高导电橡胶的制备及其性能研究

作     者：丁雪娇 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王经文;李淑琴

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：导电橡胶 EPDM NBR 导电填料 导电性能 

摘      要：导电橡胶是指在橡胶基体中加入导电填料制备的导电高分子材料。它既保留了基体原有性能又具有导电填料的导电性。在降低导电填料添加量提高导电橡胶加工性能的同时,如何保持甚至提高复合材料的导电性是我们的研究目的。本课题采用三元乙丙橡胶(EPDM)和丁腈橡胶(NBR)两种橡胶作为基体,对不同导电填料填充EPDM/NBR共混胶的性能进行初步研究。研究共混比对EPDM/NBR共混胶性能的影响,采用DSC、TG、SEM等对共混胶进行表征。结果表明:导电碳黑选择性的分布在NBR相内,EPDM和NBR相是不相容的。随着NBR相所占比例的增加,共混胶的耐油性能得到很大改善。当共混比为50/50时,共混胶具有良好的综合性能,即较好的力学性能和热稳定性并且复合体系的导电性能最好。采用化学镀的方法,在碳纤维表面进行镀银,XRD证明了镀银的成功。分别以镀银碳纤维和银粉为导电填料制备导电橡胶。镀银碳纤维无序的分布在基体中,将不相邻的导电相区连接起来,起桥接作用;银粉则选择性分布在EPDM相内。加入镀银碳纤维后可以改善橡胶的机械性能;而银粉的加入则对其机械性能有一定程度的劣化作用。在同一导电填料用量下,镀银碳纤维使导电橡胶的热稳定性更好。当在共混胶中添加80phr(parts per hundreds of rubber)镀银碳纤维或100phr银粉时,制备的高导电橡胶的体积电阻率分别为0.0072?·cm和0.0044?·cm。采用改进的Hummers法制备氧化石墨作为前驱体,通过化学还原法对氧化石墨烯和银氨溶液中的银氨离子同时进行还原制备出石墨烯-银复合粒子并以其为导电填料制备导电橡胶。根据Scherrer公式计算出石墨烯片层中银的平均粒径是33nm。少量的石墨烯-银复合粒子对基体具有一定的补强作用,用量过多则会使橡胶的力学性能下降。复合粒子添加量小于40phr时可以提高共混胶的热稳定性,超过这一用量则使热稳定性下降。当采用60phr石墨烯-银复合粒子填充共混胶时,能够制备出电阻率为0.0085?·cm的高导电橡胶。研究导电填料并用对共混胶性能的影响。当30phr CB分别与6phr TRG(热膨胀还原法制备的石墨烯,900°C)和10phr CF(偶联剂改性)并用时,制得导电橡胶的体积电阻率分别为0.33??cm和0.28??cm。在CB/CF/Ag/EPDM/NBR导电橡胶中,随着Ag粉含量的增加,导电橡胶的硬度增加,而拉伸强度和断裂伸长率显著降低。Ag的加入对EPDM相和NBR相的相容性基本没有影响,但对共混胶的热稳定性具有有利的影响。当30phr CB与10phr CF及10phr Ag并用时,制备出电阻率为0.0058??cm的高导电橡胶。