一种高导电导热耐油耐老化橡胶材料及其制备方法和应用

文档序号:9245384阅读:421来源:国知局
一种高导电导热耐油耐老化橡胶材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及改性橡胶领域,特别涉及一种高导电导热耐油耐老化橡胶材料及其制 备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 目前市场上的导电和导热橡胶材料主要是以硅橡胶为主的导电、导热橡胶,体积 电阻率一般在1〇5~1〇9〇 左右,添加部分金属导电粉填料后可达到几千或几百欧姆厘 米,导热系数通常为1. 2~3WAm.K)。但是这些材料只能有一种特性,且由于硅胶本身材料 的特性,加入导电、导热填料后力学性能大幅下降(拉伸强度为1~4MPa左右,拉断伸长率 100~300%左右),且其耐油性能较差。而有些以丁腈橡胶或顺丁橡胶为基材的导电导热 材料,其导电、导热性能远没有硅胶材质的导电导热材料好,且其耐候性较差,也不能满足 某些特殊环境的特殊要求。

【发明内容】

[0003] 针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于:提供一种高导电导热耐油耐老 化橡胶材料的配方及制备方法。
[0004] 一种高导电导热耐油耐老化橡胶材料,由以下组分按照重量分数制备而成:
[0005] 导电导热橡胶母料50~100份,辅助橡胶材料40~60份,补强材料30~50份, 增韧剂30~50份,填充剂30~50份,稳定剂8~10份,增粘剂10~15份,硫化剂3~ 5份,助硫剂2~3份。
[0006] 在上述方案的基础上,所述导电导热橡胶母料由以下组分按照重量份数制备而 成:基础橡胶材料50~100份、改性碳纳米管20~40份、改性石墨烯10~30份、表面处 理的氮化铝20~40份、稳定剂2~6份、增韧剂30~50份。
[0007] 在上述方案的基础上,所述基础橡胶材料为氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和氯丁橡 胶中的一种或几种的组合;所述辅助橡胶材料为丁腈橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶和天然橡胶 中的一种或几种的组合。
[0008] 在上述方案的基础上,所述补强材料为炭黑、白炭黑和酚醛树脂中的一种或几种 的组合;所述增韧剂为DOA、DOP、DBP、芳烃油、多元醇、环氧大豆油和氯化石蜡中的一种或 几种的组合。
[0009] 在上述方案的基础上,所述填充剂为碳酸钙、高岭土和滑石粉中一种或几种的组 合;所述稳定剂为氧化镁和/或氢氧化镁。
[0010] 在上述方案的基础上,所述增粘剂为古马隆和/或聚丁二烯。
[0011] 在上述方案的基础上,所述硫化剂为DCP,BIPB,TAMA,TDDS,S和FSH中的一种或 几种的组合;所述助硫剂为TMTD、DM、CZ、TAIC和NA22中一种或几种的组合。
[0012] 一种导电导热橡胶母料,由以下方法制备而成:
[0013] 1)碳纳米管的制备
[0014]a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液,然后将混合溶液均匀涂抹 在基材表面,自然晾干,备用;
[0015] 所述催化剂为镍或镁的硝酸盐;
[0016] 所述基材为铜或硅;
[0017] b、将上述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上,基材与沉积台 间有锡丝;
[0018]c、关闭真空室抽真空,当真空度达到-0.lpa时,向真空室内通入氩气和氢气,流 量分别为2~4L/min和8~10L/min,启动直流电弧,调节弧电流为100~130A,调节排气 阀和真空室调节阀,使真空室内压强稳定在2500~4000Pa,反应5~15min,制得Ni/MgO 催化剂;
[0019] d、在保持氩气流条件下,逐步减小氢气流量至4~5L/min,然后通入碳氢化合物, 在2500~4000Pa压力和700~1000°C下进行反应20~30min左右,在Ni/MgO表面即可 得到碳纳米管,收集备用;
[0020] 所述碳氢化合物为天然气、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔;
[0021] 2)碳纳米管改性
[0022] 将表面改性剂加入无离子水中,配制成30~40mg/ml的溶液,然后将制备的碳纳 米管加入溶液中,采用功率为40~250W超声波水浴处理,使碳纳米管被表面改性剂浸润; 然后过滤,采用冷冻真空进行干燥,制备出的改性碳纳米管材料,备用;
[0023] 3)石墨烯表面改性处理
[0024]a、首先将石墨烯加入到添加表面活性剂的水溶液中,通入低频高压脉冲电流,制 备出具有良好亲水性的水溶性石墨烯;
[0025] 所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸或聚丙烯 酰胺;
[0026]b、将制备好的水溶性石墨烯溶液加入到5~10%的氢氧化钠溶液,用超声分散, 再加入过量的氯乙酸,继续反应,离心,真空干燥得到表面改性处理的石墨烯粉末,备用;
[0027] 4)氮化铝表面处理
[0028] 将氮化铝粉末加入到表面改性剂的溶液中,在80°C下搅拌反应3-4小时;处理后 将产品抽滤,干燥,备用;
[0029] 所述表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂;
[0030] 5)导电导热橡胶母料的制备
[0031] 首先将基础橡胶粉末加入到水中,加入聚甲基丙烯酸钠和NP-9搅拌成悬浮液,加 入制备好的表面改性石墨烯粉末,以及〇. 2~0. 5%引发剂BP0,封闭容器升温至115~ 120°C,压力升至0. 2~0. 3MPa反应1~2小时;降温至70°C,水洗后离心干燥,制得石墨 條改性的基础橡J3父材料。然后将石墨條改性后的基础橡J3父材料,放入80~90C尚混机中, 加入制备好的改性碳纳米管、表面处理的氮化铝、稳定剂和增韧剂进行高混改性,待物料完 全混匀后加入密炼机中进行密炼,密炼机温度不超过95°C,密炼时间为5~lOmin;密炼结 束后将密炼好的胶料放入开炼机中打包,下片,备用;
[0032] 一种如上所述的高导电导热耐油耐老化橡胶材料的制备方法,具体步骤如下:
[0033] 1)将混炼机升温到60~90°C,调小辊距至1~2mm,将辅助橡胶进行塑炼,待辅 助橡胶成片后加入导电导热橡胶母料混炼均匀,依次加入稳定剂、补强材料、填充剂和增粘 剂,期间缓慢加入增韧剂,混合均匀后打6次三角包制成混炼胶,然后调整辊距至5mm,下片 停放24hr;
[0034] 2)将混炼机温度升至60~80°C,将停放好的混炼胶放入混炼,至胶料包辊无空洞 时加入硫化剂和助硫剂,调小辊距至2~3mm,打6次三角包下片;
[0035] 3)混炼胶的硫化
[0036] 采用平板硫化、硫化罐硫化或红外线硫化,硫化温度150~190°C,硫化时间15~ 120min〇
[0037] 上述的高导电导热耐油耐老化橡胶材料的应用,具体的应用为:
[0038] 1)耐油、耐腐蚀易燃易爆液体储存罐内壁防腐层;
[0039] 2)电缆外层接地屏蔽导电橡胶层及橡胶护套;
[0040] 3)矿山、石油、井下使用的机械设备胶管;
[0041] 4)电子设备内部密封或减震橡胶垫,具有导电或电?磁屏蔽,及耐油、耐老化特 性。
[0042]本发明的有益效果是:
[0043] 本发明针对目前导电、导热材料的缺陷,利用气相沉淀工艺生产碳纳米管,和石墨 烯,经过表面处理与耐油、耐候性能优异的橡胶材料生成高导电、导热耐油耐老化橡胶材 料。本材料具有非常优异的导电和导热特性,体积电阻率达到l〇2Q?cm,导热系数可达到 4WAm.K)以上,可以用于石油、煤矿、航天等特种领域的导电、导热橡胶材料;同时本材料 具有优良力学性能和耐油、耐空气老化性能,可用于油介质或户外等环境下的导电、导热橡 胶应用。具体应用如下:
[0044] 耐油、耐腐蚀易燃易爆液体储存罐内壁防腐层,具有耐油、耐老化和耐化学腐蚀的 特点,同时可将静电引出,防止爆炸,可用于石油、化工等领域;
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