改进的导电橡胶组合物及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种导电橡胶组合物、导电橡胶及其制备方法。本发明专利技术的导电橡胶创新性地使用纳米助剂配合导电填料，并辅以硅烷偶联剂、软化剂、分散剂和硫化剂、增塑剂等成分，通过上述特定的成分的组合配比，其克服了碳纳米管难与橡胶基体形成有效的界面结合等问题，实现了碳纳米管在橡胶基体中的均匀分散，显著提高了高频波段的电磁屏蔽性能；制备得到的导电橡胶体积电阻率<1.4Ω

【技术实现步骤摘要】
改进的导电橡胶组合物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种改进的导电橡胶，具体涉及一种导电橡胶组合物、导电橡胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]导电橡胶是将导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，并且通过压力使导电颗粒接触，从而达到良好的导电性能。导电橡胶主要用于满足屏蔽电磁辐射、防尘、防水等环境密封，可广泛应用于网络通讯设备、汽车、新能源、消费电子、航空航天等相关领域。常规的导电橡胶主要由橡胶、树脂等基体材料、导电填料、分散剂和其他助剂等组成。根据填料种类不同，可以分为以下几类：以石墨、炭黑、碳纳米管和石墨烯为导电填料的碳系导电橡胶；以Ag、Cu和Ni等金属为导电功能填料的金属导电橡胶，以及以金属与金属、金属与非金属混合物为导电填料的复合导电橡胶等。
[0003]制作导电橡胶时，一般选择介电常数大的生胶，如硅橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等。丁腈橡胶、氯丁橡胶等分子内含极性基团(-CL、-CN等)的橡胶在电场中偶极极化，具有比非极性橡胶小的电阻率与介电强度、大的介电损耗和相对差的绝缘性，适宜制取抗静电与导电制品。硅橡胶是制作导电橡胶制品的较好材料。它不但具有导电、耐高低温、耐老化的特性，而且工艺性能好，适于制造形状复杂、结构细小的导电橡胶制品；用于电器连接器材时，能与接触面紧密贴合，准确可靠，富有弹性并可起到减震和密封的作用。也要根据产品的使用条件进行选择，例如在与油相接触的环境中使用的导电橡胶最好选用耐油橡胶，如丁腈橡胶、氯醇橡胶、氯丁橡胶等。
[0004]现有的填充型导电橡胶是向硅橡胶、氟硅橡胶等基材中加入导电填料、交联剂等混炼、硫化而成。金属粉类导电填料，例如银粉、镍粉、铝镀银及镍包石墨粉等，能够使导电橡胶的体积电阻率达到0.5Ω
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cm以下；导电石墨或导电炭黑填料，其体积电阻率较大，通常在2.0Ω
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cm以上。
[0005]以金属粉类作为导电填料的导电橡胶导电率高，屏蔽效果好，一般在60dB以上，然而价格昂贵，重量重，在应用于大尺寸产品及航空航天领域时的局限性大；含碳系填料的导电橡胶导电率较低，屏蔽能力通常在40dB左右，在为了获得更高的导电性能而加大充填量时，硫化橡胶的机械性能变差，导致延伸率低于150％，且压缩形变超过35％。
[0006]目前，含碳系填料的导电橡胶的充填量通常大于35％(即每100份橡胶基体充填35份以上碳系填料)；其中，以竹炭作为导电填料的导电橡胶体积电阻率通常在0.7Ω
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cm左右，拉伸强度为1.1MPa左右，扯断伸长率为130％左右；以石墨作为导电填料的导电橡胶体积电阻率通常在6Ω
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cm左右，拉伸强度仅为0.20MPa左右，扯断伸长率仅为30％左右；而以导电炭黑作为导电填料的导电橡胶体积电阻率通常在6Ω
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cm左右，拉伸强度仅为0.20MPa左右，扯断伸长率仅为30％左右。
[0007]塑化剂是在工业生产上被广泛使用的高分子材料助剂，又称增塑剂。塑化剂的使用可以改善高分子材料的性能，降低生产成本，提高生产效益。通常在结构上具有极性或部
分具有极性，是高沸点、难挥发与聚合物有良好混溶性的液体或低熔点固体。塑化剂分布在大分子链之间，能降低分子间作用力，使聚合物粘度降低，柔韧性增强。塑化剂分为主、副增塑剂两大类，主塑化剂的作用是与树脂很好的相容，其渗透性小、挥发性低，可提高塑化效率。
[0008]常用的主塑化剂有邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类。副塑化剂又称为辅助塑化剂，其主要作用是与主塑化剂并用，以达到降低成本的作用，常用副塑化剂有脂肪族二元酸酯等耐寒型和环酯塑化剂。
[0009]碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级管状壳层结构，具有长径比大、强度和模量高、韧性好、密度低等优势，且兼具特殊的电学性质。碳纳米管作为填充物能够显著提高橡胶的电学性能，然而存在以下问题：1)碳纳米管化学活性低，在用于制备导电橡胶时难与橡胶基体形成有效的界面结合；2)碳纳米管的管径小、表面能大，极易产生缠绕团聚，仅依靠橡胶基体传递的剪切力，难以在橡胶基体中形成均匀分布。
[0010]电磁屏蔽是决定电子设备能否稳定运行的重要因素。传统导电橡胶是将碳系材料、金属材料或镀金属材料等导电填料添加到橡胶基体中制得。但传统的导电橡胶一般仅对1GHz以下的低频电磁波有一定的屏蔽效果，且随着电磁波频率升高，传统的导电橡胶对电磁波的屏蔽效果会降低。随着5G网络频段的普及，传统导电橡胶无法解决高频波段电磁屏蔽的问题。
[0011]上述问题导致以碳纳米管作为导电填料制备导电橡胶时无法同时获得良好的导电性能、屏蔽性能和机械性能，从而限制了碳纳米管中导电橡胶中的实际应用。因此，如何克服上述问题，成为亟待解决的难题。
[0012]专利CN111423632A公开了一种高弹性导电橡胶屏蔽复合材料及其制备方法，以具有极性的天然橡胶为主体材料，通过添加经过表面改性处理的导电填料，结合短切碳纤维良好的物理机械性能，制造电磁屏蔽的复合材料，使其既具有短切碳纤维优良的电磁波吸收性能，又具有橡胶材料优良的物理机械性能。
[0013]专利CN110760107A公开了一种高导电低硬度NBR共混胶及其制备方法，采用液体丁腈橡胶降低混炼胶硬度和加入特殊弹性体提高混炼胶加工性能，采用导电炭黑和碳纳米管、石墨烯的组合制备高导电低硬度的混炼胶。
[0014]专利CN111627719A公开了一种导电聚合物空心球PACP@碳化钛复合材料及其制备方法，该制备方法在低温条件下经过化学氧化法将PACP(聚苯胺PANI与聚吡咯PPy的共聚物)与超薄碳化钛进行复合得Ti3C2@PACP空心球纳米复合材料，利用空心球状PACP与层状超薄Ti3C2进行复合，使二者能够更充分的接触、比表面积更大、更有利于粒子传输和扩散。目前尚无使用纳米复合材料提高导电橡胶性能的报道。

技术实现思路

[0015]本专利技术提供一种改进的导电橡胶组合物、导电橡胶及其制备方法，利用该导电橡胶组合物制备的导电橡胶同时具有良好的导电性能和机械性能，显著提高了高频波段的电磁屏蔽性能。
[0016]本专利技术提供一种导电橡胶组合物，包括如下重量份的组分：橡胶基体100份，增塑剂5-10份，导电填料5-30份，硅烷偶联剂1-10份，软化剂1-10份，分散剂1-20份、硫化剂1-10
份、纳米助剂5-25份。
[0017]本专利技术所述橡胶基体可以选自丁苯橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶和三元乙丙橡胶中的一种或多种的混合物。
[0018]本专利技术采用碳纳米管和石墨烯作为主要导电填料，导电填料的重量份为5-30份，优选为15-25份。
[0019]本专利技术硅烷偶联剂常见的分子式为RSiX，其中R为不能水解的反应性有机官能基，例如环氧基、乙烯基、甲基丙烯酸酯基等，X为可水解基团，例如卤素、烷氧基、酰氧基等。具体地，所述硅烷偶联剂可以选自乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、乙烯基三(β-甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电橡胶组合物，其特征在于，包括如下组分：橡胶基体、增塑剂、导电填料、硅烷偶联剂、软化剂、分散剂、硫化剂和纳米助剂；所述组分优选按照如下配比：橡胶基体100份，增塑剂5-10份，导电填料5-30份，硅烷偶联剂1-10份，软化剂1-10份，分散剂1-20份，硫化剂1-10份，纳米助剂5-25份。2.根据权利要求1所述的导电橡胶组合物，其特征在于，所述组分优选按照如下配比：橡胶基体100份，增塑剂7-9份，导电填料15-25份，硅烷偶联剂5-8份，软化剂5-8份，分散剂10-15份，硫化剂6-9份，纳米助剂15-20份。3.根据权利要求1-2所述的导电橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶基体优选丁苯橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶和三元乙丙橡胶中的至少一种；所述增塑剂优选乙酰柠檬酸三正丁酯；所述导电填料优选碳纳米管和石墨烯中的至少一种；所述硅烷偶联剂优选乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和正辛基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述软化剂优选芳烃油、石蜡油、环烷油、重油、石蜡、凡士林...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，朱炜，
申请(专利权)人：深圳市腾顺电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：