一种新型导电液体硅橡胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种新型导电液体硅橡胶，所述导电液体硅橡胶采用的导电填料包括单壁碳纳米管。本发明专利技术首次采用单壁碳纳米管为导电填充物，制得一种单壁碳纳米管导电液体硅橡胶复合材料，同时通过配方设计和加工处理工艺，在极少的添加份数下，能有效的将单壁碳纳米管的分散在整个体系中，在降低产品粘度提高加工性能的同时，又防止了团聚、沉降、析出等问题出现，从而形成有效的导电网络通路，制备出体积电阻率小于100Ω·cm的导电材料。本发明专利技术提供的导电液体硅橡胶导电填料添加量低、电性能优良、物理机械性能和耐候性优异，且硫化过程中无污染物产生、生产工艺简单无污染、操作方便。

A new conductive liquid silicone rubber and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种新型导电液体硅橡胶及其制备方法与应用
本专利技术涉及硅橡胶
，具体涉及一种新型导电液体硅橡胶。
技术介绍
随着科技和生活水平的提高，工业自动化机械化生产、电子仪器和设备使用频繁、大型家用电器增多，电力的稳定传输是现阶段面临的重大挑战。要使电缆长期运行，需要电应力控制材料在电缆中间接头的屏蔽切断处和末端绝缘切断处电应力分布均匀。导电硅橡胶作为一种特种硅橡胶材料，由于其独特的“有机-无机”共同存在的主链结构，使其具有耐高温，低压变，高回弹等一系列的优异特性，同时又赋予了硅橡胶材料良好的导电性。尤其是导电液体硅橡胶，交联固化过程中无副产物产生，收缩性极小，能深层硫化，在加热下可实现快速硫化，具有优良的物理机械性能和电性能。由于其使用时能耗低、物耗少、生产效率高，可实现自动化生产的优势，使其在电力行业得到广泛的应用。但是目前市场上应用与电缆附件的导电液体硅橡胶所采用的导电填料(如导电炭黑、导电蒙脱土、金属粉末等)，须大量加入才能满足导电需求，从而导致橡胶本身的优势性能，如机械强度、韧性、弹性和粘度等受到很大影响。已有研究表明，常用高添加量的导电炭黑作为导电填料，长期使用可能会出现脱碳的问题，造成电阻率不稳定，从而使得电缆附件的电应力控制有风险。中国专利CN1605604A分别以镀银玻璃粉、镀银镍粉、镀银铜粉、镀银铝粉和银粉为导电填料，制备了高导电橡胶，但导电填料的添加量高达200～600质量份，导致材料的机械性能性较差。中国专利CN104327509A和CN103665875A等专利中所用导电填料为乙炔炭黑或其他填料，都存在乙炔炭黑添加量较大，导电硅橡胶机械性能较差，工艺较复杂等缺点。中国专利CN106589953A选择了改性后的多壁碳纳米管和导电炭黑作为填充材料，有效地降低了填充量，但是其制备的导电硅橡胶伸长率低，撕裂差，且用的是粉末状添加方式，不利于环境保护和身体健康。中国专利CN103937258A公开了一种具有高回弹性的导电硅橡胶的制备方法，该方法将多壁碳纳米管或导电炭黑进行改性后作为导电填料，制得具有高回弹性的导电硅橡胶，但是其改性导电填料为5～40份，致使其拉伸强度大多在4～6MPa，断裂伸长率大多低于200％，极大地限制了其应用。单壁碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径为1～50nm，长度大于5μm。单壁碳纳米管具有良好的导电性能、极高的弹性和强度、热稳定性和耐候性，即使微量填充，亦可满足材料的导电性能要求，另外微量填充能保持硅橡胶本身的强度、韧性及粘度，同时能在复杂的环境中保持稳定。因此单壁碳纳米管是一种理想的液体胶导电填料。在已知范围内，采用单壁碳纳米管制备导电液体硅橡胶材料，尤其是用于电缆附件应用，在国内外尚属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种单壁碳纳米管聚有机硅氧烷低填充的新型导电液体硅橡胶材料。本专利技术提供的导电液体硅橡胶材料导电性能好、机械强度高、可加工性能好、耐候性强，高温下可以快速固化成型，无副产物产生。具体而言，本专利技术提供了一种新型导电液体硅橡胶，所述导电液体硅橡胶采用的导电填料包括单壁碳纳米管。优选地，本专利技术提供的导电液体硅橡胶以单壁碳纳米管作为导电填料。为了确保液体硅橡胶具有良好的导电性能，本专利技术优选所述液体硅胶中添加质量百分比为0.1～10％的单壁碳纳米管作为导电填料。本专利技术所述单壁碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，其主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离约0.34nm，直径为1nm～50nm(优选1.2～50nm或2～50nm)，长度大于5μm。本专利技术通过大量实践发现，当所述单壁碳纳米管的直径为1.2nm～2nm,且长度大于10μm(如12μm)时，具有足够的长径比和比表面积，将其分散于液体橡胶中，可以确保最终产品具有良好的导电性能，继而应用于电缆附件等领域。为了将单壁碳纳米管充分均匀分散于液体硅橡胶中，本专利技术优选先将单壁碳纳米管与聚有机硅氧烷进行预先混合，得到预混物。作为本专利技术的一种优选方案，所述单壁碳纳米管占所述预混物的质量百分比为5～20％。为了使单壁碳纳米管充分均匀分散于液体硅橡胶中，本专利技术优选先将所述单壁碳纳米管或单壁碳纳米管的预混物与基胶混合，制备得到母胶，再将所述母胶与其它组分混合、硫化制备橡胶。优选的，本专利技术所述母胶中含有的单壁碳纳米管的所述预混物与基胶的质量比(1～10):100，更优选(3.8～10):100。本专利技术所述的基胶是制备导电液体硅橡胶的基础成分，可采用本领域现有的原料和工艺制备而成。为了确保为单壁碳纳米管提供良好的分散介质从而确保所得终产品具有优异的导电性能，本专利技术优选所述基胶中包括充分混合均匀的乙烯基硅油、白炭黑、硅氮烷和去离子水；更优选地，所述基胶中包括30～70份乙烯基硅油、15～40份白炭黑、5～15份硅氮烷和1～10份去离子水；进一步优选地，所述基胶中包括50～65份乙烯基硅油、25～30份白炭黑、7～9份硅氮烷和3～6份去离子水。为了使更组分之间充分混合，本专利技术所述基胶优选采用包括如下步骤的方法制备而成：取甲基乙烯基硅油、白炭黑、硅氮烷和去离子水，在60～90℃、惰性气氛保护下充分混合，然后升温到130～180℃后开始抽真空2～4h,抽真空时保持温度在130～180℃，抽真空结束后降温到120～140℃，再加入稀释用甲基乙烯基硅油，搅拌均匀，即得。制备基胶采用的乙烯基硅油优选为端基乙烯基硅油、多乙烯基硅油中的一种或两种的混合。为了确保单碳纳米管在液体硅橡胶中更好的分散，本专利技术采用的端基乙烯基硅油粘度不超过150000mPa·s，优选为60000～100000mPa·s。本专利技术优选所述端基乙烯基硅油为烷基乙烯基硅油，更优选为甲基乙烯基硅油。本专利技术通过大量实践发现，通过对乙烯基硅油的具体组分选择、组合方式以及粘度进行优化，可以提高导电液体硅橡胶的机械性能。制备基胶采用的白炭黑优选为经过硅氮烷等处理剂的原位接枝处理的气相白炭黑，其比表面积不少于200m2/g，优选白炭黑比表面积为280～320m2/g。制备基胶采用的硅氮烷优选为六甲基硅氮烷、四甲基二乙烯基硅氮烷、七甲基二硅氮烷、乙烯基单封头等至少一种或者两种混合物，更优选为六甲基硅氮烷和/或四甲基二乙烯基硅氮烷。本专利技术提供的方案在获得所述母胶时，优选将单壁碳纳米管与聚有机硅氧烷的预混物以及上述重量份原料制备而成的基胶以质量比1～10:100在三辊研磨机上混合，优选混合至所得混合物粒径为0.1μm～20μm，得到导电液体硅橡胶母胶。本专利技术通过大量实践发现，将单壁碳纳米管的预混物与基胶按照上述比例在三辊研磨机上混合，可以确保单壁碳纳米管均匀、充分地分散于母胶中，继而确保其均匀、充分地分散于终产品中，使得液体硅橡胶具有优异的导电效果。为了进一步提高所述导电液体硅橡胶包括导电性在内的综合性能，本专利技术优选除了所述母本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型导电液体硅橡胶，其特征在于，所述导电液体硅橡胶采用的导电填料包括单壁碳纳米管；/n优选地，所述单壁碳纳米管的用量占所述液体硅橡胶总质量的0.1～10％。/n

【技术特征摘要】
20180801 CN 20181086668181.一种新型导电液体硅橡胶，其特征在于，所述导电液体硅橡胶采用的导电填料包括单壁碳纳米管；
优选地，所述单壁碳纳米管的用量占所述液体硅橡胶总质量的0.1～10％。


2.根据权利要求1所述的液体硅橡胶，其特征在于，所述单壁碳纳米管直径为1nm～50nm，长度大于5μm；
优选地，所述单壁碳纳米管的直径为1.2nm～2nm，长度大于10μm。


3.根据权利要求1或2所述的液体硅橡胶，其特征在于，所述单壁碳纳米管是以预混物的形式使用；所述预混物是由所述单壁碳纳米管与聚有机硅氧烷预先混合而成；
优选地，所述单壁碳纳米管占所述预混物的质量百分比为5～20％。


4.根据权利要求3所述的液体硅橡胶，其特征在于，所述导电液体硅橡胶的母胶是由含有单壁碳纳米管的所述预混物与基胶混合而成，优选由二者以质量比(1～10):100混合而成，更优选(3.8～10):100；
优选地，所述母胶采用包括如下步骤的方法制备而成：将单壁碳纳米管的所述预混物以及基胶在三辊研磨机上充分混合，优选混合至所得混合物粒径为0.1μm～20μm，即得母胶。


5.根据权利要求4所述的液体硅橡胶，其特征在于，所述基胶中包括充分混合均匀的乙烯基硅油、白炭黑、硅氮烷以及去离子水；
优选地，所述基胶中包括30～70份乙烯基硅油、15～40份白炭黑、5～15份硅氮烷和1～10份去离子水；
更优选地，所述基胶采用包括如下步骤的方法制备而成：取甲基乙烯基硅油、白炭黑、硅氮烷和去离子水，在60～90℃、惰性气氛保护下充分混合，然后升温到130～180℃后开始抽真空2～4h,抽真空时保持温度在130～180℃，抽真空结束后降温到120～140℃，再加入稀释用甲基乙烯基硅油，搅拌均匀，即得。


6.根据权利要求5所述的液体硅橡胶，其特征在于，所述乙烯基硅油为端基乙烯基硅油和/或多乙烯基硅油，所述端基乙烯基硅油优选为烷基乙烯基硅油、更优选为甲基乙烯基硅油；
和/或，所述白炭黑为经过硅氮烷等处理剂的原位接枝处理的气相白炭黑，其比表面积不少于200m2/g，优选所述白炭黑的比表面积为280～320m2/g；
和/或，所述硅氮烷为六甲基硅氮烷、四甲基二乙烯基硅氮烷、七甲基二硅氮烷、乙烯基单封头等至少一种或者两种混合物，优选为六甲基硅氮烷和/或四甲基二乙烯基硅氮烷。


7.根据权利要求4～6任意一项所述的液体硅橡胶，其特征在于，除所述母胶外，制备所述液体硅橡胶的原料还包括：甲组份、乙组分、催化剂以及抑制剂；
所述甲组分是通式(1)所示化合物中的一种或几种的混合：



所述通式(1)中，n代表0～100的整数；m代表7...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷丽娟，郭鹏，史行知，黎哲辉，
申请(专利权)人：江西蓝星星火有机硅有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36