CN116144185A - 一种耐拉伸导电橡胶及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及导电橡胶技术领域，具体公开了一种耐拉伸导电橡胶及其应用。本申请提供的耐拉伸导电橡胶包括以下重量份的组分：硅橡胶20‑40份、镀银玻璃微球50‑75份、硫化剂0.5‑3份、抗氧剂3‑8份；所述镀银玻璃微球为10‑30μm的镀银玻璃微球和100‑150μm的镀银玻璃微球的混合物；以及上述耐拉伸导电橡胶在耐拉伸导电橡胶条、耐拉伸导电橡胶板中的应用。本申请提供的耐拉伸导电橡胶具有力学性能好、性价比高、耐高温低温等优点。

Description

一种耐拉伸导电橡胶及其应用

技术领域

本申请涉及导电橡胶技术领域，具体涉及一种耐拉伸导电橡胶及其应用。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，电子、电器设备不断向功能化、集成化、高频化、数字化方向发展，由此带来的电磁干扰危害也越来越严重。导电橡胶作为一种具有既具有导电性能与屏蔽性能，又具有物理机械性能和水气密封性能的功能性橡胶，受到了通讯领域及普通军用领域的广泛青睐。

导电橡胶是以高性能硅橡胶为基料，配以各种导电填料和助剂，并经过严格受控的工艺流程制作而成。目前常见导电橡胶有耐拉伸导电橡胶、铝镀银导电橡胶、铜镀银导电橡胶、石墨镀镍导电橡胶、纯银导电橡胶、炭黑导电橡胶等。其中，玻璃镀银导电橡胶因其导电性能好、制备成本较低等原因应用较为广泛，然而其力学性能并不理想，故难以满足特殊领域的使用要求。因此，迫切需要研究一种性价比高、力学性能优异的导电橡胶来满足通讯领域及普通军用领域的需求。

发明内容

为了改善导电橡胶的力学性能，本申请提供一种耐拉伸导电橡胶及其应用。

第一方面，本申请提供一种耐拉伸导电橡胶，采用如下的技术方案：

一种耐拉伸导电橡胶，包括以下重量份的组分：硅橡胶20-40份、镀银玻璃微球50-75份、硫化剂0.5-3份；所述镀银玻璃微球为10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的混合物。

本申请以硅橡胶作为基体材料、以镀银玻璃微球作为导电填料，通过选择与调整镀银玻璃微球的粒径，能够使耐拉伸导电橡胶内部的橡胶网络及三维导电网络结构发生改变，进而提高耐拉伸导电橡胶的力学性能。与相关技术相比，本申请采用的10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的混合物作为耐拉伸导电橡胶的导电填料，可以显著降低镀银玻璃微球之间的团聚力，增加镀银玻璃微球与硅橡胶之间的粘结力，使耐拉伸导电橡胶内部的橡胶网络及三维导电网络之间交织得更加紧密、各分子之间受力更加均匀，进而使耐拉伸导电橡胶的力学性能升高。

本申请提供的耐拉伸导电橡胶内部具有两个网络结构：一个是硅橡胶硫化后形成的高分子链网络结构，为耐拉伸导电橡胶提供物理机械性能（回弹性、压缩性能和水汽密封性能）；另一种是镀银玻璃微球在橡胶网络内紧密堆积形成的三维导电网络，赋予导电橡胶优异的导电性能和屏蔽性能。

硅橡胶是一种性能优异的耐高温橡胶，其在常温下的强度虽然仅为天然橡胶或合成橡胶的一半，但是在-70℃至200℃的环境下，硅橡胶仍能保持一定的柔韧性、回弹性和表面硬度，且力学性能无明显变化，因此非常适用于航空航天领域。镀银玻璃微球是采用化学表面处理技术使玻璃微珠表面形成一定厚度的银镀层，因此其具备优异的导电性能，该镀银玻璃微球与相关技术中的镀银铝粉、镀镍石墨等相比具有密度低、成本低的优点。抗氧剂的加入能够提高导电橡胶的耐氧化性。

在一些实施方案中，所述10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比可以为（1.5-2.5）：1、（1.5-3）：1、（1.5-4）：1、（1.5-5）：1、（2.5-3）：1、（2.5-4）：1、（2.5-5）：1、（3-4）：1、（3-5）：1或（4-5）：1。

优选地，所述10-30μm的镀银玻璃微球和所述100-150μm的镀银玻璃微球的重量比为（2.5-4）：1。

在一些具体的实施方案中，所述10-30μm的镀银玻璃微球和所述100-150μm的镀银玻璃微球的重量比还可以为1.5：1、2.5：1、3：1、4：1或5：1。

本申请通过调整两种不同粒径的镀银玻璃微球的重量比，并将两种不同粒径的镀银玻璃微球的重量比控制在上述范围内，可以显著提高导电橡胶的力学性能。100-150μm的镀银玻璃微球能够形成较大的三维导电网络结构框架，10-30μm的镀银玻璃微球能够分散并填充在高分子链网络结构及三维导电网络结构框架中，降低了镀银玻璃微球之间的团聚力，使镀银玻璃微球分散地更加均匀，进而保证耐拉伸导电橡胶的中镀银玻璃微球与镀银玻璃微球之间、镀银玻璃微球与硅橡胶之间的内应力基本相同，从而提高电橡胶的力学性能。

优选地，所述硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比为1：（2-3）。

在一些实施方案中，所述硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比还可以为1：（2-2.5）或1：（2.5-3）。

在一些具体的实施方案中，所述硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比还可以为1：2、1：2.5或1：3。

当镀银玻璃微球的用量过大时，镀银玻璃微球之间的团聚力增大，镀银玻璃微球与硅橡胶之间的粘结力降低，导致耐拉伸导电橡胶的导电性能及力学性能会变差。因此本申请将硅橡胶和镀银玻璃微球的重量比控制在上述范围内，能够保证镀银玻璃微球均匀地分散在硅橡胶形成的高分子链网络结构中，并使得镀银玻璃微球与镀银玻璃微球之间、镀银玻璃微球与硅橡胶之间的力学强度基本相同，从而获得一种导电性能及力学性能优异的耐拉伸导电橡胶。

优选地，所述耐拉伸导电橡胶还包括助剂；所述助剂选自三乙醇胺和羧甲基纤维素钠。

在一些具体的实施方案中，所述助剂可以为三乙醇胺、羧甲基纤维素钠或三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的混合物。

优选地，所述三乙醇胺和所述羧甲基纤维素钠的重量比为1：（1.3-1.8）。

本申请提供的耐拉伸导电橡胶中还包括助剂，将三乙醇胺和所述羧甲基纤维素钠重量比控制在上述范围内，通过两者之间各自的增强、粘结作用以及两者之间的复配作用，可以使耐拉伸导电橡胶的力学性能显著增加。

在一些具体的实施方案中，所述三乙醇胺和所述羧甲基纤维素钠的重量比可以为1：1.3、1：1.5或1：1.8。

优选地，所述抗氧剂选自6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,3-二氧化喹啉和2-硫醇基甲基苯并咪唑。

优选地，所述硫化剂为有机过氧化物。

进一步的，所述有机过氧化物可以为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物。

优选地，所述硅橡胶选自甲基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、氟硅橡胶和甲基乙烯基硅橡胶。

上述耐拉伸导电橡胶的制备方法如下：首先将硅橡胶加入至炼胶设备中进行混炼，然后再依次加入镀银玻璃微球、助剂及抗氧剂，混炼10-20min、薄通2-3次；然后再加入硫化剂，混炼20-30min、薄通3-5次，获得预混料；将预混料置于平板硫化机上进行一段硫化获得橡胶片，一段硫化温度为120-160℃，一段硫化时间为15-30min；然后再将橡胶片置于电热鼓风干燥箱中进行二段硫化，二段硫化温度为180-210℃，二段硫化时间为1-1.5h，硫化完毕即可获得耐拉伸导电橡胶。

第二方面，本申请提供的耐拉伸导电橡胶在耐拉伸导电橡胶条、耐拉伸导电橡胶板中的应用。

进一步的，所述耐拉伸导电橡胶条根据横截面不同，可以为圆形、矩形、管型、D性、U形和P形。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1. 本申请选用10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的混合镀银玻璃微球、硅橡胶等制备耐拉伸导电橡胶，获得的耐拉伸导电橡胶的内部含有两种网络结构，一种是硅橡胶硫化后形成的高分子链网络结构，另一种是镀银玻璃微球在橡胶网络内紧密堆积形成的三维导电网络，该耐拉伸导电橡胶具备优异的导电性与力学性能，其电阻率为＜0.01Ω·min，拉伸强度≥1.5Mpa，断裂伸长率为100-300%，压缩变形率≤31%。

2. 本申请通过控制镀银玻璃微球的粒径及配比，并将10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比控制在（2.5-4）：1范围内，获得的耐拉伸导电橡胶的电阻率更低、力学性能更好，其电阻率为＜0.005Ω·min拉伸强度≥1.7Mpa，断裂伸长率为160-280%，压缩变形率≤30%。

3. 本申请将硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比控制在1：（2-3）范围内，获得的耐拉伸导电橡胶的三维导电网络与高分子链网络结构交织紧密、各分子间受力均匀，获得的耐拉伸导电橡胶均具备优异的的力学性能。

4. 本申请进一步向耐拉伸导电橡胶中加入三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的混合物作为耐拉伸导电橡胶的助剂，并将三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的重量比控制在1：（1.3-1.8）之间，可以更进一步提高耐拉伸导电橡胶的拉伸强度、降低压缩变形率，使耐拉伸导电橡胶的拉伸强度为≥2.1Mpa，压缩变形率为28%。

5. 本申请提供的耐拉伸导电橡胶的性价比高，相比于相关技术中的玻璃镀导电橡胶，具有耐高温低温、电阻率低、拉伸强度高、压缩变形率低等优点，因此可广泛应用于通讯领域及普通军用领域。

具体实施方式

本申请提供一种耐拉伸导电橡胶，该耐拉伸导电橡胶包括以下重量份的组分：硅橡胶20-40份、镀银玻璃微球50-75份、硫化剂0.5-3份、抗氧剂3-8份；所述镀银玻璃微球为10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的混合物；所述10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比为（2.5-4）：1；硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比为1：（2-3）；进一步的，所述耐拉伸导电橡胶还包括助剂；所述助剂选自三乙醇胺和羧甲基纤维素钠；再进一步的，三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的重量比为1：（1.3-1.8）。

耐拉伸导电橡胶的制备方法如下：首先将硅橡胶加入至炼胶设备中进行混炼，然后再依次加入镀银玻璃微球、抗氧剂及助剂，混炼10-20min、薄通2-3次；然后再加入硫化剂，混炼20-30min、薄通3-5次，获得预混料；将预混料置于平板硫化机上进行一段硫化获得橡胶片，一段硫化温度为120-160℃，一段硫化时间为15-30min；然后再将橡胶片置于电热鼓风干燥箱中进行二段硫化，二段硫化温度为180-210℃，二段硫化时间为1-1.5h，硫化完毕即可获得耐拉伸导电橡胶。

本申请还提供了利用上述耐拉伸导电橡胶制得的耐拉伸导电橡胶条。

耐拉伸导电橡胶条的制备的方法为：将耐拉伸导电橡胶送至橡胶挤出设备中，然后以5-6m/min的速度挤出，即可获得一种圆形耐拉伸导电橡胶条。

本申请具体的实施例中，硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，型号为110，分子量15-100万；硫化剂为过氧化苯甲酰或二叔丁基过氧化物，过氧化苯甲酰的CAS号为94-36-0，二叔丁基过氧化物的CAS号为110-05-4；其余原料、试剂、溶剂等均可通过商购获得。

以下结合实施例、应用例及性能检测试验对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1-5

实施例1-5分别提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例的不同之处在于：10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比，具体如表1所示。

实施例1-5提供的耐拉伸导电橡胶的制备方法如下：首先将硅橡胶25g加入至炼胶机中混炼10-15min，然后再加入镀银玻璃微球50g、抗氧剂5g及助剂5g，混炼10-20min、薄通2-3次；然后再加入硫化剂1g，混炼20-30min、薄通3-5次，获得预混料；；将预混料置于平板硫化机上进行一段硫化获得橡胶片，一段硫化温度为150℃，一段硫化时间为20min；然后再将橡胶片置于电热鼓风干燥箱中进行二段硫化，二段硫化温度为200℃，二段硫化时间为1.5h，硫化完毕即可获得耐拉伸导电橡胶。实施例1-5中助剂为三乙醇胺，抗氧剂为6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,3-二氧化喹啉。

实施例1-5中的镀银玻璃微球的制备方法如下：将10-30μm的镀银玻璃微球与100-150μm的镀银玻璃微球按照表1中的添加量进行混合，即可获得镀银玻璃微球。

表1 实施例1-5中10-30μm和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比

实施例6

实施例6提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例3的不同之处在于：实施例6中硅橡胶的添加量为25g，镀银玻璃微球的添加量为62.5g；即硅橡胶和镀银玻璃微球的重量比为1：2.5。

实施例7

实施例7提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例3的不同之处在于：实施例7中硅橡胶的添加量为25g，镀银玻璃微球的添加量为75g；即硅橡胶和镀银玻璃微球的重量比为1：3。

实施例8

实施例8提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例6的不同之处在于：实施例8中采用的助剂为羧甲基纤维素钠。

实施例9

实施例9提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例6的不同之处在于：实施例9中采用的助剂为三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的混合物；实施例11中三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的的重量比为1：1.3。

实施例10

实施例10提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例6的不同之处在于：实施例10中采用的助剂为三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的混合物；实施例10中三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的的重量比为1：1.5。

实施例11

实施例11提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述实施例与实施例6的不同之处在于：实施例11中采用的助剂为三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的混合物；实施例11中三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的的重量比为1：1.8。

对比例

对比例1

对比例1提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述对比例与实施例3的不同之处在于：耐拉伸导电橡胶中各组分的添加量。

对比例1中各组分的添加量为：硅橡胶25g，镀银玻璃微球40g，抗氧剂5g，助剂5，硫化剂1g。

对比例2

对比例2提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述对比例与实施例3的不同之处在于：耐拉伸导电橡胶中各组分的添加量。

对比例2中各组分的添加量为：硅橡胶10g，镀银玻璃微球50g，抗氧剂5g，助剂5，硫化剂1g。

对比例3

对比例3提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述对比例与实施例3的不同之处在于：耐拉伸导电橡胶中各组分的添加量。

对比例3中各组分的添加量为：硅橡胶25g，镀银玻璃微球50g，抗氧剂5g，硫化剂1g。

对比例4

对比例4提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述对比例与实施例3的不同之处在于：镀银玻璃微球为10-30μm的镀银玻璃微球。

对比例5

对比例5提供一种耐拉伸导电橡胶。

上述对比例与实施例3的不同之处在于：镀银玻璃微球为100-150μm的镀银玻璃微球。

应用例

应用例1-16

应用例1-16分别提供一种耐拉伸导电橡胶条。

应用例1-11提供的耐拉伸导电橡胶条是利用实施例1-11提供的耐拉伸导电橡胶制备而成。应用例12-16提供的耐拉伸导电橡胶条是利用对比例1-5提供的耐拉伸导电橡胶制备而成。

上述耐拉伸导电橡胶条的制备方法为：将耐拉伸导电橡胶送至橡胶挤出机中，然后以5-6m/min的速度挤出，即可获得一种圆形耐拉伸导电橡胶条。

性能检测试验

对应用例1-16获得的耐拉伸导电橡胶条的电阻率、拉伸强度、断裂伸长率及压缩变形率等性能进行检测，结果如表2所示。

电阻率（体积电阻率）检测方法参考MIL-G-83528 Para.4.6.11；拉伸强度的检测方法参考ASTM D412；断裂伸长率的检测方法参考GB/T 10654-2001；压缩变形率的检测方法参考ASTM D395。

表2 应用例1-16获得的耐拉伸导电橡胶条的性能检测结果

根据应用例1-5、应用例15-16的检测结果可知，应用例1-5获得的耐拉伸导电橡胶条的导电性能与力学性能的综合性能优于应用例15-16获得的耐拉伸导电橡胶条的导电性能与力学性能的综合性能，说明本申请采用10-30μm的镀银玻璃微球与100-150μm的镀银玻璃微球的混合物作为耐拉伸导电橡胶的镀银玻璃微球，可以制备出一种导电性能优异、拉伸强度与断裂伸长率高、压缩变形率低的耐拉伸导电橡胶；进一步对比发现，应用例2-4获得的耐拉伸导电橡胶条的拉伸强度≥1.7Mpa，断裂伸长率为160-280%，压缩变形率≤30%；而应用例1获得的耐拉伸导电橡胶条的拉伸强度为1.5Mpa，断裂伸长率为127%，压缩变形率为31%，应用例5获得的耐拉伸导电橡胶条的电阻率为0.007Ω·min。因此说明本申请将10-30μm的镀银玻璃微球与100-150μm的镀银玻璃微球的重量比控制在1：（2.5-4）之间，可以获得一种导电性能与力学性能俱佳的耐拉伸导电橡胶。

根据应用例3、应用例6-7、应用例12-14的检测结果可知，应用例3、应用例6-7获得的耐拉伸导电橡胶条的导电性能及力学性能的综合性能优于应用例12-14获得的耐拉伸导电橡胶条的导电性能及力学性能的综合性能。因此，说明本申请将耐拉伸导电橡胶的重量比控制在以下范围内：硅橡胶20-40份、镀银玻璃微球50-75份、硫化剂0.5-3份、抗氧剂3-8份，并将硅橡胶和镀银玻璃微球的重量比控制在1：（2-3）之间，能够获得一种既具有优异导电性能，又具有良好力学性能的耐拉伸导电橡胶。

根据根据应用例6、应用例8-11的检测结果可知，应用例6与应用例8提供的仅采用一种助剂制成的耐拉伸导电橡胶条的力学性能均低于应用例9-11提供的采用两种助剂复配制成的耐拉伸导电橡胶条的力学性能。说明本申请采用三乙醇胺和羧甲基纤维素钠两种助剂复配使用，并将三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的重量比控制在1：（1.3-1.8）范围内时，可以获得一种力学性能更好的耐拉伸导电橡胶。

综上所述，本申请提供一种利用硅橡胶、镀银玻璃微球、硫化剂和抗氧剂制备而成的耐拉伸导电橡胶，该耐拉伸导电橡胶具备优异的导电性与力学性能，其电阻率为＜0.01Ω·min，拉伸强度≥1.5Mpa，断裂伸长率为100-300%，压缩变形率≤31%。通过进一步将10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的重量比控制在（2.5-4）：1范围内，硅橡胶和镀银玻璃微球的重量比控制在1：（2-3）范围内，三乙醇胺和羧甲基纤维素钠的重量比控制在1：（1.3-1.8）之间，能够获得导电性能与力学性能更好的耐拉伸导电橡胶。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种耐拉伸导电橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：硅橡胶20-40份、镀银玻璃微球50-75份、硫化剂0.5-3份、抗氧剂3-8份；所述镀银玻璃微球为10-30μm的镀银玻璃微球和100-150μm的镀银玻璃微球的混合物。

2.根据权利要求1所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述10-30μm的镀银玻璃微球和所述100-150μm的镀银玻璃微球的重量比为（2.5-4）：1。

3.根据权利要求1所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述硅橡胶和所述镀银玻璃微球的重量比为1：（2-3）。

4.根据权利要求1所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述耐拉伸导电橡胶还包括助剂；所述助剂选自三乙醇胺和羧甲基纤维素钠。

5.根据权利要求4所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述三乙醇胺和所述羧甲基纤维素钠的重量比为1：（1.3-1.8）。

6.根据权利要求1所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述硫化剂为有机过氧化物。

7.根据权利要求1所述的耐拉伸导电橡胶，其特征在于，所述硅橡胶选自甲基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、氟硅橡胶和甲基乙烯基硅橡胶。

8.如权利要求1-7中任一项所述的耐拉伸导电橡胶在耐拉伸导电橡胶条、耐拉伸导电橡胶板中的应用。