一種碳硅雜化硅橡膠電纜料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳硅雜化硅橡膠電纜料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于碳納米管能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、電性能以及其他性能，所以碳納米管/橡膠復(fù)合材料引起越來越多的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的目的，有兩個(gè)問題需要解決:一個(gè)是碳納米管的分散問題、另一個(gè)是碳納米管和基體的界面問題由于碳納米管表面比較惰性，而且比表面積比較大易造成團(tuán)聚，所以碳納米管增強(qiáng)聚合物的效果不是很明顯〃基于這個(gè)原因，很多人開始對碳納米管進(jìn)行物理或化學(xué)處理，在這些方法當(dāng)中，酸處理產(chǎn)生含氧基團(tuán)的方法是一種常用且高效的，因?yàn)樗梢蕴峁┯行У?反應(yīng)點(diǎn)，從而與基體樹脂實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵連接〃但是，大多數(shù)情況下，這種方法產(chǎn)生的基團(tuán)往往很少，不能夠提供足夠的連接與基體鍵合"所以，為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)點(diǎn)的增多，就需要引入更多的官能團(tuán)，來與基體樹脂作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種碳硅雜化硅橡膠電纜料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種碳硅雜化硅橡膠電纜料，它是由下述重量份的原料組成的:
4_ 二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇縮丁醛2-3、鄰苯二甲酸二正辛酯17-20、防老劑AW4-5、硅酸鉀鈉4-7、硅橡膠370-400、丙烯酸80-90、N，N’ - 二環(huán)己基碳酰亞胺80-100、四氫呋喃 300-460、65-68wt% 的硫酸 120_150、95_98wt% 的硝酸 100-130、正硅酸乙酯 30-40、氨水2-3、硫化劑雙254-5、聚酰亞胺2-3、硅烷偶聯(lián)劑KH5501.3_2、碳納米管50-60。
[0005]一種所述的碳硅雜化硅橡膠電纜料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將上述65-68wt%的硫酸、95-98wt%的硝酸混合，攪拌均勻，加入碳納米管，超聲攪拌20-24小時(shí)，在120-140°C下冷凝回流50-60分鐘，抽濾，水洗，烘干，得酸化碳納米管；
(2)將上述酸化碳納米管、丙烯酸、N，N’- 二環(huán)己基碳酰亞胺、四氫呋喃、4- 二甲氨基吡啶混合，超聲20-30分鐘，升高溫度為60-65°C，滴加上述硅烷偶聯(lián)劑KH550，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，磁力攪拌46-50小時(shí)，抽濾，真空干燥，得硅烷改性碳納米管；
(3)將上述硅酸鉀鈉加入到10-12倍水中，攪拌均勻，加入聚乙烯醇縮丁醛，在70-80°C下保溫?cái)嚢?0-20分鐘，得液a ;
(4)將上述聚酰亞胺加入到10-13倍無水乙醇中，送入260-300°C的油浴中，保溫?cái)嚢?br>3-5分鐘，出料冷卻，與上述液a混合，滴加濃鹽酸，調(diào)節(jié)PH為1-2，加入上述鄰苯二甲酸二正辛酯重量的30-40%，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)，抽濾，水洗3-4次，真空干燥，得改性硅化物；
(5)將上述改性硅化物加入到3-4倍無水乙醇中，攪拌分散6-10分鐘；
(6)將上述硅烷改性碳納米管加入到其重量100-120倍去離子水中，超聲攪拌1-2小時(shí)，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，繼續(xù)超聲10-20分鐘，加入正硅酸乙酯、氨水，50-60°C下保溫反應(yīng)4-6小時(shí)，抽濾，水洗，真空干燥，得碳硅雜化復(fù)合材料；
(7)將上述碳硅雜化復(fù)合材料與除了硫化劑雙25以外的各原料混合，送入開煉機(jī)混煉均勻，將混煉膠進(jìn)行薄通，加入硫化劑雙25，在平板硫化機(jī)上模壓成型，硫化溫度為168-170°C。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理是:
丙烯酸低聚物通過醋化反應(yīng)接枝到了酸化碳納米管表面，丙烯酸的引入為下一步的反應(yīng)提供了大量的羧基反應(yīng)點(diǎn)，同時(shí)眾多的羧基基團(tuán)能夠改善官能化碳納米管的分散性；然后羧基可以很容易和硅烷偶聯(lián)劑KH550發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成硅氧烷基，最后再在堿性條件下水解為硅氧醇基；在堿性環(huán)境下，以硅氧醇基為反應(yīng)點(diǎn)，通過正硅酸乙醋的水解，在官能化碳納米管表面原位生成二氧化硅顆粒。
[0007]本發(fā)明的電纜料具有很高的拉伸強(qiáng)度和硬度，是由于:
(1)碳納米管與硅橡膠的高分子鏈之間通過開煉作用、相互纏繞形成了立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
(2)由于二氧化硅改性的碳納米管表面有二氧化硅顆粒，使得管的表面凹凸不平，在碳納米管/硅橡膠復(fù)合材料進(jìn)行受力時(shí)，碳納米管和高分子鏈之間的滑移變得更加困難，有利于力學(xué)性能的提尚;
(3)二氧化硅改性的碳納米管表面含有大量的硅羥基，它們可以和硅橡膠的主鏈之間發(fā)生氫鍵作用，使得二氧化硅改性的碳納米管與硅橡膠之間的界面作用更加牢固。
[0008]本發(fā)明的電纜料采用碳硅雜化，表面強(qiáng)度高，抗性好，不易損毀，使用壽命長。
【具體實(shí)施方式】
[0009]一種碳硅雜化硅橡膠電纜料，它是由下述重量份的原料組成的:
4 二甲氨基吡啶7、聚乙烯醇縮丁醛2、鄰苯二甲酸二正辛酯17、防老劑AW4、硅酸鉀鈉4、硅橡膠370、丙烯酸80、N，N’ 二環(huán)己基碳酰亞胺80、四氫呋喃300、65wt%的硫酸120、95wt%的硝酸100、正硅酸乙酯30、氨水2、硫化劑雙254、聚酰亞胺2、硅烷偶聯(lián)劑KH5501.3、碳納米管50。
[0010]一種所述的碳硅雜化硅橡膠電纜料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將上述65wt%的硫酸、95wt%的硝酸混合，攪拌均勾，加入碳納米管，超聲攪拌20小時(shí)，在120°C下冷凝回流50分鐘，抽濾，水洗，烘干，得酸化碳納米管；
(2)將上述酸化碳納米管、丙烯酸、N，N’二環(huán)己基碳酰亞胺、四氫呋喃、4 二甲氨基吡啶混合，超聲20分鐘，升高溫度為60°C，滴加上述硅烷偶聯(lián)劑KH550，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，磁力攪拌46小時(shí)，抽濾，真空干燥，得硅烷改性碳納米管；
(3)將上述硅酸鉀鈉加入到10倍水中，攪拌均勻，加入聚乙烯醇縮丁醛，在70°C下保溫?cái)嚢?0分鐘，得液a;
(4)將上述聚酰亞胺加入到10倍無水乙醇中，送入260°C的油浴中，保溫?cái)嚢?分鐘，出料冷卻，與上述液a混合，滴加濃鹽酸，調(diào)節(jié)PH為1，加入上述鄰苯二甲酸二正辛酯重量的30%，攪拌反應(yīng)1小時(shí)，抽濾，水洗3次，真空干燥，得改性硅化物； (5)將上述改性硅化物加入到3倍無水乙醇中，攪拌分散6分鐘；
(6)將上述硅烷改性碳納米管加入到其重量100倍去離子水中，超聲攪拌1小時(shí)，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，繼續(xù)超聲10分鐘，加入正硅酸乙酯、氨水，50°C下保溫反應(yīng)4小時(shí)，抽濾，水洗，真空干燥，得碳硅雜化復(fù)合材料；
(7)將上述碳硅雜化復(fù)合材料與除了硫化劑雙25以外的各原料混合，送入開煉機(jī)混煉均勻，將混煉膠進(jìn)行薄通，加入硫化劑雙25，在平板硫化機(jī)上模壓成型，硫化溫度為168°C。
[0011]性能測試:
斷裂伸長率:517% ；
抗張強(qiáng)度:7.8N/mm2 ;
老化后抗張強(qiáng)度保留率(120°C、170h):75% ;
老化后斷裂伸長保留率(120°C、170h):80%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳硅雜化硅橡膠電纜料，其特征在于它是由下述重量份的原料組成的: 4-二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇縮丁醛2-3、鄰苯二甲酸二正辛酯17-20、防老劑AW4-5、硅酸鉀鈉4-7、硅橡膠370-400、丙烯酸80-90、N，N’ - 二環(huán)己基碳酰亞胺80-100、四氫呋喃 300-460、65-68wt% 的硫酸 120_150、95_98wt% 的硝酸 100-130、正硅酸乙酯 30-40、氨水2-3、硫化劑雙254-5、聚酰亞胺2-3、硅烷偶聯(lián)劑KH5501.3_2、碳納米管50-60。2.一種如權(quán)利要求1所述的碳硅雜化硅橡膠電纜料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將上述65-68wt%的硫酸、95-98wt%的硝酸混合，攪拌均勻，加入碳納米管，超聲攪拌20-24小時(shí)，在120-140°C下冷凝回流50-60分鐘，抽濾，水洗，烘干，得酸化碳納米管； (2)將上述酸化碳納米管、丙烯酸、N，N’- 二環(huán)己基碳酰亞胺、四氫呋喃、4- 二甲氨基吡啶混合，超聲20-30分鐘，升高溫度為60-65°C，滴加上述硅烷偶聯(lián)劑KH550，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，磁力攪拌46-50小時(shí)，抽濾，真空干燥，得硅烷改性碳納米管； (3)將上述硅酸鉀鈉加入到10-12倍水中，攪拌均勻，加入聚乙烯醇縮丁醛，在70-80°C下保溫?cái)嚢?0-20分鐘，得液a ; (4)將上述聚酰亞胺加入到10-13倍無水乙醇中，送入260-300°C的油浴中，保溫?cái)嚢?-5分鐘，出料冷卻，與上述液a混合，滴加濃鹽酸，調(diào)節(jié)PH為1-2，加入上述鄰苯二甲酸二正辛酯重量的30-40%，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)，抽濾，水洗3-4次，真空干燥，得改性硅化物； (5)將上述改性硅化物加入到3-4倍無水乙醇中，攪拌分散6-10分鐘； (6)將上述硅烷改性碳納米管加入到其重量100-120倍去離子水中，超聲攪拌1-2小時(shí)，加入上述改性硅化物的乙醇分散液，繼續(xù)超聲10-20分鐘，加入正硅酸乙酯、氨水，50-60°C下保溫反應(yīng)4-6小時(shí)，抽濾，水洗，真空干燥，得碳硅雜化復(fù)合材料； (7)將上述碳硅雜化復(fù)合材料與除了硫化劑雙25以外的各原料混合，送入開煉機(jī)混煉均勻，將混煉膠進(jìn)行薄通，加入硫化劑雙25，在平板硫化機(jī)上模壓成型，硫化溫度為168-170°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳硅雜化硅橡膠電纜料，它是由下述重量份的原料組成的：4-二甲氨基吡啶7-10、聚乙烯醇縮丁醛2-3、鄰苯二甲酸二正辛酯17-20、防老劑AW4-5、硅酸鉀鈉4-7、硅橡膠370-400、丙烯酸80-90、N，Nˊ-二環(huán)己基碳酰亞胺80-100、四氫呋喃300-460、65-68wt%的硫酸120-150、95-98wt%的硝酸100-130、正硅酸乙酯30-40、氨水2-3、硫化劑雙254-5、聚酰亞胺2-3、硅烷偶聯(lián)劑KH5501.3-2、碳納米管50-60。本發(fā)明的電纜料采用碳硅雜化，表面強(qiáng)度高，抗性好，不易損毀，使用壽命長。
【IPC分類】B29C35/02, C08K5/12, C08K9/04, C08K9/06, H01B3/28, C08K5/14, C08K13/06, C08K7/24, C08L83/04, C08K9/02
【公開號】CN105238053
【申請?zhí)枴緾N201510606571
【發(fā)明人】任兆軍
【申請人】滁州君越高分子新材料有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月22日