一种导电橡胶材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种导电橡胶材料及其制备方法 (Conductive rubber material and preparation method thereof ) 是由 赵金山 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种导电橡胶材料,其特征在于,包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩15-25份、环氧化SBS 50-70份、环氧橡胶20-30份、石墨烯量子点2-4份、导电填料15-25份、联苯胺双磺酸4-6份、偶联剂2-4份、五氧化二磷2-4份。本发明还提供了一种所述导电橡胶材料的制备方法。本发明提供的导电橡胶材料导电性能更佳,综合性能和性能稳定性更优异,机械力学性能和耐候性更好,使用寿命更长。(The invention discloses a conductive rubber material which is characterized by comprising the following components in parts by weight: 15-25 parts of hyperbranched polythiophene, 50-70 parts of epoxidized SBS, 20-30 parts of epoxy rubber, 2-4 parts of graphene quantum dots, 15-25 parts of conductive filler, 4-6 parts of benzidine disulfonic acid, 2-4 parts of coupling agent and 2-4 parts of phosphorus pentoxide. The invention also provides a preparation method of the conductive rubber material. The conductive rubber material provided by the invention has better conductivity, more excellent comprehensive performance and performance stability, better mechanical property and weather resistance and longer service life.)
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种导电橡胶材料及其制备方法。
背景技术
近年来，橡胶材料在航空、航天、电气、电器、化工、汽车、机械等工业以及医疗卫生、日常生活的各个方面获得了广泛的应用。在使用过程中，由于受气流，液体流等形式的摩擦、撞击而在其表面产生电荷，表面电荷的积累容易产生静电，当静电聚集到一定程度时就会引起放电，甚至可能引起击穿或发生火灾，因此，开发导电性橡胶材料显得尤为重要。
橡胶材料通常是绝缘的，为了实现导电，通常需要在其中加入导电填料形成填充式导电橡胶材料，这类材料被广泛应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽、抗静电等领域。但现有技术中的这类材料难熔难溶，加工成型困难，且使用导电填料多且分散性不好，导电性能差，材料表面有瑕疵，性能稳定性和综合性能有待进一步提高，这些缺陷阻碍了这类材料的广泛应用。另外，市面上的导电橡胶材料还或多或少存在机械力学性能有限，耐候性不佳，导电性能有待进一步改善的缺陷。
例如，申请号为201610058205.4的中国发明专利提供了一种用于柔性传感器的导电橡胶材料及其制备方法和应用。所述导电橡胶材料包括如下重量份数的下列组分：硅橡胶基体100份；导电填料5-100份；改性白炭黑5-30份；偶联剂0.1-10份；且所述导电橡胶材料通过将导电性填料分散在橡胶材料中、经电子束或γ射线辐射交联制成。所述导电填料为导电炭黑、纳米石墨、碳纳米管、镀银粉、镍粉、镀镍粉中的至少一种。然而，这些导电填料或多或少存在着色性差，价格昂贵，密度大，填充量小，材料综合性能差等问题，且金属粉末在空气中易氧化，从而造成颗粒导电性能不稳定。
因此，开发一种导电性能更佳，综合性能和性能稳定性更优异，机械力学性能和耐候性更好，使用寿命更长的导电橡胶材料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进导电材料行业的发展具有非常重要的作用。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种导电性能更佳，综合性能和性能稳定性更优异，机械力学性能和耐候性更好，使用寿命更长的导电橡胶材料。同时，本发明还提供一种所述导电橡胶材料的制备方法，该制备方法简单，设备投入小，耗能低，制备效率高，适合连续规模化生产。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩15-25份、环氧化SBS 50-70份、环氧橡胶20-30份、石墨烯量子点2-4份、导电填料15-25份、联苯胺双磺酸4-6份、偶联剂2-4份、五氧化二磷2-4份。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述导电填料为乙炔炭黑、碳纤维、超导电炭黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
优选的，所述导电填料的粒径为800-1200目。
优选的，所述石墨烯量子点为按申请号为201910858322.2的中国发明专利实施例1中的方法制成的石墨烯量子点。
优选的，所述环氧橡胶为环氧丁腈橡胶、环氧天然橡胶中的至少一种。
优选的，所述环氧丁腈橡胶为ETBN 1300X40环氧丁腈橡胶、ETBN 1300X68环氧丁腈橡胶中的至少一种。
优选的，所述环氧天然橡胶为所述环氧天然橡胶为ENR75环氧天然橡胶、ENR50环氧天然橡胶、ENR25环氧天然橡胶中的至少一种。
优选的，所述环氧化SBS是按照申请号为201810344598.4的中国发明专利实施例1中有关环氧化SBS(eSBS46)的制备方法制备得到的环氧化SBS。
优选的，所述超支化聚噻吩为按申请号为201710899697.4的中国发明专利实施例1的方法制成的超支化聚噻吩。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的导电橡胶材料的制备方法，该制备方法简单，设备投入小，耗能低，制备效率高，适合连续规模化生产。
2)本发明提供的导电橡胶材料，克服了现有的导电橡胶材料加工成型困难，且使用导电填料多且分散性不好，导电性能差，材料表面有瑕疵，性能稳定性和综合性能有待进一步提高的缺陷，也克服了市面上的导电橡胶材料还或多或少存在机械力学性能有限，耐候性不佳，导电性能有待进一步改善的弊端；通过各组分协同作用，使得制成的导电橡胶材料导电性能更佳，综合性能和性能稳定性更优异，机械力学性能和耐候性更好，使用寿命更长。
3)本发明提供的导电橡胶材料，以环氧化SBS、环氧橡胶为基材，结合了这两类胶料的优势，使得得到的导电橡胶综合性能和性能稳定性更佳，其上的环氧基能与超支化聚噻吩、联苯胺双磺酸上的氨基发生环氧开环反应；联苯胺双磺酸上的磺酸基团能在五氧化二磷的催化作用下与超支化聚噻吩、环氧化SBS上的苯环发生交联反应，使得各基材之间以共价键连接成三维网络结构，有效改善材料的综合性能，使得其机械力学性能、耐老化性能更佳。
4)本发明提供的导电橡胶材料，超支化聚噻吩引入到橡胶分子链中，有利于形成导电桥，进而改善导电性，这种物质以共价键连接在分子链上，使得其性能稳定性更好。
5)本发明提供的导电橡胶材料，石墨烯量子点和导电填料协同作用，不仅能改善橡胶材料的导电性，还能增强橡胶材料的机械力学性能和抗氧化稳定性。石墨烯量子点具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应，通过偶联剂的作用，使得材料综合性能更佳。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的所述石墨烯量子点为按申请号为201910858322.2的中国发明专利实施例1中的方法制成的石墨烯量子点；所述环氧化SBS是按照申请号为201810344598.4的中国发明专利实施例1中有关环氧化SBS(eSBS46)的制备方法制备得到的环氧化SBS；所述超支化聚噻吩为按申请号为201710899697.4的中国发明专利实施例1的方法制成的超支化聚噻吩；其他原料均为商业购买。
实施例1
一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩15份、环氧化SBS 50份、环氧橡胶20份、石墨烯量子点2份、导电填料15份、联苯胺双磺酸4份、偶联剂2份、五氧化二磷2份。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述导电填料为乙炔炭黑；所述导电填料的粒径为800目；所述环氧橡胶为环氧丁腈橡胶；所述环氧丁腈橡胶为ETBN 1300X40环氧丁腈橡胶；。
一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
实施例2
一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩17份、环氧化SBS 55份、环氧橡胶23份、石墨烯量子点2.5份、导电填料17份、联苯胺双磺酸4.5份、偶联剂2.5份、五氧化二磷2.5份。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560；所述导电填料为碳纤维；所述导电填料的粒径为800目；所述环氧橡胶为环氧天然橡胶；所述环氧天然橡胶为所述环氧天然橡胶为ENR75环氧天然橡胶。
一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
实施例3
一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩20份、环氧化SBS 60份、环氧橡胶25份、石墨烯量子点3份、导电填料20份、联苯胺双磺酸5份、偶联剂3份、五氧化二磷3份。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述导电填料为超导电炭黑；所述导电填料的粒径为1000目；所述环氧橡胶为环氧丁腈橡胶；所述环氧丁腈橡胶为ETBN 1300X40环氧丁腈橡胶。
一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
实施例4
一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩23份、环氧化SBS 65份、环氧橡胶28份、石墨烯量子点3.5份、导电填料23份、联苯胺双磺酸5.5份、偶联剂3.5份、五氧化二磷3.5份。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:2:3混合而成；所述导电填料为乙炔炭黑、碳纤维、超导电炭黑、石墨烯、碳纳米管按质量比1:1:3:2:1混合而成；所述导电填料的粒径为1100目；所述环氧橡胶为环氧丁腈橡胶、环氧天然橡胶按质量比3:5混合而成；所述环氧丁腈橡胶为ETBN 1300X40环氧丁腈橡胶、ETBN1300X68环氧丁腈橡胶按质量比1:3混合而成；所述环氧天然橡胶为所述环氧天然橡胶为ENR75环氧天然橡胶、ENR50环氧天然橡胶、ENR25环氧天然橡胶按质量比3:5:2混合而成。
一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
实施例5
一种导电橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各组分制成：超支化聚噻吩25份、环氧化SBS 70份、环氧橡胶30份、石墨烯量子点4份、导电填料25份、联苯胺双磺酸6份、偶联剂4份、五氧化二磷4份。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述导电填料为碳纳米管；所述导电填料的粒径为1200目；所述环氧橡胶为环氧天然橡胶；所述环氧天然橡胶为所述环氧天然橡胶为ENR75环氧天然橡胶。
一种所述导电橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，制得导电橡胶材料。
对比例1
本例提供一种导电橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1中的基本相同，不同的是：其中没有添加超支化聚噻吩。
对比例2
本例提供一种导电橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1中的基本相同，不同的是：其中没有添加环氧橡胶。
对比例3
本例提供一种导电橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1中的基本相同，不同的是：其中没有添加联苯胺双磺酸。
对比例4
本例提供一种导电橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1中的基本相同，不同的是：其中没有添加石墨烯量子点。
将以上实施例1-5及对比例1-4中的导电橡胶材料进行性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：按照标准GB/T1692-2008来测量体积电阻率，按照标准GB/T 528-2009来测量拉伸强度，按照标准GB/T528-2009来测量断裂伸长率；所述耐热老化性是在经过70℃×96h老化后拉伸强度的变化率来表征，测试标准参见GB-T3512-2001。
表1导电橡胶材料性能测试结果
从表1可见，本发明实施例公开的导电橡胶材料具有优异的机械力学性能、导电性能和耐热老化性能，这是各组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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