[发明专利]一种微纳片层氮化硼/橡胶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种六方纳米片层氮化硼的制备方法和应用，其与微米氮化硼混合填充橡胶基体制备的复合材料具备较高的导热性能，可广泛应用于用于航天、航空、电子、电器领域中需要散热和传热的部位。

背景技术

二十世纪后，作为第四大战略资源的橡胶材料进入了大发展阶段，相比传统的金属、陶瓷等材料，橡胶材料具有质轻、高粘弹性、耐化学腐蚀、易加工成型、抗疲劳性能优良等特点。但是，橡胶材料多为热的不良导体，使其在需要导热性良好的产品上的应用受到限制。

目前，改善橡胶材料导热性的填料多为金属，金属氧化物，以及非金属如石墨，炭黑等，由此制成的复合材料没有很好的电绝缘性能，或者由于填料的填充份数较大，使得复合材料的其他性能下降，产品性能不理想。六方氮化硼（h-BN）被称作白色石墨，属于III-V族化合物，六方晶系，具有类似石墨的层状结构。它的晶格常数是 a=0.2504nm，c=0.6652nm。此外，与石墨一样，h-BN的每一层由B原子和N原子组成平面六方环状结构，且沿C轴方向，各层原子按ABAB……方式排列。h-BN的层间是靠范德华力结合，层内的B原子、N原子的共价键结合在一起。虽然h-BN的层内结构十分稳定，但层与层之间容易滑动、剥离，可以将其剥离成单片层或者几个片层的氮化硼，理论上，纳米氮化硼片层材料的平面内导热率能够达到2000W/mk，远远高出了普通氮化硼平面内300W/mk的导热率。而且，与传统的导热填料相比，h-BN还具有许多优异的特性如抗氧化、耐高温、导热率高及化学稳定性高、膨胀系数低及摩擦系数低、可加工性能好，其在改善橡胶基复合材料的高温力学性能、热稳定性、抗氧化性等方面有着明显优势。

 本发明涉及的是一种新的简单易行的氮化硼/橡胶复合材料的制备方法，是将制备的宽厚比大的纳米片层氮化硼与微米片层氮化硼混合分散于橡胶基体中，可以减少氮化硼填料的用量，形成较好的导热网络，大大提高橡胶材料的导热率。

发明内容

本发明的目的：制备出宽厚比大的纳米片层氮化硼，并将其与微米片层氮化硼一起填充橡胶材料。与传统导热填料相比，选择微米和纳米片层氮化硼混合填料，是由于微米片层氮化硼不易团聚，在橡胶基体中主要起桥梁搭接作用，而制得的纳米片层结构的氮化硼具有远超过普通氮化硼的导热率，且与微米片层氮化硼相比具有较大的宽厚比，在相同的填充份数下，可以获得更有效的导热网络，从而制备出高导热的硅橡胶复合材料。该方法可以用较少的导热填料份数，来提高橡胶材料的导热性能。

一种微米和纳米片层氮化硼混合填充橡胶的制备方法，其特征在于：橡胶原料为干胶或乳液形式，橡胶重量份数为100份，总的氮化硼重量份数为50-100份，其中微米氮化硼与纳米氮化硼的质量比为1:9-9:1；

原料选用干胶：

将微米片层氮化硼置于溶剂A中，配成浓度为1mg/ml-6mg/ml悬浮液，超声得到厚度在10nm以下，宽厚比为50-300的纳米片层氮化硼，用溶剂A溶解橡胶得到橡胶溶液，将微米片层氮化硼、纳米片层氮化硼和橡胶溶液混合均匀；然后蒸发溶剂A；或倒入溶剂B中，该溶剂B是溶剂A体积的5-15倍，与溶剂A互溶，且不溶橡胶和氮化硼，使橡胶和氮化硼一起沉淀出来；再通过在开炼机、密炼机或螺杆挤出机中混炼，在其中加入1wt%的硫化剂DCP，硫化后制得微纳片层氮化硼/硅橡胶复合材料；

原料选用胶乳：

将微米片层氮化硼置于含有表面活性剂胆酸钠为0.05wt%-1wt%的去离子水中，配成浓度为1mg/ml-6mg/ml悬浮液，超声得到厚度在10nm以下，宽厚比为50-300的纳米片层氮化硼，再与微米片层氮化硼、橡胶乳液混合均匀后，用1wt%的稀硫酸絮凝，干燥，在混炼机中加入至少包括氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、硫磺在内的配合剂混炼均匀，硫化后得到微纳片层氮化硼/橡胶复合材料。

进一步，所用到的溶剂为醇、酮、烷或四氢呋喃。

进一步，超声功率为200-1500W，超声时间为2-12h，获得的纳米片层氮化硼的宽厚比为50-250。

进一步，微米片层氮化硼与所制备的纳米片层氮化硼的质量比为3:7-5:5。

更进一步，微米片层氮化硼与所制备的纳米片层氮化硼的质量比为3:7。

本发明制备的微纳氮化硼/橡胶复合材料可根据用途的不同选用不同的橡胶材料做基体。制品可以根据使用环境的不同（如温度，压力，所接触的溶剂等）选择不同的橡胶基体。根据使用需要的不同制成薄膜、片材、板材等。