一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶。

背景技术

传统发泡密封材料，由于材料内部的泡孔结构，导致材料成型后的集体部分均由疏松的泡孔壁连接，三元乙丙橡胶材料本来的特性就是电绝缘性高，在发泡结构中，其导电性变得更差。当发泡三元乙丙橡胶比重控制在500kg/m

而体积电阻率需达到在诸如丁晴橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶等导电性略好的材料及行业研究较多的硅橡胶又由于性能上的差异，无法实现对三元乙丙橡胶材料的替代，这样就有必要解决三元乙丙橡胶材料的导电问题。

当前，解决该问题的方式是通过传统手段来提高橡胶材料导电性，主要是以炭黑或导电金属的添加来改善，而前者对导电性能改善的能力相对较弱，过量添加会导致材料硬度偏高及发泡困难；后者虽能有效提高橡胶材料的导电性，但由于导电性能较好、性能稳定且易于添加的金属粒子，均会大幅度提高材料的比重，与当前轻量化的发展趋势不符。

发明内容

本发明解决以上现有技术的不足，提供一种实现发泡、低密度及导电良好结合的碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶，制备原料按重量份包括：三元乙丙橡胶生胶100份，氧化锌5-10份，硬脂酸1-3份，炭黑30-60份，轻质碳酸钙20-40份，石蜡油15-35份，促进剂3-6份，硫黄0.5-1.0份，发泡剂5份，碳系复合组份5-15份。

进一步地，制备原料按重量份包括：三元乙丙橡胶生胶100份，氧化锌6-8份，硬脂酸2-3份，炭黑40-50份，轻质碳酸钙25-35份，石蜡油20-30份，促进剂3.5-5.5份，硫黄0.7-0.9份，发泡剂5份，碳系复合组份8-12份。

进一步地，制备原料按重量份包括：三元乙丙橡胶生胶100份，氧化锌7份，硬脂酸2.5份，炭黑45份，轻质碳酸钙30份，石蜡油25份，促进剂5份，硫黄0.8份，发泡剂5份，碳系复合组份10份。

进一步地，所述三元乙丙橡胶生胶为三元乙丙橡胶4045。

进一步地，所述发泡剂包括4,4'-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺和微球发泡剂。

进一步地，所述微球发泡剂占所述发泡剂总量的50％。

进一步地，所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四甲基秋兰姆和四硫化五亚甲基秋拉姆。

进一步地，所述N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二丁基二硫代氨基甲酸锌各占所述促进剂总量的35％-45％，所述二硫化四甲基秋兰姆和四硫化五亚甲基秋拉姆各占所述促进剂总量的5％-15％。

进一步地，所述碳系复合组份包括单壁碳纳米管和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述碳系复合组份总量的10％-30％。

进一步地，所述炭黑包括N774炭黑和导电炭黑，所述导电炭黑占所述炭黑总量的50％-70％。

本发明由于采用了上述的发明，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

(1)本发明的轻质碳酸钙和石蜡油的添加主要为改善材料的加工性能及材料硬度；硬脂酸、氧化锌、促进剂和硫化剂作为材料的硫化体系，主要用于材料的交联过程；

(2)本发明的三元乙丙橡胶生胶为4045，该型号乙烯含量、第三单体含量适中，门尼粘度偏低，赋予本材料具有良好的工艺性能；

(3)本发明的微球发泡剂用量占发泡剂总量的50％，使材料具有均匀致密的泡孔；

(4)本发明的促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二丁基二硫代氨基甲酸锌各占促进剂总量的35％-45％，二硫化四甲基秋兰姆和四硫化五亚甲基秋拉姆各占促进剂总量的5％-15％，这种搭配将使材料具有良好的加工安全性和足够的流化速度；

(5)本发明的单壁碳纳米管和氧化石墨烯组成碳纳米材料双复合搭配，将对导电性具有良好改善作用；导电炭黑占炭黑总量的50％-70％，该比例使材料力学性能和导电性具有良好的结合；

综上，本发明制备的材料可实现发泡、低密度及导电的良好结合，适用于橡胶密封件。

具体实施方式

以下结合本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌5份，硬脂酸1份，N774炭黑12份，导电炭黑18份，轻质碳酸钙20份，石蜡油15份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2份，二丁基二硫代氨基甲酸锌1.2份，二硫化四甲基秋兰姆0.3份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.3份，硫黄0.5份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份，单壁碳纳米管4.4份，氧化石墨烯0.6份。

实施例2

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌6份，硬脂酸2份，N774炭黑16份，导电炭黑24份，轻质胆酸钙25份，石蜡油20份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份，二丁基二硫代氨基甲酸锌1.4份，二硫化四甲基秋兰姆0.35份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.35份，硫黄0.7份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份，单壁碳纳米管7份，氧化石墨烯1份。

实施例3

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌8份，硬脂酸3份，N774炭黑20份，导电炭黑30份，轻质碳酸钙35份，石蜡油30份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2.2份，二丁基二硫代氨基甲酸锌2.2份，二硫化四甲基秋兰姆0.55份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.55份，硫黄0.9份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份，单壁碳纳米管10.5份，氧化石墨烯1.5份。

实施例4

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌10份，硬脂酸3份，N774炭黑24份，导电炭黑36份，轻质碳酸钙40份，石蜡油35份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2.4份，二丁基二硫代氨基甲酸锌2.4份，二硫化四甲基秋兰姆0.6份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.6份，硫黄1份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份，单壁碳纳米管13份，氧化石墨烯2份。

实施例5

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌7份，硬脂酸2.5份，N774炭黑18份，导电炭黑27份，轻质碳酸钙30份，石蜡油25份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份，二丁基二硫代氨基甲酸锌2份，二硫化四甲基秋兰姆0.5份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.5份，硫黄0.8份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份，单壁碳纳米管9份，氧化石墨烯1份。

实施例6

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌7份，硬脂酸2.5份，N774炭黑18份，导电炭黑27份，轻质碳酸钙30份，石蜡油25份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份，二丁基二硫代氨基甲酸锌2份，二硫化四甲基秋兰姆0.5份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.5份，硫黄0.8份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份。

实施例7

一种碳系改性的高导电发泡三元乙丙橡胶

按重量份配比原料包括：三元乙丙橡胶4045100份，氧化锌7份，硬脂酸2.5份，N774炭黑22份，导电炭黑33份，轻质碳酸钙30份，石蜡油25份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份，二丁基二硫代氨基甲酸锌2份，二硫化四甲基秋兰姆0.5份，四硫化五亚甲基秋拉姆0.5份，硫黄0.8份，4,4'-氧代双苯磺酰肼1份，偶氮二甲酰胺1.5份，微球发泡剂2.5份。

上述实施例中使用的石蜡油为环保石蜡油。

将实施例1-7分别硫化成标准试样，并按照GB/T6343-2009和GB/T1692-2008标准对试验的密度和体积电阻率进行测试计算，检测结果见表1：

表1

根据表1的数据可以表明：

实施例二、实施例三和实施例五均可满足要求，但实施例二的体积电阻率与目标要求相比安全余量不足，而实施例三的表观密度超标风险大，综合判定实施例五为最优方案，其两项性能均衡。

通过对比实施例一至实施例七进行比较分析来看，碳系复合组分(单壁碳纳米管和氧化石墨烯)用量越大，体积电阻率越低，但对材料的发泡情况有负面影响。

通过对比实施例五与实施例六、七的数据进行比较分析来看，炭黑(N774炭黑和导电炭黑)对导电性的影响较碳系复合组份(单壁碳纳米管和氧化石墨烯)的影响小得多。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。