一种室温硫化导电硅橡胶及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种室温硫化硅橡胶及其制备方法，尤其涉及一种低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶及其制备方法，属于导电高分子复合材料技术领域。
背景技术
导电硅橡胶是用量最大的导电橡胶，随着以计算机为代表的弱电特性电子仪器的飞速发展，它的研究与开发日益活跃。目前研究论文或专利所报道的主要是导电硅橡胶复合材料，通过在硅橡胶基体中添加导电填料，如金属或金属氧化物纳米颗粒或炭黑来实现其导电特性，如U.S.Pat.5082596，U.S.Pat.5217651，CN200510029718等。又因金属及其氧化物属于硬质无机材料，易与橡胶基体分离造成导电性能不稳定，而且对硅橡胶无补强作用，还要另外添加补强填料才能达到应用要求，因此使用炭黑做导电填料并且获得高的导电性是该领域迫切需要的。硅橡胶基体按其硫化方式和硫化温度的不同，有高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶之分。前者分子量大，呈半固体状态，存在填料添加困难，不易分散均匀、导电率差、成品硬度过大且发脆、成型过程耗能、炭黑阻碍橡胶硫化等普遍现象；而后者分子量小，呈液体状态，以其为基体的导电硅橡胶复合材料可以避开以上所述高温硫化硅橡胶地不足之处，因而成为导电硅橡胶的主力军。
室温硫化硅橡胶虽然具有硅橡胶所具有的独特性能，并且具有制造简单、使用方便、种类繁多、适应面广、可现场就地成型等优点，但存在强度低的缺点。目前国内外报道的方法中可分为两类途径来对其进行改进：一是从基胶分子结构方面改性，如英国专利GB1182573，采用正硅酸乙酯和α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷嵌段共聚，CN200610113779采用了溶胶-凝胶法在正硅酸酯(聚硅酸酯)水解体系引入二烷氧基二有机基硅烷制得基胶，CN03115407通过先把107胶与补强填料混匀捏合成基胶，再与107胶及其他组分混合也能得到拉伸和撕裂强度得到改善的复合材料；二是优化交联剂或催化剂及添加改性二氧化硅补强，例如美国专利U.S.Pat.2814601、U.S.Pat.2857356、U.S.Pat.3504051、U.S.Pat.2902467，如CN 88105519、CN200310118447.0，CN85103438。但上述方法强度提高幅度并不突出，且无法得到导电性能和物理性能均优异的导电硅橡胶。另外，与天然胶等在形变时易产生塑性流动的橡胶相比，硅橡胶的断裂伸长率一般在200％～800％之间，如能提高其断裂伸长率，降低其模量，可制造高定伸制品，从而具有更广泛的应用范围。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶及其制备方法。
本发明技术方案选用无毒及耐高低温、耐候、生理惰性的硅橡胶为基胶，使所制备的硅橡胶复合材料具有广泛的应用前景；本发明选用超导电炭黑做填料，该类材料粒径小、比表面大且有大量表面基团，具有优异的导电及补强功能；同时解决金属及其氧化物易脱落及添加白炭黑、碳酸钙等补强材料反而影响材料导电性等缺点。
本发明所述的低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶由硅橡胶生胶、导电填料、交联剂、催化剂混合模压制成，其特征在于：所述室温硫化导电硅橡胶的组分以重量份计为：
硅橡胶生胶 100份
导电填料 10～30份
交联剂 2～5份
催化剂 0.2～2份；
其中：所述硅橡胶生胶是107胶，即α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，旋转粘度为2000～80000毫帕·秒，或者是107-Vi胶，即α，ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷，旋转粘度为2000～5000毫帕·秒；所述导电填料是BP2000超导电炭黑，或者是EC-300J超导电炭黑；所述交联剂是正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯或甲基三乙氧基硅烷，或者是甲基含氢硅油，含氢量为0.5％～1.0％，旋转粘度为200～500毫帕·秒；所述催化剂是二月桂酸二丁基锡、N，N-四甲基乙二胺或N-甲基咪唑，或者是乙烯基硅氧烷铂络合物或2％双封头-铂催化剂。
上述低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶中：所述超导电炭黑优选美国卡博特公司产的超导电炭黑，其炭黑粒径为17.275nm，N2吸附比表面积为1403.091m2/g，DBP吸收值为330ml/100g。
上述低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶的组分以重量份计，优选如下组分：
硅橡胶生胶 100份
导电填料 20～25份
交联剂 3～5份
催化剂 1～2份；
其中：所述硅橡胶生胶是107胶，即α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，旋转粘度为2400～78000毫帕·秒；所述导电填料是BP2000超导电炭黑；所述交联剂是正硅酸乙酯或甲基三乙氧基硅烷；所述催化剂是二月桂酸二丁基锡。
本发明所述的低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶制备方法如下：
以重量份计称取组分量的硅橡胶生胶、导电填料、交联剂、催化剂；将硅橡胶生胶、导电填料在高速搅拌装置上混合均匀，然后在在室温下于开放式双辊炼胶机上混炼10～15分钟；将混炼后的材料在110～120℃高温下进行2～2.5小时的热处理，冷却至室温后依次加入交联剂、催化剂混炼均匀，即得到室温硫化导电硅橡胶基料；将该材料在室温下模压，放置3～7天，即得到低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶。
本发明提供的低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶及其制备方法，适应了电子电气、通讯、交通、化工、医学、玩具、机械、船舶等领域对具有高强度、超高伸长率、高导电的导电硅橡胶的需要，解决现有技术的不足。所述室温硫化导电硅橡胶不仅制备工艺简单，无毒环保，而且与已有同类产品比较，力学和导电性能俱佳，尤其具有突出的强度和超高伸长率，并具有较高的导电性，是-种具有广泛应用前景的导电橡胶。
与现有技术相比本发明所具有的优良效果是：
1.获得一种高强度、超高伸长率、高导电室温硫化硅橡胶，主要力学性能及电性能指标如下：拉伸强度8～10.02MPa，撕裂强度21～30kN/m，100％模量为0.6～0.8MPa，300％模量为1.1～1.3Mpa，硬度适中40～50ShoreA，断裂伸长率1200％～1500％，体积电阻率3～5Ω·cm。
2.制备方法简便易行，无三废。成本低，产品质量好。
【具体实施方式】
实施例1
将硅橡胶生胶(α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，粘度＝21000毫帕·秒)100重量份(50克)、BP2000超导电炭黑(炭黑粒径为17.275nm，N2吸附比表面积为1403.091m2/g，DBP吸收值为330ml/100g)20重量份(10克)依次加到混炼机上在室温下混炼10分钟，将混炼好的胶料在120℃烘箱中热处理2小时，使胶料与添料充分作用，冷却至室温，再按质量份加入交联剂(正硅酸乙酯)4重量份(2克)、催化剂(二月桂酸二丁基锡)1.5重量份(0.75克)，混炼均匀，模压成型，室温下放置5天，即得到具有低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶。
上述硅橡胶电学及力学性能如表2所示。
实施例2
具体操作方式与实施例1相同，不同之处在于超导电炭黑添加量25重量份(单位：克)。
上述硅橡胶电学及力学性能如表2所示。
实施例3
具体操作方式与实施例1相同，不同之处在于107胶粘度为2400毫帕·秒，超导电炭黑添加量25份。
上述硅橡胶电学及力学性能如表2所示。
实施例4
具体操作方式与实施例1相同，不同之处107胶粘度为56000毫帕·秒，超导电炭黑添加量25份。
上述硅橡胶电学及力学性能如表2所示。
实施例5
具体操作方式与实施例1相同，不同之处107胶粘度为78000毫帕·秒，超导电炭黑添加量25份。
上述硅橡胶电学及力学性能如表2所示。
实施例6
对实施例1～5制备的室温硫化硅橡胶进行性能测试。
1.电学性能测试
测试仪器：QJ83直流电桥；样品尺寸：2.5×7.5×0.16cm3；样品体积电阻率(ρv)依下列方程式所述：ρv＝RA/h，式中R为直流电阻值(Ω)；A是样品面积(cm2)；h为样品厚度(cm)。所用数据均为五个样品测量平均值。
2.力学性能测试
拉伸强度和伸长率：按GB/T 528-1998测试；撕裂强度：按GB/T 529-1999测试；
硬度：按GB/T 531-1999测试。
表1低模量、高强度的室温硫化导电硅橡胶用料配比(重量份数)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 107胶(2400毫帕·秒) 100 107胶(21000毫帕·秒) 100 100 107胶(56000毫帕·秒) 100 107胶(78000毫帕·秒) 100 超导电炭黑 20 25 25 25 25 交联剂 4 4 4 4 4 催化剂 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
表2高强度低模量室温硫化导电硅橡胶
体积电阻 率/Ω·cm 拉伸强度 /MPa 撕裂强度 /kN/m 断裂伸长 率/％ 硬度适中 /ShoreA 100％模 量/MPa 300％模 量/MPa 实施例1 4.54 9.45 28.75 1524.3 46 0.63 1.09 实施例2 3.69 8.80 25.28 1361.7 46 0.65 1.10 实施例3 3.43 10.02 21.1 1517.2 46 0.79 1.30 实施例4 3.98 8.69 26.1 1392.5 48 0.57 1.23 实施例5 4.50 8.48 27.0 1410.6 48 0.54 1.20
实施例7
将硅橡胶生胶(α，ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷，粘度＝3000毫帕·秒)50克、EC-300J超导电炭黑15克依次加到混炼机上在室温下混炼10分钟，将混炼好的胶料在120℃烘箱中热处理2小时，使胶料与添料充分作用，冷却至室温，再按质量份加入交联剂(甲基含氢硅油，含氢量为1.0％，旋转粘度为400毫帕·秒)1.5克、催化剂(2％双封头-铂络合物)0.25克，混炼均匀，模压成型，室温下放置3天，即得到具有高强度低模量的导电室温硫化硅橡胶。
实施例8
将硅橡胶生胶(α，ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷，粘度＝5000毫帕·秒)50克、EC-300J超导电炭黑7.5克依次加到混炼机上在室温下混炼15分钟，将混炼好的胶料在110℃烘箱中热处理2.5小时，使胶料与添料充分作用，冷却至室温，再按质量份加入交联剂(含氢硅油，含氢量为0.9％，旋转粘度为200毫帕·秒)1.5克、催化剂(乙烯基硅氧烷铂络合物)0.1克，混炼均匀，模压成型，室温下放置3天，即得到具有高强度低模量的导电室温硫化硅橡胶。