[发明专利]一种导电粒子/硅橡胶压敏材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体地说涉及一种压敏导电橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

导电粒子/硅橡胶压敏材料是一种新型压敏材料，与一般压敏材料（炭黑填充型压敏材料）不同，它随着压力的增大其相对电阻变大，体现正压力系数效应（PPCR效应），可满足特殊使用要求。但从国内外研究现状来看，炭黑填充型压敏橡胶的研究占据了相当大的比重，而对碳管或者纳米碳纤维填充型压敏橡胶的研究较少。现有碳管类一维导电粒子填充硅橡胶压敏材料存在机理不明确、碳管分散性差、基体品种单一、加工工艺单一无法工业化、填料与基体相容性差、正压力系数效应弱、强度变化范围有限等诸多问题。围绕着这些问题展开的研究，是目前压敏硅橡胶研究领域的热点与难点，对高性能导电粒子填充硅橡胶压敏材料的开发研究及其工业化具有重要指导意义。

目前压敏材料朝着高性能化、复合化、多功能、高可控方向发展，单一的性能已不能满足需求，不同填料复配是实现材料多功能化、复合化、高性能化的有效途径。二种或二种以上填料复配压敏材料相关的研究甚少。专利号102190889的中国专利，公开了一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法，该方法采用硅烷偶联剂改性的碳管和硅橡胶溶液共混制备压敏复合材料，但是该发明采用的制备工艺无法工业化，同时由于未添加第二相非导电粒子，导致材料应用范围局限于小形变使用条件。Carbon 45(2007)1997-2003上公开了Effect of compressive and tensile strains on the electrical resistivity of carbon microcoil / silicone - rubber composites，该文献研究了纳米碳纤维填充硅橡胶的压敏行为，但是压敏强度弱，使其应用受到一定局限。

发明内容

为解决现有硅橡胶压敏材料存在正压力系数效应弱、加工工艺单一无法工业化、强度变化范围有限等问题，本发明提出了一种导电粒子/硅橡胶压敏材料，添加第二相非导电粒子后，导电硅橡胶的压敏强度显著提高，且可以通过改变第二相非导电粒子的用量调节材料的压敏强度；同时还赋予材料其他功能特性。

同时还提出了一种导电粒子/硅橡胶压敏材料的制备方法，本发明的制备方法操作简单、可工业化，相对传统的溶液共混加工工艺，同时避免了大量溶剂使用所造成的污染，更为环保。

本发明还提出了一种导电粒子/硅橡胶压敏材料在柔顺式传感器方面上的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种导电粒子/硅橡胶压敏材料，所述的导电粒子/硅橡胶压敏材料中导电粒子选自硅烷偶联剂修饰的碳纳米管或硅烷偶联剂修饰的纳米碳纤维中的一种，导电粒子/硅橡胶压敏材料有以下组分制成，各组分的质量份为：

硅烷偶联剂修饰的碳纳米管1~8份或者硅烷偶联剂修饰的纳米碳纤维4~20份，

甲基乙烯基硅橡胶100份，

第二相非导电粒子0.5~3份，

作为优选，碳纳米管的直径为10~50 nm，长度为1~30 μm，纳米碳纤维的直径为50 ~140 nm，长度为5~50 μm。

作为优选，硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂与碳纳米管或者纳米碳纤维的质量比为1~5：100。先将硅烷偶联剂在醇水溶液(PH用醋酸与盐酸调至4.5)中水解半小时，加入碳纳米管或者纳米碳纤维，80 ℃搅拌反应3~5 h，然后水洗至中性，真空烘干，研磨即得硅烷偶联剂改性碳纳米管或者纳米碳纤维。

其中，第二相非导电粒子选自蒙脱土、二氧化钛、凹凸棒土中一种。

本发明添加少量第二相非导电粒子，复合材料的电阻随外加形变量的增大而增大的幅度大幅度提高，使压敏材料的高压敏强度适应于大形变场合。

本发明的一种导电粒子/硅橡胶压敏材料的制备方法，采用熔融共混法和随后的热压方法压制成型，其制备工艺过程为：

（1）配料：称取导电粒子、第二相非导电粒子、甲基乙烯基硅橡胶的质量份；