一种导电橡胶及制备方法与流程

本发明涉及一种导电橡胶及制备方法。

背景技术：

导电橡胶一般是指电阻率在10⁹ω·cm以内的橡胶复合材料，防静电级别的导电橡胶电阻率在10⁵-10⁹ω·cm之间或更低，制备电阻率在50ω·cm以下的导电橡胶难度较大。导电橡胶由于其导电的特性可应用于屏蔽领域，导电性能优异的导电橡胶可应用于发热领域。常见的导电橡胶有两种类型：一种是通过橡胶内部填充本征导电性能优异的颗粒(金属颗粒、金属氧化物、镀银颗粒、炭黑、石墨粉等)，按“逾渗理论”在压力作用下，填充颗粒互相接触形成导电通路。这类导电橡胶往往需要较高的填充量才可以在橡胶基体中形成导电网络，这种导电橡胶可以用于电加热、电磁屏蔽领域。填充型导电橡胶一般填充量较大，从而导致密度较大、成本较高，同时较高的填充量也会牺牲一部分机械性能，大部分粉体填料导电橡胶强度在1.5mpa左右。中国专利cn104945702a填充30-50％的改性碳纳米管/石墨烯/氮化铝等导电介质。另一种是在橡胶基体中排列连续电炉丝等发热部件，直接通过电炉丝达到复材导电发热目的，这种导电橡胶主要用于发热领域，这种导电橡胶在工作状态下炉丝局部温度比较高，容易出现橡胶/炉丝分层、断路等现象。

这两种常见的导电橡胶，主要是以橡胶为连续基体材料、填料或炉丝为分散相的导电主体。中国专利cn105543815a制备了以多孔橡胶进行电镀/化学镀金属层，来提高橡胶导电性能，但是多孔橡胶是通过硫化前预埋金属丝得到，导电网络通过预埋金属丝的拔出及金属的电镀达到，这种导电橡胶制备的导电通路有限，是第二种导电橡胶的改进版。

综上所述，常规的导电橡胶基本是以橡胶基材为连续相、填料为分散相，这样的导电橡胶存在两个问题：第一是填充量高(部分产品中导电填料占到80％甚至更高)，只有较高的填充量才能保证填料颗粒之间形成通路，从而导致复合材料密度的提高，同时一定程度牺牲了基材的力学性能；第二是成本高，导电性能优异的物质几乎均被用作导电填料，只有填充较高体积分数的石墨烯、碳纳米管、贵金属粉末及镀贵金属颗粒等才可以达到较高的导电能力，导致材料成本较高。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种低成本，力学性能好的导电橡胶及制备有方法。

为了达到上述发明目的，从材料设计的角度来看，设计一种导电主体与基体橡胶分别成网络结构的复合导电材料很有必要。提高复合材料的导电性能，关键是构建足够的导电通道即提升复材中填充物之间的连接程度。以压缩无需粘结的膨胀石墨预制体作为三维连续导电网络，硅橡胶通过浸渗、固化后作为三维连续基体。这种体系继承了膨胀石墨优异的导电性能，由于较低的填充量，也较大程度保留了硅橡胶材料的力学性能。通过控制石墨膨胀倍数、预制体密度、橡胶的浸渗量来控制导电性及力学性能。

本发明制备的导电橡胶具有优异的导电性能，可以用于电磁屏蔽、抗静电等领域，也可以利用其较好的发热性及柔韧性，应用于电器除霜、部件加热、生活保健等加热保温领域。

本发明的导电橡胶，其质量百分比配比组成如下：

膨胀石墨：7.0～25.0％wt％

硅橡胶：75.0～93.0％wt％

所述膨胀石墨是指由天然石墨得到的膨胀石墨，其膨胀倍数为100～500ml/g。

所述硅橡胶树脂主要为双组份硅树脂，由其预聚液与交联剂组成，主要指双组份甲基硅树脂、双组份甲基乙烯基硅树脂、双组份甲基苯基乙烯基硅树脂中的一种或多种。

所述的膨胀石墨的含量为7.0～25.0wt％，膨胀石墨的主要作用是利用其自聚集的特性，形成整体的网络结构，并将其导电能力传递给复合材料。当膨胀石墨含量小于7.0wt％时，骨架密度比较低，导电通路不够发达；而当膨胀石墨含量大于25.0wt％时，硅橡胶预聚体溶液的浸渗难度增加，导致复合材料的力学性能下降，使用过程中可能发生导电网络损坏现象。

本发明导电橡胶的制备方法，包括步骤如下：

(1)、膨胀石墨预制体的制备：将膨胀石墨经过模压或辊压制成密度为0.08～0.25g/cm³、孔隙率为89％～99％的膨胀石墨预制体；

(2)、液体硅橡胶的浸渗：双组份硅树脂的预聚液与交联剂混匀得到有机硅橡胶溶液后，将膨胀石墨预制体浸入有机硅橡胶溶液中，在-0.05～-0.095mpa真空度下浸渗5～120min后，0.3～1.0mpa下保压5～120min；

(3)、硅橡胶的交联固化：将步骤(2)得到的复合材料于80～120℃下保温20～120min，得到导电橡胶。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1)本发明的导电主体膨胀石墨具有三维连通的网络结构，复材保留了预制体较高的导电性能，同时可以通过调节石墨的膨胀倍数、预制体密度来调节预制体的导电性能。

2)相同导电性能的前提下，相比传统的填充式导电橡胶的填料(贵金属颗粒、镀贵金属颗粒、陶瓷颗粒、石墨烯、碳纳米管等)，本发明的填料膨胀石墨廉价易得，材料单价成本优势明显。

3)本发明可以在较低的填充量下达到较高的导电性能，较低的填充量使导电复材较大程度上保留了基材的力学性能。

4)制备的导电橡胶的电阻率范围为0.72～3.22ω·cm，拉伸强度区间为1.17～2.70mpa。

附图说明

图1是本发明所采用的膨胀石墨sem形貌图。

图2是本发明所采用的膨胀石墨预制体。

图3是本发明实施例5得到的导电橡胶的sem形貌图。

图4是本发明实施例5得到的导电橡胶发热红外成像图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，但实施例不构成对本发明的任何限制。

实施例1：

1)将膨胀倍数为120ml/g的膨胀石墨蠕虫以0.08g/cm³的体积密度进行模压成型，得到膨胀石墨预制体。

2)将双组份甲基硅树脂的二甲基硅氧烷预聚液与交联剂按10:1的重量比混匀得到有机硅橡胶溶液，按膨胀石墨7.2wt％：硅橡胶为92.8wt％，将步骤1)得到的预制体浸入其中，-0.09mpa真空条件下浸渗20min；随后于0.4mpa保压30min。

3)将浸渗后的复合材料于120℃下交联10min，得到复合导电橡胶。其技术指标为电阻率为3.22ω·cm，拉伸强度为2.7mpa，5v直流电源加热3*3cm导电橡胶，5min内表面温度上升至82℃。

实施例2

1)将膨胀倍数为150ml/g的膨胀石墨蠕虫以0.10g/cm³的体积密度进行模压成型，得到膨胀石墨预制体。

2)将双组份甲基硅树脂的二甲基硅氧烷预聚液与交联剂按8:1的重量比混匀得到有机硅橡胶溶液，按膨胀石墨为10.2wt％，硅橡胶为89.8wt％，将步骤1)得到的预制体浸入其中，-0.075mpa真空条件下浸渗40min；随后于0.6mpa保压45min。

3)将浸渗后的复合材料于120℃下交联10min，得到复合导电橡胶。其技术指标为电阻率为2.31ω·cm，拉伸强度为2.28mpa。

实施例3

1)将膨胀倍数为180ml/g的膨胀石墨蠕虫以0.12g/cm³的体积密度进行模压成型，得到膨胀石墨预制体。

2)将双组份甲基乙烯基硅树脂的甲基乙烯基硅氧烷预聚液与交联剂按10:1的重量比混匀得到有机硅橡胶溶液，按膨胀石墨12.6wt％,硅橡胶为87.4％,将步骤1)得到的预制体浸入其中，-0.075mpa真空条件下浸渗40min；随后于0.6mpa保压40min。

3)将浸渗后的复合材料于100℃下交联30min，得到复合导电橡胶。其技术指标为电阻率为1.86ω·cm，拉伸强度为1.97mpa。

实施例4

1)将膨胀倍数为230ml/g的膨胀石墨蠕虫以0.15g/cm³的体积密度进行模压成型，得到膨胀石墨预制体。

2)将双组份甲基乙烯基硅树脂的甲基乙烯基硅氧烷预聚液与交联剂按8:1的重量比混匀得到有机硅橡胶溶液，按膨胀石墨15.1wt％，硅橡胶为:84.9wt％，将步骤1)得到的预制体浸入其中，-0.088mpa真空条件下浸渗30min；随后于0.7mpa保压40min。

3)将浸渗后的复合材料于90℃下交联30min，得到复合导电橡胶。其技术指标为电阻率为1.05ω·cm，拉伸强度为1.63mpa。

实施例5

1)将膨胀倍数为300ml/g的膨胀石墨蠕虫以0.20g/cm³的体积密度进行模压成型，得到膨胀石墨预制体。

2)将双组份甲基苯基乙烯基硅树脂的预聚液与交联剂按10:1的重量比混匀得到有机硅橡胶溶液，按膨胀石墨为21.2wt％：硅橡胶为78.8wt％,将步骤1)得到的预制体浸入其中，-0.095mpa真空条件下浸渗30min；随后于1.0mpa保压30min。

3)将浸渗后的复合材料于80℃下交联120min，得到复合导电橡胶。其技术指标为电阻率为0.72ω·cm，拉伸强度为1.17mpa，5v直流电源加热3*3cm导电橡胶，5min内表面温度上升至173℃(343℉)，其发热红外成像图如图4所示，

各实施例性能如表1所示。

表1各实施例性能汇总