等进行复合。
8.根据权利要求7所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，导电填料分若干次加入，辊温控制在40～50℃。
9.根据权利要求7或8所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述其他助剂包括2,5-二甲基-2,5二(叔丁基过氧基)己烷、氧化铈、乙烯基三乙氧基硅烷、助剂。
10.根据权利要求9所述低密度宽频段高屏蔽效能耐油氟硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料为纳米核壳结构二氧化硅镀镍镀银粉。
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