一種高導熱電磁屏蔽橡膠及其制備方法和應(yīng)用與流程

文檔序號：11211288閱讀：733來源：國知局

本發(fā)明屬于橡膠功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料的高導熱電磁屏蔽橡膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的進步，利用電磁波傳播信息已成為重要的信息傳遞方式，人類對電磁波頻段的應(yīng)用越來越寬，由于不同頻段的電磁波間的干擾性，對重要信息元器件間進行一定的電磁屏蔽已成為重要的商業(yè)需求。交聯(lián)的橡膠材料是一種柔性的網(wǎng)狀材料，具有高阻尼性和耐熱性，在高頻電磁屏蔽領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。開發(fā)新型的電磁屏蔽橡膠在確保電磁屏蔽的同時，進一步有效提高導熱性，保持橡膠材料的高阻尼特征已成為重要的產(chǎn)品特征。

金屬粉末，碳系填料是常用的電磁屏蔽填料，通過在開煉機或密煉機中進行混煉的方法可以制備具有電磁屏蔽性能的復合材料。如專利cn101503034b，cn103602027a，cn200710039852.1，cn201310316795.2都提及使用金屬鐵粉、鎳粉、銀粉制備導電磁屏蔽橡膠，專利cn201510024379.4，cn201610318779.0，cn201310538043.0都提及采用碳材料如炭黑、碳納米管、石墨烯等碳材料制備電磁屏蔽橡膠填料。使用金屬粉或直接添加碳材料，需要在較高的填充量才能獲得較好的電磁屏蔽性能，但此時高填充橡膠的硬度高，阻尼性大幅下降。同時金屬的鐵粉、鎳粉在加工過程中易發(fā)生氧化，金屬銀粉、碳納米管、石墨烯等填料價格昂貴，著一些問題都限制了此類電磁屏蔽橡膠的應(yīng)用。

選用磁性的填料作為電磁屏蔽填料是另一種常用的方法，常見的磁性填料由四氧化三鐵、錳鋅鐵氧體、羰基鐵粉、鍶鐵氧體的混合物等。專利cn200910024914.0，cn201410408017.0，cn200810111684.7等均提及了使用此類填料制備的電磁屏蔽橡膠，總的來說這類電磁屏蔽材料的屏蔽范圍覆蓋面窄，應(yīng)用效果有限，同時對電磁內(nèi)耗生熱的耗散效果較差。

為解決現(xiàn)有困難，科研人員采用了多種手段來改善電磁屏蔽橡膠的性能。如專利cn201110151700.7中提及采用銀包銅粉和鍍銀玻纖并用的方法改善填料的導電性，專利cn201110086980.8介紹利用回收的短切碳纖作為導電劑改善橡膠的強度和電磁屏蔽性能。這些利用不同長徑比的材料進行混雜的填充方法雖能在一定程度上改善橡膠材料的導電性能，但對生熱耗散的性能的影響有限。

同時大量研究者力圖使用石墨烯、碳納米管等高熱導率的碳納米材料改善復合材料的導熱性能。碳納米材料作為新興的功能材料，其作為導電填料的使用已被各類文獻廣泛報道，特別是在低填充量下，復合材料的電導率能得到極大的提升而受到研究的關(guān)注。雖然此類導電磁屏蔽材料具有較高的電導率，但仍存在內(nèi)生熱耗散的問題，高填充量下高硬度低阻尼，價格昂貴的缺點。為克服填充后來帶的導電性問題，使用含導電材料包覆無機顆粒作為導電組分是目前主要的技術(shù)方法，如專利cn201310627828.5提出使用鍍鎳玻璃纖維，專利cn201210588895.6提出使用鍍鎳二氧化硅，以減少金屬粉體的填充量，但不可避免的是導熱性的降低。

基于以上，采用金屬，碳材料、磁導體作為導電填料雖能實現(xiàn)橡膠復合材料的電磁屏蔽性，但無法克服高填充量帶來的低阻尼低熱導率的缺陷，大大限制了此類電磁屏蔽橡膠的應(yīng)用范圍，開發(fā)一種能實現(xiàn)高電磁屏蔽性能同時滿足材料高阻尼特性已成為發(fā)展的重要方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高導熱電磁屏蔽橡膠。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述高導熱電磁屏蔽橡膠的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述高導熱電磁屏蔽橡膠的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高導熱電磁屏蔽橡膠，該高導熱電磁屏蔽橡膠由以下按質(zhì)量份數(shù)計的原料制備而成：橡膠100份；炭黑10～40份；延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料3～8份，金屬粉體i2～12份，金屬粉體ii4～24份，硫化劑1份，活性劑0.5份，潤滑劑0.5份，促進劑0.5份，偶聯(lián)劑0.5份，增塑劑5份。

所述橡膠是丁苯橡膠(sbr)、丁腈橡膠(nbr)、天然橡膠(nr)和氯丁橡膠(cr)中的一種，進一步優(yōu)選為丁腈橡膠，其中所選的丁腈橡膠可以是結(jié)合丙烯腈質(zhì)量百分含量為36～41％的高腈丁腈橡膠或結(jié)合丙烯腈質(zhì)量百分含量為31～35％的中高腈丁腈橡膠；

所述炭黑是導電炭黑；

所述金屬粉體i是平均粒徑在0.2～1.4mm的金屬粉末，是金屬鐵粉、鎳粉、鈷粉、鋁粉、鉑粉或銀粉中的一種以上；

所述金屬粉體ii是平均粒徑在1～5mm的金屬粉末，是金屬鐵粉、鎳粉、鈷粉、鋁粉、鉑粉或銀粉中的一種以上；

所述的金屬粉體ii的平均粒徑大于金屬粉體i。

所述硫化劑是過氧化二異丙苯(dcp)、硫磺和1,1-二叔丁基過氧基-3,3,5-三甲基環(huán)己烷(3m)中的一種；

所述促進劑是二硫化四甲基秋蘭姆(tmtd)、n-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(cz)、二硫化苯并噻唑(dm)和二丁基二硫代氨基甲酸鋅(bz)中的一種以上；

所述活性劑是金屬氧化物類活性劑、胺類活性劑、脂肪酸類活性劑、皂類活性劑中的一種以上；

所述偶聯(lián)劑是異丙基二硬脂酰氧基鋁酸酯、異丙基二硬脂酰氧基鋁酸酯、雙(乙酰丙酮)(乙氧基異丙氧基)鈦酸酯、二(乙酰丙酮)鈦酸二異丙酯、二(乙酰乙酸乙酯)鈦酸二異丙酯、異丙基三(十二烷基苯磺酸)鈦酸酯、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撐鈦酸酯中的一種；

所述增塑劑是液體石蠟、鄰苯二甲酸二辛酯(dop)、鄰苯二甲酸二仲辛酯(dcp)和腰果殼油中的一種；

所述潤滑劑是聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、石蠟和二硫化鉬中的一種以上。

所述延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料為一種以伸直碳納米管內(nèi)核，炭黑為外側(cè)包裹物的線性導電填料，其制備方法包括如下步驟：

(1)使用強酸將炭黑、碳納米管進行表面羧基化6～12小時；

(2)用硅烷偶聯(lián)劑對炭黑進行表面處理，使硅烷偶聯(lián)劑接枝到炭黑表面；

(3)將接枝硅烷偶聯(lián)劑的炭黑在乙醇溶液中水解，使炭黑表面帶羥基；

(4)將水解后帶羥基的炭黑與步驟(1)所得表面帶羧基的碳納米管在甲苯或四氫呋喃中，60～75℃，反應(yīng)2～6小時；

(5)將所得粉末在二甲苯中回流2～3小時，并過濾，除去殘存的碳納米管和碳雜質(zhì)，得到延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料。

步驟(1)所述強酸是濃硝酸、濃硫酸、濃鹽酸或雙氧水，所述炭黑為爐法炭黑、槽法炭黑或熱裂解炭黑，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管；步驟(2)所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh540)、γ-三丙基乙氧基硅烷(kh550)或γ-巰丙基三甲氧基硅烷(kh580)。

上述電磁屏蔽橡膠的拉伸強度為2.85～9.7mpa，在10khz～20mhz的范圍內(nèi)，電磁屏蔽效能為60.3～90.6db，法向熱導率為0.9～2.1w/mk。

上述高導熱電磁屏蔽橡膠的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)原料預處理：將橡膠、碳黑、金屬粉體i、金屬粉體ii、延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料在加工前進行預烘干；

(2)在密煉機或開煉機中，先將橡膠延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料、活性劑、促進劑、增塑劑和潤滑劑進行混煉，然后加入炭黑、偶聯(lián)劑、金屬粉體i和金屬粉體ii進行混煉，最后加入硫化劑進行混煉，混合均勻后壓片得到混煉膠；將混煉膠在室溫下停放24小時；

(3)按照實際需要將混煉膠硫化成所需厚度的片材，得到高導熱電磁屏蔽橡膠。

上述高導熱電磁屏蔽橡膠在電子、電信、電力、軍工、航空、航天、艦船領(lǐng)域中的應(yīng)用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明在添加延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料后，電磁屏蔽性能和導熱性能顯著提升；本發(fā)明的填料添加量較小，橡膠硫化后保持較好的阻尼特性；本發(fā)明電磁屏蔽橡膠在具有極佳的同時具有優(yōu)良的力學性能和加工性能。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

現(xiàn)以具體高導熱電磁屏蔽橡膠制備方法為例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

實施例1

一種高導熱電磁屏蔽橡膠的制備方法，包括以下步驟：

在密煉機或開煉機中，先將100質(zhì)量份的結(jié)合丙烯腈質(zhì)量百分含量為36～41％的高腈丁腈橡膠、5質(zhì)量份增塑劑液體石蠟、0.5質(zhì)量份潤滑劑聚乙烯蠟、3質(zhì)量份延展碳納米管/炭黑化學鍵合導電填料、0.5質(zhì)量份活性劑氧化鋅和硬脂酸、0.5質(zhì)量份促進劑tmtd和cz進行混煉，然后加入10質(zhì)量份導電炭黑、偶聯(lián)劑異丙基二硬脂酰氧基鋁酸酯、2質(zhì)量份0.2mm金屬鐵粉和4質(zhì)量份5mm銀粉進行混煉，最后加入1質(zhì)量份硫化劑硫磺進行混煉，混合均勻后壓片得到混煉膠。將混煉膠在室溫下停放24小時，硫化后得到所需的片材，得到高導熱電磁屏蔽橡膠。

經(jīng)性能測試，該電磁屏蔽橡膠的拉伸強度為9.7mpa，在10khz～20mhz的范圍內(nèi)，電磁屏蔽效能為60.3～81.3db，法向熱導率為0.9w/mk，性能較好。

實施例2