本发明涉及导电橡胶领域，具体涉及一种高性能导电橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术：
导电橡胶是复合导电高分子材料中的一种，是以橡胶弹性体为基体，导电填料为添加剂制成，既保留了基体橡胶的弹性，又具有导电填料的导电性。导电橡胶在受到一定范围的压力作用下，复合材料的电阻值随着压力的变化而变化，呈现良好的压阻特性。导电橡胶具有良好的柔性，以及它的制作工艺简单，成本低等特点，使导电橡胶可以作为一种较理想的导电材料。
导电硅橡胶与一般的导电橡胶相比，具有体积电阻率小，硬度低，耐高低温，加工制造工艺性好，特别适合于制造导电性能好，形状复杂，结构细小的导电硅橡胶制品。目前使用的导电硅橡胶一般是在甲基乙烯基硅橡胶中添加导电助剂、硫化剂等来满足导电性能和机械性能要求，但是其导电性能以及拉伸强度、撕裂强度等物理性能仍需进一步提高。
技术实现要素：
本发明提供了一种高性能导电橡胶复合材料及其制备方法，所述导电橡胶复合材料在具有优异导电性能的同时，还具有很好的机械强度、耐高温性、耐腐蚀性及阻燃性，综合性能优异。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶80-100份、玄武岩短纤维16-20份、镀银玻璃微球粉体20-22份、碳纳米管4-6份、石墨烯0.8-1.2份、含氢硅油1-4份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1-2份、乙烯基三甲氧基硅烷1-3份、氧化锌4-6份、纳米氢氧化镁2-3份、硬脂酸钠0.5-1.5份、硫化剂2-5份、纳米填料2-4份、防老化剂0.8-1.5份。
优选地，所述高性能导电橡胶复合材由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶90份、玄武岩短纤维18份、镀银玻璃微球粉体21份、碳纳米管5份、石墨烯1份、含氢硅油3份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、氧化锌5份、纳米氢氧化镁2.5份、硬脂酸钠1份、硫化剂3份、纳米填料3份、防老化剂1份。
优选地，所述硫化剂为2，5-二甲-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷。
优选地，所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
优选地，所述防老化剂为4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量：按比例称取各原料；
(2)预处理：将玄武岩短纤维于丙酮中退浆1h，取出，烘干，得退浆玄武岩短纤维；将镀银玻璃微球粉体、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、纳米氢氧化镁、硬脂酸钠、纳米填料、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺混合均匀，得混合粉体；
(3)改性处理：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退浆玄武岩短纤维，充分搅拌后喷雾干燥，使玄武岩短纤维表面包覆有一层γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武岩短纤维；将乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，调节pH使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后喷雾干燥，使混合粉体表面包覆有一层乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉体；
(4)混炼：先将甲基乙烯基硅橡胶在双辊开炼机上包辊，加入改性混合粉体，混炼均匀；然后加入改性玄武岩短纤维，混炼均匀；再加入含氢硅油，混炼均匀；最后加入2，5-二甲-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，混炼均匀；将所得混合物经模压硫化，制得导电橡胶复合材料初品；将制得的导电橡胶复合材料初品在160-190℃的范围内烘干处理1-2h，得高性能导电橡胶复合材料。
本发明的有益效果为：
1.本发明使用了具有良好导电性的导电填料作为导电填料，较高的填充体积保证了优异的导电性，其中添加少量的石墨烯就可显著提高橡胶复合材料的导电性，同时可提高复合材料的耐热性、拉伸性及韧性。
2.本发明采用玄武岩短纤维作为主要的补强材料，在制备过程中将玄武岩短纤维先进行退浆处理，其有利于提高橡胶复合材料的拉伸强度，而使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对其进行改性，可有效提高玄武岩短纤维的相容性，最终使甲基乙烯基硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、耐高温性及耐腐蚀性得到明显提高。
3.采用纳米氢氧化镁作为阻燃剂，其粒径小，比表面积大，颗粒在材料中能均匀分散，比微米级氢氧化镁更多的热量，可提高阻燃率并降低发烟量，大大提高材料的阻燃性能及力学性能。
4.在制备中先将一部分原料进行改性处理，充分搅拌后喷雾干燥，增加了各原料组份的分散性及兼容性，使导电橡胶复合材料的综合性能更加优异。
5.本发明制备方法简单易行，易于实现工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶90份、玄武岩短纤维18份、镀银玻璃微球粉体21份、碳纳米管5份、石墨烯1份、含氢硅油3份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、氧化锌5份、纳米氢氧化镁2.5份、硬脂酸钠1份、2，5-二甲-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3份、纳米填料3份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺1份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量：按比例称取各原料；
(2)预处理：将玄武岩短纤维于丙酮中退浆1h，取出，烘干，得退浆玄武岩短纤维；将镀银玻璃微球粉体、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、纳米氢氧化镁、硬脂酸钠、纳米填料、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺混合均匀，得混合粉体；
(3)改性处理：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退浆玄武岩短纤维，充分搅拌后喷雾干燥，使玄武岩短纤维表面包覆有一层γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武岩短纤维；将乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，调节pH使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后喷雾干燥，使混合粉体表面包覆有一层乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉体；
(4)混炼：先将甲基乙烯基硅橡胶在双辊开炼机上包辊，加入改性混合粉体，混炼均匀；然后加入改性玄武岩短纤维，混炼均匀；再加入含氢硅油，混炼均匀；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，混炼均匀；将所得混合物经模压硫化，制得导电橡胶复合材料初品；将制得的导电橡胶复合材料初品在175℃下烘干处理1.5h，得高性能导电橡胶复合材料。
实施例2：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶100份、玄武岩短纤维16份、镀银玻璃微球粉体22份、碳纳米管4份、石墨烯1.2份、含氢硅油1份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、乙烯基三甲氧基硅烷1份、氧化锌6份、纳米氢氧化镁2份、硬脂酸钠1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷2份、纳米填料4份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺0.8份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量：按比例称取各原料；
(2)预处理：将玄武岩短纤维于丙酮中退浆1h，取出，烘干，得退浆玄武岩短纤维；将镀银玻璃微球粉体、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、纳米氢氧化镁、硬脂酸钠、纳米填料、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺混合均匀，得混合粉体；
(3)改性处理：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退浆玄武岩短纤维，充分搅拌后喷雾干燥，使玄武岩短纤维表面包覆有一层γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武岩短纤维；将乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，调节pH使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后喷雾干燥，使混合粉体表面包覆有一层乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉体；
(4)混炼：先将甲基乙烯基硅橡胶在双辊开炼机上包辊，加入改性混合粉体，混炼均匀；然后加入改性玄武岩短纤维，混炼均匀；再加入含氢硅油，混炼均匀；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，混炼均匀；将所得混合物经模压硫化，制得导电橡胶复合材料初品；将制得的导电橡胶复合材料初品在190℃的范围内烘干处理1h，得高性能导电橡胶复合材料。
实施例3：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶80份、玄武岩短纤维20份、镀银玻璃微球粉体20份、碳纳米管6份、石墨烯0.8份、含氢硅油4份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份、乙烯基三甲氧基硅烷3份、氧化锌4份、纳米氢氧化镁3份、硬脂酸钠0.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷5份、纳米填料2份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺1.5份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量：按比例称取各原料；
(2)预处理：将玄武岩短纤维于丙酮中退浆1h，取出，烘干，得退浆玄武岩短纤维；将镀银玻璃微球粉体、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、纳米氢氧化镁、硬脂酸钠、纳米填料、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺混合均匀，得混合粉体；
(3)改性处理：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退浆玄武岩短纤维，充分搅拌后喷雾干燥，使玄武岩短纤维表面包覆有一层γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武岩短纤维；将乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，调节pH使其完全溶解，加入混合粉体，充分搅拌后喷雾干燥，使混合粉体表面包覆有一层乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉体；
(4)混炼：先将甲基乙烯基硅橡胶在双辊开炼机上包辊，加入改性混合粉体，混炼均匀；然后加入改性玄武岩短纤维，混炼均匀；再加入含氢硅油，混炼均匀；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷，混炼均匀；将所得混合物经模压硫化，制得导电橡胶复合材料初品；将制得的导电橡胶复合材料初品在160℃的范围内烘干处理2h，得高性能导电橡胶复合材料。
实施例4：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶100份、玄武岩短纤维20份、镀银玻璃微球粉体20份、碳纳米管4份、石墨烯1.2份、含氢硅油2份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、氧化锌6份、纳米氢氧化镁2份、硬脂酸钠1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷5份、纳米填料2份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺1.2份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶80份、玄武岩短纤维18份、镀银玻璃微球粉体20份、碳纳米管6份、石墨烯1.2份、含氢硅油1份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、乙烯基三甲氧基硅烷3份、氧化锌6份、纳米氢氧化镁2份、硬脂酸钠0.5-1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷3份、纳米填料2份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺1.5份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法同实施例2。
实施例6：
一种高性能导电橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：甲基乙烯基硅橡胶90份、玄武岩短纤维20份、镀银玻璃微球粉体22份、碳纳米管4份、石墨烯0.8份、含氢硅油3份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、氧化锌4份、纳米氢氧化镁2份、硬脂酸钠1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷5份、纳米填料2-4份、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺1份。所述纳米填料为纳米氮化硅与纳米二氧化硅的混合物。
高性能导电橡胶复合材料的制备方法同实施例3。
性能测试：
本发明实施例1-6所制得的高性能导电橡胶复合材料平均抗张强度为9.2MPa，平均撕裂强度为38N/mm，平均体积电阻率为0.06Ω·cm。