一种高导热电磁屏蔽橡胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于橡胶功能材料制备技术领域，公开了一种高导热电磁屏蔽橡胶及其制备方法和应用。该高导热电磁屏蔽橡胶由以下按质量份数计的原料制备而成：橡胶100份；炭黑10～40份；延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料3～8份，金属粉体I 2～12份，金属粉体II 4～24份，1份硫化剂，0.5份活性剂，0.5份促进剂，0.5份偶联剂，5份增塑剂，0.5份润滑剂。本发明专利技术在添加延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料后，电磁屏蔽性能和导热性能显著提升；本发明专利技术的填料添加量较小，橡胶硫化后保持较好的阻尼特性；本发明专利技术电磁屏蔽橡胶在具有极佳的同时具有优良的力学性能和加工性能。

High thermal conductivity electromagnetic shielding rubber, preparation method and application thereof

The invention belongs to the technical field of preparation of rubber functional materials and discloses a high thermal conductivity electromagnetic shielding rubber, a preparation method and an application thereof. The high thermal conductivity and electromagnetic shielding rubber comprises the following components in parts by weight of the prepared rubber: 100; carbon black 10 ~ 40; extension of carbon nanotube / carbon black conductive filler chemically bonded to 3 ~ 8, 2 ~ I metal powder 12, metal powder II 4 ~ 24 1, a vulcanizing agent, 0.5 active agent, 0.5 phr, 0.5 coupling agent, 5 plasticizer, 0.5 lubricant. The present invention in addition extended carbon nanotube / carbon black conductive filler after chemical bonding, electromagnetic shielding properties and thermal conductivity significantly improved; the filler amount is small, maintain good damping characteristics of rubber vulcanization; the invention of electromagnetic shielding rubber has excellent mechanical properties and processing performance in excellent at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热电磁屏蔽橡胶及其制备方法和应用
本专利技术属于橡胶功能材料制备
，具体涉及一种含延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料的高导热电磁屏蔽橡胶及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科学技术的进步，利用电磁波传播信息已成为重要的信息传递方式，人类对电磁波频段的应用越来越宽，由于不同频段的电磁波间的干扰性，对重要信息元器件间进行一定的电磁屏蔽已成为重要的商业需求。交联的橡胶材料是一种柔性的网状材料，具有高阻尼性和耐热性，在高频电磁屏蔽领域具有独特的优势。开发新型的电磁屏蔽橡胶在确保电磁屏蔽的同时，进一步有效提高导热性，保持橡胶材料的高阻尼特征已成为重要的产品特征。金属粉末，碳系填料是常用的电磁屏蔽填料，通过在开炼机或密炼机中进行混炼的方法可以制备具有电磁屏蔽性能的复合材料。如专利CN101503034B，CN103602027A，CN200710039852.1，CN201310316795.2都提及使用金属铁粉、镍粉、银粉制备导电磁屏蔽橡胶，专利CN201510024379.4，CN201610318779.0，CN201310538043.0都提及采用碳材料如炭黑、碳纳米管、石墨烯等碳材料制备电磁屏蔽橡胶填料。使用金属粉或直接添加碳材料，需要在较高的填充量才能获得较好的电磁屏蔽性能，但此时高填充橡胶的硬度高，阻尼性大幅下降。同时金属的铁粉、镍粉在加工过程中易发生氧化，金属银粉、碳纳米管、石墨烯等填料价格昂贵，着一些问题都限制了此类电磁屏蔽橡胶的应用。选用磁性的填料作为电磁屏蔽填料是另一种常用的方法，常见的磁性填料由四氧化三铁、锰锌铁氧体、羰基铁粉、锶铁氧体的混合物等。专利CN200910024914.0，CN201410408017.0，CN200810111684.7等均提及了使用此类填料制备的电磁屏蔽橡胶，总的来说这类电磁屏蔽材料的屏蔽范围覆盖面窄，应用效果有限，同时对电磁内耗生热的耗散效果较差。为解决现有困难，科研人员采用了多种手段来改善电磁屏蔽橡胶的性能。如专利CN201110151700.7中提及采用银包铜粉和镀银玻纤并用的方法改善填料的导电性，专利CN201110086980.8介绍利用回收的短切碳纤作为导电剂改善橡胶的强度和电磁屏蔽性能。这些利用不同长径比的材料进行混杂的填充方法虽能在一定程度上改善橡胶材料的导电性能，但对生热耗散的性能的影响有限。同时大量研究者力图使用石墨烯、碳纳米管等高热导率的碳纳米材料改善复合材料的导热性能。碳纳米材料作为新兴的功能材料，其作为导电填料的使用已被各类文献广泛报道，特别是在低填充量下，复合材料的电导率能得到极大的提升而受到研究的关注。虽然此类导电磁屏蔽材料具有较高的电导率，但仍存在内生热耗散的问题，高填充量下高硬度低阻尼，价格昂贵的缺点。为克服填充后来带的导电性问题，使用含导电材料包覆无机颗粒作为导电组分是目前主要的技术方法，如专利CN201310627828.5提出使用镀镍玻璃纤维，专利CN201210588895.6提出使用镀镍二氧化硅，以减少金属粉体的填充量，但不可避免的是导热性的降低。基于以上，采用金属，碳材料、磁导体作为导电填料虽能实现橡胶复合材料的电磁屏蔽性，但无法克服高填充量带来的低阻尼低热导率的缺陷，大大限制了此类电磁屏蔽橡胶的应用范围，开发一种能实现高电磁屏蔽性能同时满足材料高阻尼特性已成为发展的重要方向。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高导热电磁屏蔽橡胶。本专利技术的另一目的在于提供一种上述高导热电磁屏蔽橡胶的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述高导热电磁屏蔽橡胶的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种高导热电磁屏蔽橡胶，该高导热电磁屏蔽橡胶由以下按质量份数计的原料制备而成：橡胶100份；炭黑10～40份；延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料3～8份，金属粉体I2～12份，金属粉体II4～24份，硫化剂1份，活性剂0.5份，润滑剂0.5份，促进剂0.5份，偶联剂0.5份，增塑剂5份。所述橡胶是丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、天然橡胶(NR)和氯丁橡胶(CR)中的一种，进一步优选为丁腈橡胶，其中所选的丁腈橡胶可以是结合丙烯腈质量百分含量为36～41％的高腈丁腈橡胶或结合丙烯腈质量百分含量为31～35％的中高腈丁腈橡胶；所述炭黑是导电炭黑；所述金属粉体I是平均粒径在0.2～1.4mm的金属粉末，是金属铁粉、镍粉、钴粉、铝粉、铂粉或银粉中的一种以上；所述金属粉体II是平均粒径在1～5mm的金属粉末，是金属铁粉、镍粉、钴粉、铝粉、铂粉或银粉中的一种以上；所述的金属粉体II的平均粒径大于金属粉体I。所述硫化剂是过氧化二异丙苯(DCP)、硫磺和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷(3M)中的一种；所述促进剂是二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、二硫化苯并噻唑(DM)和二丁基二硫代氨基甲酸锌(BZ)中的一种以上；所述活性剂是金属氧化物类活性剂、胺类活性剂、脂肪酸类活性剂、皂类活性剂中的一种以上；所述偶联剂是异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯、双(乙酰丙酮)(乙氧基异丙氧基)钛酸酯、二(乙酰丙酮)钛酸二异丙酯、二(乙酰乙酸乙酯)钛酸二异丙酯、异丙基三(十二烷基苯磺酸)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯中的一种；所述增塑剂是液体石蜡、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二仲辛酯(DCP)和腰果壳油中的一种；所述润滑剂是聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡和二硫化钼中的一种以上。所述延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料为一种以伸直碳纳米管内核，炭黑为外侧包裹物的线性导电填料，其制备方法包括如下步骤：(1)使用强酸将炭黑、碳纳米管进行表面羧基化6～12小时；(2)用硅烷偶联剂对炭黑进行表面处理，使硅烷偶联剂接枝到炭黑表面；(3)将接枝硅烷偶联剂的炭黑在乙醇溶液中水解，使炭黑表面带羟基；(4)将水解后带羟基的炭黑与步骤(1)所得表面带羧基的碳纳米管在甲苯或四氢呋喃中，60～75℃，反应2～6小时；(5)将所得粉末在二甲苯中回流2～3小时，并过滤，除去残存的碳纳米管和碳杂质，得到延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料。步骤(1)所述强酸是浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或双氧水，所述炭黑为炉法炭黑、槽法炭黑或热裂解炭黑，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；步骤(2)所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH540)、γ-三丙基乙氧基硅烷(KH550)或γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH580)。上述电磁屏蔽橡胶的拉伸强度为2.85～9.7MPa，在10KHz～20MHz的范围内，电磁屏蔽效能为60.3～90.6dB，法向热导率为0.9～2.1W/mK。上述高导热电磁屏蔽橡胶的制备方法，包括以下操作步骤：(1)原料预处理：将橡胶、碳黑、金属粉体I、金属粉体II、延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料在加工前进行预烘干；(2)在密炼机或开炼机中，先将橡胶延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料、活性剂、促进剂、增塑剂和润滑剂进行混炼，然后加入炭黑、偶联剂、金属粉体I和金属粉体II进行混炼，最后加入硫化剂进行混炼，混合均匀后压片得到混炼胶；将混炼胶在室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特征在于：该高导热电磁屏蔽橡胶由以下按质量份数计的原料制备而成：橡胶100份；炭黑10～40份；延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料3～8份，金属粉体I 2～12份，金属粉体II 4～24份，1份硫化剂，0.5份活性剂，0.5份促进剂，0.5份偶联剂，5份增塑剂，0.5份润滑剂。

【技术特征摘要】
1.一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特征在于：该高导热电磁屏蔽橡胶由以下按质量份数计的原料制备而成：橡胶100份；炭黑10～40份；延展碳纳米管/炭黑化学键合导电填料3～8份，金属粉体I2～12份，金属粉体II4～24份，1份硫化剂，0.5份活性剂，0.5份促进剂，0.5份偶联剂，5份增塑剂，0.5份润滑剂。2.根据权利要求1所述的一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特征在于：所述橡胶是丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶和氯丁橡胶中的一种；所述炭黑是导电炭黑；所述金属粉体I是平均粒径在0.2～1.4mm的金属粉末，是金属铁粉、镍粉、钴粉、铝粉、铂粉或银粉中的一种以上；所述金属粉体II是平均粒径在1～5mm的金属粉末，是金属铁粉、镍粉、钴粉、铝粉、铂粉或银粉中的一种以上；所述的金属粉体II的平均粒径大于金属粉体I。3.根据权利要求2所述的一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特征在于：所述橡胶是结合丙烯腈质量百分含量为36～41％的高腈丁腈橡胶或结合丙烯腈质量百分含量为31～35％的中高腈丁腈橡胶。4.根据权利要求1所述的一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特征在于：所述硫化剂是过氧化二异丙苯、硫磺和1,1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环己烷中的一种；所述促进剂是二硫化四甲基秋兰姆、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化苯并噻唑和二丁基二硫代氨基甲酸锌中的一种以上；所述活性剂是金属氧化物类活性剂、胺类活性剂、脂肪酸类活性剂、皂类活性剂中的一种以上；所述偶联剂是异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯、双(乙酰丙酮)(乙氧基异丙氧基)钛酸酯、二(乙酰丙酮)钛酸二异丙酯、二(乙酰乙酸乙酯)钛酸二异丙酯、异丙基三(十二烷基苯磺酸)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯中的一种；所述增塑剂是液体石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二仲辛酯和腰果壳油中的一种；所述润滑剂是聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、石蜡、二硫化钼中的一种以上。5.根据权利要求1所述的一种高导热电磁屏蔽橡胶，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐睿杰，谢嘉宜，麦观水，苏植祥，雷彩红，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44