[发明专利]一种航空航天用高性能导电橡胶材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及改性橡胶领域，特别涉及一种航空航天用高性能导电橡胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前市场上的导电和导热橡胶材料主要是以硅橡胶为主的导电、导热橡胶，体积电阻率一般在10⁵～10⁹Ω·cm左右，添加部分金属导电粉填料后可达到几千或几百欧姆厘米，导热系数通常为1.2～3W/(m.K)。有些以丁腈橡胶或顺丁橡胶为基材的导电导热材料，虽然在力学性能和耐化学介质比硅胶好一些，但是由于材料本身的特性，这些导电材料也都不能应用到条件比较苛刻的航空航天领域。而现在随着我国经济发展和科学技术水平提高，航空航天技术也飞速发展，而材料开发的落后制约了部分技术的进步。因此，我们针对航空航天领域的特殊要求，开发了具有高强度、耐油、耐候、导电、导热的高性能橡胶材料。同时也可以满足轨道交通、新能源、石油化工等领域的特殊要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于：提供一种航空航天用高性能导电橡胶材料的配方及制备方法。

一种航空航天用高性能导电橡胶材料，由以下组分按照重量分数制备而成：

氢化丁腈橡胶50～100份，辅助橡胶材料40～80份，导电导热介质材料30～50份，补强材料30～50份，增韧剂30～50份，填充剂30～50份，稳定剂8～10份，增粘剂10～15份，硫化剂3～5份，助硫剂2～3份。

在上述方案的基础上，所述辅助橡胶材料为氟橡胶23、氟橡胶26、氟橡胶246、氟橡胶TP、偏氟醚橡胶、全氟醚橡胶中的一种或几种的组合；

在上述方案的基础上，所述导电导热介质材料由以下组分组成：改性碳纳米管20～40份、改性石墨烯20～40份、表面处理的氮化铝20～40份。

在上述方案的基础上，所述补强材料为炭黑、白炭黑和酚醛树脂中的一种或几种的组合；所述增韧剂为DOA、DOP、DBP、芳烃油、多元醇、环氧大豆油和氯化石蜡中的一种或几种的组合。

在上述方案的基础上，所述填充剂为碳酸钙、高岭土和滑石粉中一种或几种的组合；所述稳定剂为氧化镁和/或氢氧化镁。

在上述方案的基础上，所述增粘剂为古马隆树脂和/或聚丁二烯树脂。

在上述方案的基础上，所述硫化剂为DCP，BIPB，TAMA，TDDS，S和FSH中的一种或几种的组合；所述助硫剂为TMTD、DM、CZ、TAIC和NA22中一种或几种的组合。

所述导电导热介质材料由以下方法制备而成：

1)碳纳米管的制备

a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液，然后将混合溶液均匀涂抹在基材表面，自然晾干，备用；

所述催化剂为镍或镁的硝酸盐；

所述基材为铜或硅；

b、将上述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上，基材与沉积台间有锡丝；

c、关闭真空室抽真空，当真空度达到0.1pa时，向真空室内通入氩气和氢气，流量分别为2～4L/min和8～10L/min，启动直流电弧，调节弧电流为100～130A，调节排气阀和真空室调节阀，使真空室内压强稳定在2500～4000Pa，反应5～15min，制得Ni/MgO催化剂；

d、在保持氩气流条件下，逐步减小氢气流量至4～5L/min，然后通入碳氢化合物，在2500～4000Pa压力和700～1000℃下进行反应20～30min左右，在Ni/MgO表面即可得到碳纳米管，收集备用；

所述碳氢化合物为天然气、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔；

2)碳纳米管改性

将表面改性剂加入无离子水中，配制成30～40mg/ml的溶液，然后将制备的碳纳米管加入溶液中，采用功率为40～250W超声波水浴处理，使碳纳米管被表面改性剂浸润；然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制备出的改性碳纳米管材料，备用；

3)石墨烯表面改性处理

a、首先将石墨烯加入到添加表面活性剂的水溶液中，通入低频高压脉冲电流，制备出具有良好亲水性的水溶性石墨烯；

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸或聚丙烯酰胺；

b、将制备好的水溶性石墨烯溶液加入到5～10％的氢氧化钠溶液，用超声分散，再加入过量的氯乙酸，继续反应，离心，真空干燥得到表面改性处理的石墨烯粉末，备用；

4)氮化铝表面处理

将氮化铝粉末加入到表面改性剂的溶液中，在80℃下搅拌反应3-4小时；处理后将产品抽滤，干燥，备用；