本發(fā)明涉及導(dǎo)電橡膠領(lǐng)域，具體涉及一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

導(dǎo)電橡膠是復(fù)合導(dǎo)電高分子材料中的一種，是以橡膠彈性體為基體，導(dǎo)電填料為添加劑制成，既保留了基體橡膠的彈性，又具有導(dǎo)電填料的導(dǎo)電性。導(dǎo)電橡膠在受到一定范圍的壓力作用下，復(fù)合材料的電阻值隨著壓力的變化而變化，呈現(xiàn)良好的壓阻特性。導(dǎo)電橡膠具有良好的柔性，以及它的制作工藝簡單，成本低等特點，使導(dǎo)電橡膠可以作為一種較理想的導(dǎo)電材料。

導(dǎo)電硅橡膠與一般的導(dǎo)電橡膠相比，具有體積電阻率小，硬度低，耐高低溫，加工制造工藝性好，特別適合于制造導(dǎo)電性能好，形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)細小的導(dǎo)電硅橡膠制品。目前使用的導(dǎo)電硅橡膠一般是在甲基乙烯基硅橡膠中添加導(dǎo)電助劑、硫化劑等來滿足導(dǎo)電性能和機械性能要求，但是其導(dǎo)電性能以及拉伸強度、撕裂強度等物理性能仍需進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料及其制備方法，所述導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料在具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的同時，還具有很好的機械強度、耐高溫性、耐腐蝕性及阻燃性，綜合性能優(yōu)異。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠80-100份、玄武巖短纖維16-20份、鍍銀玻璃微球粉體20-22份、碳納米管4-6份、石墨烯0.8-1.2份、含氫硅油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、氧化鋅4-6份、納米氫氧化鎂2-3份、硬脂酸鈉0.5-1.5份、硫化劑2-5份、納米填料2-4份、防老化劑0.8-1.5份。

優(yōu)選地，所述高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠90份、玄武巖短纖維18份、鍍銀玻璃微球粉體21份、碳納米管5份、石墨烯1份、含氫硅油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、氧化鋅5份、納米氫氧化鎂2.5份、硬脂酸鈉1份、硫化劑3份、納米填料3份、防老化劑1份。

優(yōu)選地，所述硫化劑為2，5-二甲-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷。

優(yōu)選地，所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

優(yōu)選地，所述防老化劑為4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量：按比例稱取各原料；

(2)預(yù)處理：將玄武巖短纖維于丙酮中退漿1h，取出，烘干，得退漿玄武巖短纖維；將鍍銀玻璃微球粉體、碳納米管、石墨烯、氧化鋅、納米氫氧化鎂、硬脂酸鈉、納米填料、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺混合均勻，得混合粉體；

(3)改性處理：將γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退漿玄武巖短纖維，充分攪拌后噴霧干燥，使玄武巖短纖維表面包覆有一層γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武巖短纖維；將乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，調(diào)節(jié)pH使其完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌后噴霧干燥，使混合粉體表面包覆有一層乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉體；

(4)混煉：先將甲基乙烯基硅橡膠在雙輥開煉機上包輥，加入改性混合粉體，混煉均勻；然后加入改性玄武巖短纖維，混煉均勻；再加入含氫硅油，混煉均勻；最后加入2，5-二甲-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，混煉均勻；將所得混合物經(jīng)模壓硫化，制得導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品；將制得的導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品在160-190℃的范圍內(nèi)烘干處理1-2h，得高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明使用了具有良好導(dǎo)電性的導(dǎo)電填料作為導(dǎo)電填料，較高的填充體積保證了優(yōu)異的導(dǎo)電性，其中添加少量的石墨烯就可顯著提高橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)電性，同時可提高復(fù)合材料的耐熱性、拉伸性及韌性。

2.本發(fā)明采用玄武巖短纖維作為主要的補強材料，在制備過程中將玄武巖短纖維先進行退漿處理，其有利于提高橡膠復(fù)合材料的拉伸強度，而使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷對其進行改性，可有效提高玄武巖短纖維的相容性，最終使甲基乙烯基硅橡膠的拉伸強度、撕裂強度、耐高溫性及耐腐蝕性得到明顯提高。

3.采用納米氫氧化鎂作為阻燃劑，其粒徑小，比表面積大，顆粒在材料中能均勻分散，比微米級氫氧化鎂更多的熱量，可提高阻燃率并降低發(fā)煙量，大大提高材料的阻燃性能及力學(xué)性能。

4.在制備中先將一部分原料進行改性處理，充分攪拌后噴霧干燥，增加了各原料組份的分散性及兼容性，使導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的綜合性能更加優(yōu)異。

5.本發(fā)明制備方法簡單易行，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)解決方案，實施例不能理解為是對技術(shù)解決方案的限制。

實施例1：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠90份、玄武巖短纖維18份、鍍銀玻璃微球粉體21份、碳納米管5份、石墨烯1份、含氫硅油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、氧化鋅5份、納米氫氧化鎂2.5份、硬脂酸鈉1份、2，5-二甲-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷3份、納米填料3份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺1份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量：按比例稱取各原料；

(2)預(yù)處理：將玄武巖短纖維于丙酮中退漿1h，取出，烘干，得退漿玄武巖短纖維；將鍍銀玻璃微球粉體、碳納米管、石墨烯、氧化鋅、納米氫氧化鎂、硬脂酸鈉、納米填料、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺混合均勻，得混合粉體；

(3)改性處理：將γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退漿玄武巖短纖維，充分攪拌后噴霧干燥，使玄武巖短纖維表面包覆有一層γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武巖短纖維；將乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，調(diào)節(jié)pH使其完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌后噴霧干燥，使混合粉體表面包覆有一層乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉體；

(4)混煉：先將甲基乙烯基硅橡膠在雙輥開煉機上包輥，加入改性混合粉體，混煉均勻；然后加入改性玄武巖短纖維，混煉均勻；再加入含氫硅油，混煉均勻；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，混煉均勻；將所得混合物經(jīng)模壓硫化，制得導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品；將制得的導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品在175℃下烘干處理1.5h，得高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料。

實施例2：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠100份、玄武巖短纖維16份、鍍銀玻璃微球粉體22份、碳納米管4份、石墨烯1.2份、含氫硅油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、氧化鋅6份、納米氫氧化鎂2份、硬脂酸鈉1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷2份、納米填料4份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺0.8份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量：按比例稱取各原料；

(2)預(yù)處理：將玄武巖短纖維于丙酮中退漿1h，取出，烘干，得退漿玄武巖短纖維；將鍍銀玻璃微球粉體、碳納米管、石墨烯、氧化鋅、納米氫氧化鎂、硬脂酸鈉、納米填料、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺混合均勻，得混合粉體；

(3)改性處理：將γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退漿玄武巖短纖維，充分攪拌后噴霧干燥，使玄武巖短纖維表面包覆有一層γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武巖短纖維；將乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，調(diào)節(jié)pH使其完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌后噴霧干燥，使混合粉體表面包覆有一層乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉體；

(4)混煉：先將甲基乙烯基硅橡膠在雙輥開煉機上包輥，加入改性混合粉體，混煉均勻；然后加入改性玄武巖短纖維，混煉均勻；再加入含氫硅油，混煉均勻；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，混煉均勻；將所得混合物經(jīng)模壓硫化，制得導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品；將制得的導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品在190℃的范圍內(nèi)烘干處理1h，得高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料。

實施例3：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠80份、玄武巖短纖維20份、鍍銀玻璃微球粉體20份、碳納米管6份、石墨烯0.8份、含氫硅油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、氧化鋅4份、納米氫氧化鎂3份、硬脂酸鈉0.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷5份、納米填料2份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺1.5份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱量：按比例稱取各原料；

(2)預(yù)處理：將玄武巖短纖維于丙酮中退漿1h，取出，烘干，得退漿玄武巖短纖維；將鍍銀玻璃微球粉體、碳納米管、石墨烯、氧化鋅、納米氫氧化鎂、硬脂酸鈉、納米填料、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺混合均勻，得混合粉體；

(3)改性處理：將γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到乙醇中，使其完全溶解后，加入退漿玄武巖短纖維，充分攪拌后噴霧干燥，使玄武巖短纖維表面包覆有一層γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得改性玄武巖短纖維；將乙烯基三甲氧基硅烷加入到乙醇中，調(diào)節(jié)pH使其完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌后噴霧干燥，使混合粉體表面包覆有一層乙烯基三甲氧基硅烷，得改性混合粉體；

(4)混煉：先將甲基乙烯基硅橡膠在雙輥開煉機上包輥，加入改性混合粉體，混煉均勻；然后加入改性玄武巖短纖維，混煉均勻；再加入含氫硅油，混煉均勻；最后加入2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷，混煉均勻；將所得混合物經(jīng)模壓硫化，制得導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品；將制得的導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料初品在160℃的范圍內(nèi)烘干處理2h，得高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料。

實施例4：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠100份、玄武巖短纖維20份、鍍銀玻璃微球粉體20份、碳納米管4份、石墨烯1.2份、含氫硅油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、氧化鋅6份、納米氫氧化鎂2份、硬脂酸鈉1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷5份、納米填料2份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺1.2份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法同實施例1。

實施例5：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠80份、玄武巖短纖維18份、鍍銀玻璃微球粉體20份、碳納米管6份、石墨烯1.2份、含氫硅油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、氧化鋅6份、納米氫氧化鎂2份、硬脂酸鈉0.5-1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷3份、納米填料2份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺1.5份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法同實施例2。

實施例6：

一種高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的原料組成：甲基乙烯基硅橡膠90份、玄武巖短纖維20份、鍍銀玻璃微球粉體22份、碳納米管4份、石墨烯0.8份、含氫硅油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、氧化鋅4份、納米氫氧化鎂2份、硬脂酸鈉1.5份、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷5份、納米填料2-4份、4，4'-雙(α，α-二甲基芐基)二苯胺1份。所述納米填料為納米氮化硅與納米二氧化硅的混合物。

高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料的制備方法同實施例3。

性能測試：

本發(fā)明實施例1-6所制得的高性能導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料平均抗張強度為9.2MPa，平均撕裂強度為38N/mm，平均體積電阻率為0.06Ω·cm。