一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子复合材料的，特别涉及一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、乙丙橡胶(epr)，是以乙烯和丙烯，或者由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃为单体，经过聚合工艺合成而得到的一种共聚物的合成橡胶，它不仅具有弹性体的一般特性，还具有质量轻、优异的电绝缘性、耐臭氧老化性、耐热老化性、耐候老化性和耐寒性等，从而广泛应用于汽车、建材、电线电缆、胶管胶带、润滑油添加剂以及聚烯烃改性等领域。

2、然而乙丙橡胶导热性能差，为了实现橡胶材料的高导热性能，通常是在橡胶基体中填充高导热系数的导热填料制备填充型导热橡胶，氮化硼因其高导热性、良好的电绝缘性能和耐腐蚀性能而被广泛用作为导热填料用于填充树脂及橡胶基体，来改善其极低的导热性能。但由于氮化硼材料其极强的化学惰性以及其表面并无反应性官能团难以进行改性，这也极大限制了其在树脂及橡胶基体中的应用。另外乙丙橡胶由于分子结构缺少活性基团,内聚能低,加上胶料易于喷霜,自粘性和互粘性很差，普通填料在其中难以分散均匀，特别是导热填料添加量大，导热填料的团聚以及填料之间互相挤压产生的空隙，这些都不利于乙丙橡胶导热复合材料综合性能的提升，这会严重影响乙丙橡胶材料的机械、电气及加工性能等。结合上述问题，这就需要我们寻找新的方法，将氮化硼导热填料较好分散在乙丙橡胶基体中达到突破乙丙橡胶材料导热性能的同时使得乙丙橡胶材料仍能保持较好的机械、电气及加工性能等。

技术实现思路

1、本发明公开了一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料及其制备方法和应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料，由以下按质量份数计的组分组成：

3、

4、所述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶或第三单体为双环戊二烯(dcpd)或乙叉降冰片烯(enb)或1,4-己二烯(hd)的三元乙丙橡胶或者为其中两种或多种组合的乙丙橡胶体系；

5、所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、双(三乙氧基硅丙基)二硫化物、辛基三乙氧基硅烷中的一种或多种；

6、所述软化剂为工业白油、石蜡油、液体乙丙橡胶中的一种或多种；

7、所述补强剂为煅烧陶土、改性高岭土、白炭黑中的一种或多种，其中优选白炭黑；

8、所述防老剂为2-硫醇基苯并咪唑、2-硫醇基苯并咪唑锌盐、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、n-(1,3-二甲基丁基)-n'-苯基对苯二胺中的一种或多种；

9、所述硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化异丙基苯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种或多种；

10、所述助硫化剂为三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三甲基丙烯酸三烃基甲基丙烷酯中的一种或多种。

11、所述的改性氮化硼杂化材料通过以下方法制得：

12、步骤1)在冰浴和惰性气体保护条件下，将一定量的kbh4溶于去离子水中，制备浓度为70g/l的kbh4水溶液，然后加入一定量的bn，继续搅拌；

13、步骤2)将sncl2·2h2o和bicl3按照摩尔比5.7:4.3溶于一定量hcl水溶液中备用；

14、步骤3)将步骤2)所得溶液逐步滴加至步骤1)的溶液中反应5～6h；

15、步骤4)将步骤3)所得溶液离心、分层，去除上清液，再用去离子水洗涤、离心，反复2～3次，以除去未反应的sncl2·2h2o、bicl3等杂质；

16、步骤5)将步骤4)所得产物在真空干燥箱中60～90℃干燥2天得到bn-sn57bi43杂化材料。

17、所述的导热绝缘乙丙橡胶复合材料通过以下方法制得：

18、s1)按照设计配比分别称取各个物料，先在密炼机中先加入乙丙橡胶，初步塑炼；

19、s2)依次加入氧化锌、硬脂酸、硅烷偶联剂、软化剂、补强剂和防老剂至密炼机中混炼；

20、s3)将氮化铝和bn-sn57bi43杂化材料加入密炼机中继续混炼，混炼均匀后，得到混合物料；

21、s4)将s3)制得的混合物料移出密炼机，置于双辊开炼机上混炼至包辊，再加入硫化剂和助硫化剂混炼，混炼均匀后下片得到混炼物料；

22、s5)将混炼物料停放不少于24h后，将混炼物料置于双层pi膜间，再整体移入平板硫化机的模具中热压成型；

23、s6)热压结束后取出冷却至室温，即得到aln/bn-sn57bi43/乙丙橡胶导热绝缘复合材料。

24、所述s1)中塑炼的具体工艺为：密炼机温度控制在60～80℃，转速为60～80rpm，时间为3～5min。

25、所述s2)和s3)中的密炼机温度均控制在80～120℃；转速均为60～80rpm；s2)中时间为3～5min；s3)中的时间为5～10min。

26、所述s4)中的双辊开炼机辊距为1.5±0.2mm，前辊转速为25rpm/min，前后辊转速比为1:1.2，时间为2～3min，待硫化剂、助硫化剂完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通4次后出片；

27、所述s5)中平板硫化机热压温度为170±10℃、压力为10～15mpa、热压时间为10～20min。

28、本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

29、目前，现有技术较多将氮化硼作为导热填料直接填充树脂或橡胶基体，这种方式一者需要大量填充材料达到明显提升，另外相容性差，存在大量聚集体，可是出现适得其反的效果。此外，现有技术也有较多对氮化硼进行改性后作为导热填料，一般包括硅烷改性、聚合物改性或表面官能化改性等，但根据目前多项研究的结果表明通过现有常用改性方式进行改性时，对热导率的提升很有限，此外像一些表面官能化改性的方式会破坏氮化硼本身结构从而对其本身固有的导热、绝缘等性能产生一些不利影响，不利于氮化硼充分发挥最佳效果。

30、本发明采用共还原法在氮化硼表面沉积低熔点纳米锡铋合金颗粒，制备改性氮化硼杂化材料，用于乙丙橡胶的导热绝缘填料。在乙丙橡胶热硫化过程中，杂化材料表面的sn57bi43纳米颗粒熔融，一方面能将氮化硼与氮化铝填料相互连接而形成有效的导热通路，提高复合体系的导热性能。另外一方面能有效改善氮化硼和氮化铝与乙丙橡胶基体的界面相容性，bn-sn57bi43形成的网链结构能够起到传递应力的作用，阻止裂纹扩张，从而能改善aln/bn-sn57bi43/乙丙橡胶复合材料的力学性能。因此bn-sn57bi43杂化材料的加入可以保障乙丙橡胶材料综合性能的同时实现导热性能关键性的突破，在汽车散热软管、导热密封制件、大功率充电线绝缘散热等领域具有良好应用前景。

技术特征：

1.一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料，其特征在于：所述复合材料的各个组分的质量份数为：

2.根据权利要求1所述的导热绝缘乙丙橡胶复合材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的导热绝缘乙丙橡胶复合材料，其特征在于：所述改性氮化硼杂化材料为通过共还原法在氮化硼表面沉积低熔点纳米锡铋合金颗粒制备的bn-sn57bi43杂化材料。

4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的导热绝缘乙丙橡胶复合材料的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述s1)中塑炼的具体工艺为：密炼机温度控制在60～80℃，转速为60～80rpm，时间为3～5min。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述s2)和s3)中的密炼机温度均控制在80～120℃；转速均为60～80rpm；s2)中时间为3～5min；s3)中的时间为5～10min。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述s4)中的双辊开炼机辊距为1.5±0.2mm，前辊转速为25rpm/min，前后辊转速比为1:1.2，时间为2～3min，待硫化剂、助硫化剂完全混入胶料中后，打三角包10次，薄通4次后出片。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述s5)中平板硫化机热压温度为170±10℃、压力为10～15mpa、热压时间为10～20min。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述导热绝缘乙丙橡胶复合材料的导热系数不低于1.13w·m-1·k-1，抗张强度不低于11.9n/mm2，断裂伸长率不低于342％，体积电阻不低于1.04×104mω·km。

10.一种如权利要求4-9任意一项所述的制备方法制备得到的导热绝缘乙丙橡胶复合材料在汽车散热软管、导热密封制件、大功率充电线绝缘散热领域中应用。

技术总结
本发明公开了一种导热绝缘乙丙橡胶复合材料及其制备方法和应用。该导热绝缘复合材料由以下质量分数计的组分组成：乙丙橡胶100份、氧化锌5‑10份、硬脂酸1‑2份、硅烷偶联剂0.1‑2份、软化剂10‑70份、补强剂20‑60份、防老剂0.1‑8份、硫化剂1‑5份、助硫化剂0.5‑2份、改性氮化硼杂化材料1‑50份、AlN400‑600份；本发明采用共还原法在氮化硼表面沉积低熔点纳米锡铋合金颗粒，制备BN‑Sn<subgt;57</subgt;Bi<subgt;43</subgt;杂化材料，用于乙丙橡胶的导热绝缘填料，可有效改善导热填料与乙丙橡胶基体的界面相容性，制备出兼顾较好导热性能和力学性能的高导热绝缘乙丙橡胶复合材料。

技术研发人员：石红义,张凡,张露露,王小飞,虞锦洪
受保护的技术使用者：江西铜业技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15