本發明涉及導電材料領域，具體涉及一種阻燃導電橡膠及其制備方法。
背景技術：
導電橡膠通常是指體積電阻在10的9次歐姆厘米以內，由于橡膠是優良的絕緣體，體積電阻大于10的14次左右，其原理就是在橡膠中添加導電炭黑、金屬、導電試劑改變橡膠絕緣性。現有的導電橡膠是將玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等導電顆粒均勻分布在硅橡膠中，通過壓力使導電顆粒接觸，達到良好的導電性能。導電橡膠在軍事和商業上都有應用，其主要作用是密封和電磁屏蔽。導電橡膠產品可以模壓或擠出成形，有片裝或其他的沖切形狀可供選擇，屏蔽性能高達120db(10ghz)。以導電碳黑填充的導電橡膠，體積電阻通常可保持在幾千歐，由于現有的配方中使用了單一的乙炔炭黑，其抗拉強度只能達到12mpa，遠遠不能滿足實際的需要，其次還存在阻燃效果不理想的問題。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種阻燃導電橡膠及其制備方法，該種導電橡膠生產成本低廉，通過對生產原料及工藝的改進優化，解決了現有技術中導電橡膠抗拉強度低、阻燃效果差、易焦化的問題，可廣泛應用于電子、電信、電力、軍工、航空、航天、艦船等領域，具有廣闊的市場前景。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現的：
一種阻燃導電橡膠，包括以下按重量份計的原料：天然橡膠40-60份、氫化丁腈橡膠20-30份、改性短切碳纖維5-15份、膨脹石墨5-15份、納米二氧化硅4-8份、硬脂酸2-6份、二甲基硅油4-8份、硫化劑1-3份、偶聯劑1-3份、阻燃劑1-3份和表面活性劑1-3份；
所述改性短切碳纖維通過以下步驟制得：取長度為50-100μm的短切碳纖維置于研磨機中研磨2-4h，使得短切碳纖維的長度小于等于0.5μm，長徑比小于10；再采用丙烯酸共聚物對研磨后的短切碳纖維進行浸潤；之后采用低碳多羥基醇對浸潤后的短切碳纖維進行包覆，且短切碳纖維的堆積密度控制在1.0g/cm3以下，即得。
進一步地，所述導電橡膠包括以下按重量份計的原料：天然橡膠50份、氫化丁腈橡膠25份、改性短切碳纖維10份、膨脹石墨10份、納米二氧化硅6份、硬脂酸4份、二甲基硅油6份、硫化劑2份、偶聯劑2份、阻燃劑2份和表面活性劑2份。
優選地，所述硫化劑為過氧化二異丙苯、1，1-雙(叔丁基過氧基)-3，3，5-三甲基環己烷或雙(叔丁基過氧異丙基)苯中的一種。
優選地，所述偶聯劑為鈦酸酯、氨基硅烷偶聯劑kh-550或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種。
優選地，所述阻燃劑為三聚氰胺、三羥甲基氧化磷或二苯基磷酸酯中的一種。
優選地，所述表面活性劑為烷基苯氧基多(乙烯氧基)乙醇、山梨糖醇酐脂肪酸酯或聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中的一種。
上述的一種阻燃導電橡膠的制備方法，按照以下步驟進行：
(1)按所述重量份配比稱取原料；
(2)先將天然橡膠和氫化丁腈橡膠輸送至雙輥煉膠機中混煉15-25min，薄通4-6次；再將改性短切碳纖維、膨脹石墨、納米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述雙輥煉膠機中混煉20-30min，薄通4-6次；之后將剩余原料加入到所述雙輥煉膠機中混煉20-30min，薄通8-10次后出片；
(3)將出片后的橡膠置于平板硫化機中進行硫化處理，硫化壓力10-12mpa、硫化溫度為160-180℃，硫化時間為20-30min；
(4)最后在烘箱中硫化處理80-120min即可。
進一步地，所述烘箱的硫化溫度為190-210℃。
本發明具有如下的有益效果：本發明的導電橡膠通過對生產原料及工藝的改進優化，使得成品導電橡膠不僅具有優良的導電性能，還大大提高了導電橡膠的抗拉強度及阻燃防焦性，經研發部門檢測，本發明的導電橡膠抗拉強度相比之前傳統的導電橡膠提高了約70-120％，抗拉強度值達到了20.8mpa；另外，其阻燃性在ul94等級中達到了最高的v-0級；
(1)本發明顯著地增強了導電橡膠實際應用的整體性能，可廣泛應用于電子、電信、電力、軍工、航空、航天、艦船等領域，具有廣闊的市場前景；
(2)本發明的導電橡膠制備簡單，取材方便，生產成本低廉，采用天然橡膠和氫化丁腈橡膠作為橡膠主料，具有成本低，導電性能好的特性；采用特定改性的短切碳纖維、膨脹石墨和納米二氧化硅作為導電填料，具有成本地、強度高、導電性能好的特性；協同硫化劑、偶聯劑、阻燃劑和表面活性劑四種功能性外加助劑的作用，使得成品導電橡膠的整體性能進一步地完善及增強。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
實施例1
一種阻燃導電橡膠，預備以下原料待用：天然橡膠40kg、氫化丁腈橡膠20kg、改性短切碳纖維5kg、膨脹石墨5kg、納米二氧化硅4kg、硬脂酸2kg、二甲基硅油4kg、硫化劑1kg、偶聯劑1kg、阻燃劑1kg和表面活性劑1kg；
上述的改性短切碳纖維通過以下步驟制得：取長度為50μm的短切碳纖維5kg置于研磨機中研磨2h，使得短切碳纖維的長度小于等于0.5μm，長徑比小于10；再采用丙烯酸共聚物對研磨后的短切碳纖維進行浸潤；之后采用低碳多羥基醇對浸潤后的短切碳纖維進行包覆，且短切碳纖維的堆積密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本發明原料所需的改性短切碳纖維。
其中，上述的硫化劑采用過氧化二異丙苯；偶聯劑采用鈦酸酯；阻燃劑采用三聚氰胺；表面活性劑采用烷基苯氧基多(乙烯氧基)乙醇。
上述的一種阻燃導電橡膠的制備方法，按照以下步驟進行：
(1)先將天然橡膠和氫化丁腈橡膠輸送至雙輥煉膠機中混煉15min，薄通4次；再將改性短切碳纖維、膨脹石墨、納米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述雙輥煉膠機中混煉20min，薄通4次；之后將剩余原料加入到所述雙輥煉膠機中混煉20min，薄通8次后出片；
(2)然后將出片后的橡膠置于平板硫化機中進行硫化處理，硫化壓力10mpa、硫化溫度為160℃，硫化時間為20min；
(3)最后在烘箱中硫化處理80min即制得本發明的阻燃導電橡膠，且該烘箱的硫化溫度為190℃。
實施例2
一種阻燃導電橡膠，預備以下原料待用：天然橡膠50kg、氫化丁腈橡膠25kg、改性短切碳纖維10kg、膨脹石墨10kg、納米二氧化硅6kg、硬脂酸4kg、二甲基硅油6kg、硫化劑2kg、偶聯劑2kg、阻燃劑2kg和表面活性劑2kg；
上述的改性短切碳纖維通過以下步驟制得：取長度為80μm的短切碳纖維10kg置于研磨機中研磨3h，使得短切碳纖維的長度小于等于0.5μm，長徑比小于10；再采用丙烯酸共聚物對研磨后的短切碳纖維進行浸潤；之后采用低碳多羥基醇對浸潤后的短切碳纖維進行包覆，且短切碳纖維的堆積密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本發明原料所需的改性短切碳纖維。
其中，上述的硫化劑采用1，1-雙(叔丁基過氧基)-3，3，5-三甲基環己烷；偶聯劑采用氨基硅烷偶聯劑kh-550；阻燃劑采用三羥甲基氧化磷；表面活性劑采用山梨糖醇酐脂肪酸酯。
上述的一種阻燃導電橡膠的制備方法，按照以下步驟進行：
(1)先將天然橡膠和氫化丁腈橡膠輸送至雙輥煉膠機中混煉20min，薄通5次；再將改性短切碳纖維、膨脹石墨、納米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述雙輥煉膠機中混煉25min，薄通5次；之后將剩余原料加入到所述雙輥煉膠機中混煉25min，薄通9次后出片；
(2)然后將出片后的橡膠置于平板硫化機中進行硫化處理，硫化壓力11mpa、硫化溫度為170℃，硫化時間為25min；
(3)最后在烘箱中硫化處理100min即制得本發明的阻燃導電橡膠，且該烘箱的硫化溫度為200℃。
實施例3
一種阻燃導電橡膠，預備以下原料待用：天然橡膠60kg、氫化丁腈橡膠30kg、改性短切碳纖維15kg、膨脹石墨15kg、納米二氧化硅8kg、硬脂酸6kg、二甲基硅油8kg、硫化劑3kg、偶聯劑3kg、阻燃劑3kg和表面活性劑3kg；
上述的改性短切碳纖維通過以下步驟制得：取長度為100μm的短切碳纖維15kg置于研磨機中研磨4h，使得短切碳纖維的長度小于等于0.5μm，長徑比小于10；再采用丙烯酸共聚物對研磨后的短切碳纖維進行浸潤；之后采用低碳多羥基醇對浸潤后的短切碳纖維進行包覆，且短切碳纖維的堆積密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本發明原料所需的改性短切碳纖維。
其中，上述的硫化劑采用雙(叔丁基過氧異丙基)苯；偶聯劑采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；阻燃劑采用二苯基磷酸酯；表面活性劑采用聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中。
上述的一種阻燃導電橡膠的制備方法，按照以下步驟進行：
(1)先將天然橡膠和氫化丁腈橡膠輸送至雙輥煉膠機中混煉25min，薄通6次；再將改性短切碳纖維、膨脹石墨、納米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述雙輥煉膠機中混煉30min，薄通6次；之后將剩余原料加入到所述雙輥煉膠機中混煉30min，薄通10次后出片；
(2)然后將出片后的橡膠置于平板硫化機中進行硫化處理，硫化壓力12mpa、硫化溫度為180℃，硫化時間為30min；
(3)最后在烘箱中硫化處理120min即制得本發明的阻燃導電橡膠，且該烘箱的硫化溫度為210℃。
實施例4
一種阻燃導電橡膠，預備以下原料待用：天然橡膠50kg、氫化丁腈橡膠25kg、改性短切碳纖維10kg、膨脹石墨10kg、納米二氧化硅6kg、硬脂酸4kg、二甲基硅油6kg、硫化劑2kg、偶聯劑2kg、阻燃劑2kg和表面活性劑2kg；
上述的改性短切碳纖維通過以下步驟制得：取長度為50μm的短切碳纖維10kg置于研磨機中研磨4h，使得短切碳纖維的長度小于等于0.5μm，長徑比小于10；再采用丙烯酸共聚物對研磨后的短切碳纖維進行浸潤；之后采用低碳多羥基醇對浸潤后的短切碳纖維進行包覆，且短切碳纖維的堆積密度控制在1.0g/cm3以下，即制得本發明原料所需的改性短切碳纖維。
其中，上述的硫化劑采用過氧化二異丙苯；偶聯劑采用鈦酸酯；阻燃劑采用二苯基磷酸酯；表面活性劑采用聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯。
上述的一種阻燃導電橡膠的制備方法，按照以下步驟進行：
(1)先將天然橡膠和氫化丁腈橡膠輸送至雙輥煉膠機中混煉15min，薄通6次；再將改性短切碳纖維、膨脹石墨、納米二氧化硅、硬脂酸和二甲基硅油加入到所述雙輥煉膠機中混煉20min，薄通6次；之后將剩余原料加入到所述雙輥煉膠機中混煉30min，薄通8次后出片；
(2)然后將出片后的橡膠置于平板硫化機中進行硫化處理，硫化壓力10mpa、硫化溫度為180℃，硫化時間為20min；
(3)最后在烘箱中硫化處理80min即制得本發明的阻燃導電橡膠，且該烘箱的硫化溫度為210℃。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。