[发明专利]一种高导电橡胶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合型导电聚合物材料制备的技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯表面镀银后填充橡胶复合材料的制备方法，所得的复合材料具有很高的导电性以及较低的导电逾渗值，属于导电橡胶技术领域。

背景技术

复合型导电聚合物材料在光电子器件、能源、自控发热元件已经抗静电等领域有广泛应用。通常的导电型聚合物是将炭黑、石墨或金属粉等导电填料加入到单相或者多相聚合物中制备出一种具有导电功能的聚合物基复合材料。随着导电填料的增加，聚合物复合材料将发生从绝缘体向导体的转变，即逾渗现象。为了获得更高的电导率，通常要在聚合物基体中加入高体积份数的填料，如炭黑填充的聚合物一般需加5%～20%体积分数的填料。由此不但造成复合材料在生产过程中加工流动性变差，而且导致复合材料力学性能下降，生产成本增加。

中国专利申请“一种低压缩变形高导电橡胶复合材料及其制备方法”（申请号201210077600.9）中以硅橡胶为基体,通过采用颗粒状和纤维状镀金属导电填料并用填充，虽然制备了高导电橡胶复合材料，但是填料填充份数高（110～300份），造成力学性能下降，生产成本大幅增加。

为了探索和发展导电聚合物复合材料的制备方法，保证在具有良好导电性能前提下减少复合物中导电填料含量（即降低导电逾渗值）始终是人们关注的热点。石墨烯具有出色的力学性能与电学性能，可以使用石墨烯填充到橡胶基体中制备导电逾渗值低而且力学性能优异的导电复合材料。然而，当粒子尺寸进入纳米级时，由于纳米粒子存在大的比表面积，以及片层间范德华力的作用，石墨烯有不可逆团聚的趋势，严重限制了石墨烯的导电效果。

中国专利申请“聚合物/石墨烯复合材料的原位还原制备方法”（申请号201010191018.6）中将氧化石墨烯均匀分散在胶乳中原位还原，经破乳干燥得到导电橡胶/石墨烯复合材料，但石墨烯填充份数仍然在10份以上，石墨烯在橡胶基体中团聚现象严重。

对石墨烯表面进行金属化改性，既可以利用金属的高导电性进一步提高石墨烯的导电性能，又可以起到分离邻近石墨烯片层,防止发生团聚的作用，可以进一步降低导电逾渗值。

发明内容

本发明的目的在于解决现有导电橡胶复合材料填料填充份数高导致加工性能不好、力学性能下降的问题，使用氧化石墨烯填充，并且为了解决现有氧化石墨烯填充橡胶复合材料中氧化石墨烯聚集现象严重、导电逾渗值高的问题，而提供一种氧化石墨烯表面镀银后与橡胶乳液共混的制备方法，制得高导电率低逾渗阀值的导电性橡胶复合材料。

本发明提供的一种高导电橡胶复合材料，其基本组成和质量份数为：

橡胶基体100份，

导电性填料0.1-5份，

硫化体系1.5～5份

所述的橡胶基体为天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶或羧基丁腈橡胶。

所述橡胶基体采用所述的硫化体系来进行交联，所述的硫化体系为有机过氧化物体系或者是硫磺体系。其中，有机过氧化物体系包含DCP或BPO等有机过氧化物交联剂以及助交联剂TAC、TAIC等；硫磺硫化体系包含硫磺及促进剂CZ或促进剂NS等，本发明所用的硫化剂、硫化促进剂均是橡胶加工领域常用的和公知的。

导电性填料使用表面镀银的氧化石墨烯，其具体制备步骤如下：

1)将氧化石墨烯粉末分散在去离子水中水中，质量浓度为0.1～0.4mg/mL，使用功率为500～1000W的超声波超声30～60min，得到氧化石墨烯的水悬浮体系。

2)通过氨水调节PH到6～10，加入多巴胺，在40～60℃下磁力搅拌反应4～6h。

3)将步骤2)中制备的表面沉积有聚多巴胺的氧化石墨烯悬浮液置于质量浓度为10～30g/L的硝酸银银镀液中，加入质量浓度为10～60g/L的葡萄糖溶液，所使用葡萄糖溶液的体积与硝酸银溶液的相同，室温下反应0.5～2h。

4)在N₂氛围保护下热处理30～60分钟，温度为100～160℃，洗涤，过滤，得到镀银的氧化石墨烯粉末。

本发明所用的原始氧化石墨烯是通过Hummers法制备的，片层厚度1～2nm，宽度100～500nm。所用的多巴胺全称为4-(2-乙胺基)苯-1,2-二醇（英文简称为DOPA）原始氧化石墨烯与多巴胺的质量比例为1/20～1/50，可保证多巴胺在氧化石墨烯表面的完全沉积。