本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電橡膠及制備方法。

背景技術(shù)：

導(dǎo)電橡膠一般是指電阻率在10⁹ω·cm以內(nèi)的橡膠復(fù)合材料，防靜電級別的導(dǎo)電橡膠電阻率在10⁵-10⁹ω·cm之間或更低，制備電阻率在50ω·cm以下的導(dǎo)電橡膠難度較大。導(dǎo)電橡膠由于其導(dǎo)電的特性可應(yīng)用于屏蔽領(lǐng)域，導(dǎo)電性能優(yōu)異的導(dǎo)電橡膠可應(yīng)用于發(fā)熱領(lǐng)域。常見的導(dǎo)電橡膠有兩種類型：一種是通過橡膠內(nèi)部填充本征導(dǎo)電性能優(yōu)異的顆粒(金屬顆粒、金屬氧化物、鍍銀顆粒、炭黑、石墨粉等)，按“逾滲理論”在壓力作用下，填充顆?；ハ嘟佑|形成導(dǎo)電通路。這類導(dǎo)電橡膠往往需要較高的填充量才可以在橡膠基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這種導(dǎo)電橡膠可以用于電加熱、電磁屏蔽領(lǐng)域。填充型導(dǎo)電橡膠一般填充量較大，從而導(dǎo)致密度較大、成本較高，同時較高的填充量也會犧牲一部分機械性能，大部分粉體填料導(dǎo)電橡膠強度在1.5mpa左右。中國專利cn104945702a填充30-50％的改性碳納米管/石墨烯/氮化鋁等導(dǎo)電介質(zhì)。另一種是在橡膠基體中排列連續(xù)電爐絲等發(fā)熱部件，直接通過電爐絲達到復(fù)材導(dǎo)電發(fā)熱目的，這種導(dǎo)電橡膠主要用于發(fā)熱領(lǐng)域，這種導(dǎo)電橡膠在工作狀態(tài)下爐絲局部溫度比較高，容易出現(xiàn)橡膠/爐絲分層、斷路等現(xiàn)象。

這兩種常見的導(dǎo)電橡膠，主要是以橡膠為連續(xù)基體材料、填料或爐絲為分散相的導(dǎo)電主體。中國專利cn105543815a制備了以多孔橡膠進行電鍍/化學(xué)鍍金屬層，來提高橡膠導(dǎo)電性能，但是多孔橡膠是通過硫化前預(yù)埋金屬絲得到，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通過預(yù)埋金屬絲的拔出及金屬的電鍍達到，這種導(dǎo)電橡膠制備的導(dǎo)電通路有限，是第二種導(dǎo)電橡膠的改進版。

綜上所述，常規(guī)的導(dǎo)電橡膠基本是以橡膠基材為連續(xù)相、填料為分散相，這樣的導(dǎo)電橡膠存在兩個問題：第一是填充量高(部分產(chǎn)品中導(dǎo)電填料占到80％甚至更高)，只有較高的填充量才能保證填料顆粒之間形成通路，從而導(dǎo)致復(fù)合材料密度的提高，同時一定程度犧牲了基材的力學(xué)性能；第二是成本高，導(dǎo)電性能優(yōu)異的物質(zhì)幾乎均被用作導(dǎo)電填料，只有填充較高體積分數(shù)的石墨烯、碳納米管、貴金屬粉末及鍍貴金屬顆粒等才可以達到較高的導(dǎo)電能力，導(dǎo)致材料成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種低成本，力學(xué)性能好的導(dǎo)電橡膠及制備有方法。

為了達到上述發(fā)明目的，從材料設(shè)計的角度來看，設(shè)計一種導(dǎo)電主體與基體橡膠分別成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合導(dǎo)電材料很有必要。提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，關(guān)鍵是構(gòu)建足夠的導(dǎo)電通道即提升復(fù)材中填充物之間的連接程度。以壓縮無需粘結(jié)的膨脹石墨預(yù)制體作為三維連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，硅橡膠通過浸滲、固化后作為三維連續(xù)基體。這種體系繼承了膨脹石墨優(yōu)異的導(dǎo)電性能，由于較低的填充量，也較大程度保留了硅橡膠材料的力學(xué)性能。通過控制石墨膨脹倍數(shù)、預(yù)制體密度、橡膠的浸滲量來控制導(dǎo)電性及力學(xué)性能。

本發(fā)明制備的導(dǎo)電橡膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可以用于電磁屏蔽、抗靜電等領(lǐng)域，也可以利用其較好的發(fā)熱性及柔韌性，應(yīng)用于電器除霜、部件加熱、生活保健等加熱保溫領(lǐng)域。

本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠，其質(zhì)量百分比配比組成如下：

膨脹石墨：7.0～25.0％wt％

硅橡膠：75.0～93.0％wt％

所述膨脹石墨是指由天然石墨得到的膨脹石墨，其膨脹倍數(shù)為100～500ml/g。

所述硅橡膠樹脂主要為雙組份硅樹脂，由其預(yù)聚液與交聯(lián)劑組成，主要指雙組份甲基硅樹脂、雙組份甲基乙烯基硅樹脂、雙組份甲基苯基乙烯基硅樹脂中的一種或多種。

所述的膨脹石墨的含量為7.0～25.0wt％，膨脹石墨的主要作用是利用其自聚集的特性，形成整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并將其導(dǎo)電能力傳遞給復(fù)合材料。當膨脹石墨含量小于7.0wt％時，骨架密度比較低，導(dǎo)電通路不夠發(fā)達；而當膨脹石墨含量大于25.0wt％時，硅橡膠預(yù)聚體溶液的浸滲難度增加，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能下降，使用過程中可能發(fā)生導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)損壞現(xiàn)象。

本發(fā)明導(dǎo)電橡膠的制備方法，包括步驟如下：

(1)、膨脹石墨預(yù)制體的制備：將膨脹石墨經(jīng)過模壓或輥壓制成密度為0.08～0.25g/cm³、孔隙率為89％～99％的膨脹石墨預(yù)制體；

(2)、液體硅橡膠的浸滲：雙組份硅樹脂的預(yù)聚液與交聯(lián)劑混勻得到有機硅橡膠溶液后，將膨脹石墨預(yù)制體浸入有機硅橡膠溶液中，在-0.05～-0.095mpa真空度下浸滲5～120min后，0.3～1.0mpa下保壓5～120min；

(3)、硅橡膠的交聯(lián)固化：將步驟(2)得到的復(fù)合材料于80～120℃下保溫20～120min，得到導(dǎo)電橡膠。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點：

1)本發(fā)明的導(dǎo)電主體膨脹石墨具有三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)材保留了預(yù)制體較高的導(dǎo)電性能，同時可以通過調(diào)節(jié)石墨的膨脹倍數(shù)、預(yù)制體密度來調(diào)節(jié)預(yù)制體的導(dǎo)電性能。

2)相同導(dǎo)電性能的前提下，相比傳統(tǒng)的填充式導(dǎo)電橡膠的填料(貴金屬顆粒、鍍貴金屬顆粒、陶瓷顆粒、石墨烯、碳納米管等)，本發(fā)明的填料膨脹石墨廉價易得，材料單價成本優(yōu)勢明顯。

3)本發(fā)明可以在較低的填充量下達到較高的導(dǎo)電性能，較低的填充量使導(dǎo)電復(fù)材較大程度上保留了基材的力學(xué)性能。

4)制備的導(dǎo)電橡膠的電阻率范圍為0.72～3.22ω·cm，拉伸強度區(qū)間為1.17～2.70mpa。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所采用的膨脹石墨sem形貌圖。

圖2是本發(fā)明所采用的膨脹石墨預(yù)制體。

圖3是本發(fā)明實施例5得到的導(dǎo)電橡膠的sem形貌圖。

圖4是本發(fā)明實施例5得到的導(dǎo)電橡膠發(fā)熱紅外成像圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。

實施例1：

1)將膨脹倍數(shù)為120ml/g的膨脹石墨蠕蟲以0.08g/cm³的體積密度進行模壓成型，得到膨脹石墨預(yù)制體。

2)將雙組份甲基硅樹脂的二甲基硅氧烷預(yù)聚液與交聯(lián)劑按10:1的重量比混勻得到有機硅橡膠溶液，按膨脹石墨7.2wt％：硅橡膠為92.8wt％，將步驟1)得到的預(yù)制體浸入其中，-0.09mpa真空條件下浸滲20min；隨后于0.4mpa保壓30min。

3)將浸滲后的復(fù)合材料于120℃下交聯(lián)10min，得到復(fù)合導(dǎo)電橡膠。其技術(shù)指標為電阻率為3.22ω·cm，拉伸強度為2.7mpa，5v直流電源加熱3*3cm導(dǎo)電橡膠，5min內(nèi)表面溫度上升至82℃。

實施例2

1)將膨脹倍數(shù)為150ml/g的膨脹石墨蠕蟲以0.10g/cm³的體積密度進行模壓成型，得到膨脹石墨預(yù)制體。

2)將雙組份甲基硅樹脂的二甲基硅氧烷預(yù)聚液與交聯(lián)劑按8:1的重量比混勻得到有機硅橡膠溶液，按膨脹石墨為10.2wt％，硅橡膠為89.8wt％，將步驟1)得到的預(yù)制體浸入其中，-0.075mpa真空條件下浸滲40min；隨后于0.6mpa保壓45min。

3)將浸滲后的復(fù)合材料于120℃下交聯(lián)10min，得到復(fù)合導(dǎo)電橡膠。其技術(shù)指標為電阻率為2.31ω·cm，拉伸強度為2.28mpa。

實施例3

1)將膨脹倍數(shù)為180ml/g的膨脹石墨蠕蟲以0.12g/cm³的體積密度進行模壓成型，得到膨脹石墨預(yù)制體。

2)將雙組份甲基乙烯基硅樹脂的甲基乙烯基硅氧烷預(yù)聚液與交聯(lián)劑按10:1的重量比混勻得到有機硅橡膠溶液，按膨脹石墨12.6wt％,硅橡膠為87.4％,將步驟1)得到的預(yù)制體浸入其中，-0.075mpa真空條件下浸滲40min；隨后于0.6mpa保壓40min。

3)將浸滲后的復(fù)合材料于100℃下交聯(lián)30min，得到復(fù)合導(dǎo)電橡膠。其技術(shù)指標為電阻率為1.86ω·cm，拉伸強度為1.97mpa。

實施例4

1)將膨脹倍數(shù)為230ml/g的膨脹石墨蠕蟲以0.15g/cm³的體積密度進行模壓成型，得到膨脹石墨預(yù)制體。

2)將雙組份甲基乙烯基硅樹脂的甲基乙烯基硅氧烷預(yù)聚液與交聯(lián)劑按8:1的重量比混勻得到有機硅橡膠溶液，按膨脹石墨15.1wt％，硅橡膠為:84.9wt％，將步驟1)得到的預(yù)制體浸入其中，-0.088mpa真空條件下浸滲30min；隨后于0.7mpa保壓40min。

3)將浸滲后的復(fù)合材料于90℃下交聯(lián)30min，得到復(fù)合導(dǎo)電橡膠。其技術(shù)指標為電阻率為1.05ω·cm，拉伸強度為1.63mpa。

實施例5

1)將膨脹倍數(shù)為300ml/g的膨脹石墨蠕蟲以0.20g/cm³的體積密度進行模壓成型，得到膨脹石墨預(yù)制體。

2)將雙組份甲基苯基乙烯基硅樹脂的預(yù)聚液與交聯(lián)劑按10:1的重量比混勻得到有機硅橡膠溶液，按膨脹石墨為21.2wt％：硅橡膠為78.8wt％,將步驟1)得到的預(yù)制體浸入其中，-0.095mpa真空條件下浸滲30min；隨后于1.0mpa保壓30min。

3)將浸滲后的復(fù)合材料于80℃下交聯(lián)120min，得到復(fù)合導(dǎo)電橡膠。其技術(shù)指標為電阻率為0.72ω·cm，拉伸強度為1.17mpa，5v直流電源加熱3*3cm導(dǎo)電橡膠，5min內(nèi)表面溫度上升至173℃(343℉)，其發(fā)熱紅外成像圖如圖4所示，

各實施例性能如表1所示。

表1各實施例性能匯總