一種導電屏蔽矽橡膠組合物及其製備方法與應用的製作方法

2023-04-29 03:04:56

一種導電屏蔽矽橡膠組合物及其製備方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種導電屏蔽矽橡膠組合物及其製備方法和應用，該組合物包括如下質量份數的組份：矽橡膠100份；沉澱法白炭黑3～15份；乙炔碳黑30～60份；鎳粉或鎳纖維中的一種或組合50～80份；過氧化二異丙苯1～3份；製備方法包括混煉和一段硫化、二段硫化，該組合物可用於製備密封件，具有良好的低壓縮永久變形性能、電磁屏蔽性能、拉伸強度、拉斷伸長率等，綜合性能優異，且回彈適應性極好，通過各種密封性能試驗、電磁屏蔽性能試驗考核，滿足了各類密封工況的技術要求和使用要求。
【專利說明】一種導電屏蔽矽橡膠組合物及其製備方法與應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種綜合性能優異的導電屏蔽矽橡膠組合物及其製備方法與應用，屬於功能性非金屬密封材料及工藝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]矽橡膠具有耐高低溫、低吸潮性、耐候性好等優點，是一種理想的密封材料，目前其密封製品已廣泛應用於航天、航空、兵器、船舶、能源等領域。
[0003]矽橡膠密封材料在某些密封工況條件下應用時，須綜合考慮電磁屏蔽環境要求、各類密封性能要求（內壓氣密密封、外壓水密密封要求)、振動試驗及衝擊試驗要求。導電屏蔽矽橡膠組合物的研製主要是結合密封工況實際使用狀態進行了廣泛的調研。通過調研發行目前國內、外並無現用成熟技術可借鑑。主要是膠料的彈性、力學性能和導電屏蔽性能同時達到綜合平衡狀態是不容易的，一方面如果是追求高導電屏蔽性能則膠料的彈性、壓縮永久變形就會降低甚至喪失，不能夠滿足長時間儲存狀態下的密封性能要求；另一方面如果是追求高彈性且壓縮永久變形低的膠料則導電屏蔽性能將降低甚至喪失。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於克服現有技術的上述不足，提供一種導電屏蔽矽橡膠組合物，該組合物具有良好的低壓縮永久變形性能、電磁屏蔽性能、拉伸強度、拉斷伸長率等，綜合性能優異，且回彈適應性極 好，通過各種密封性能試驗、電磁屏蔽性能試驗考核，滿足了各類密封工況的技術要求和使用要求。
[0005]本發明的另外一個目的在於提供種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法及用途。
[0006]本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：
[0007]一種導電屏蔽矽橡膠組合物，包括如下質量份數的組份：
[0008]
矽橡膠100份
沉澱法白炭黑 3-15份
乙塊碳黑30-60份
樣粉或鎳纖維中的一種或組合 50 - 80份
過氧化二異丙苯1-3份。
[0009]在上述導電屏蔽矽橡膠組合物中，還包括質量份數為2-6份的耐熱添加劑三氧化二鐵，優選加入的耐熱添加劑三氧化二鐵的質量份數為2-4份。
[0010]在上述導電屏蔽矽橡膠組合物中，鎳粉與鎳纖維組合使用時，鎳粉佔鎳粉與鎳纖維總質量的45-55%。
[0011]一種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法，包括如下步驟：[0012](I)將矽橡膠、沉澱法白炭黑，乙炔碳黑、鎳粉或鎳纖維中的一種或組合、過氧化二異丙苯加入開煉機或密煉機中混煉均勻並放置I天以上；
[0013]( 2)將步驟（I)得到的混煉膠依次進行一段硫化處理和二段硫化處理，得到導電屏蔽矽橡膠組合物製品。
[0014]在上述導電屏蔽娃橡膠組合物的製備方法中，一段硫化溫度為155°C~165°C, —段硫化時間為IOmin~20min，硫化壓力為IOMPa~25MPa。
[0015]在上述導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法中，二段硫化包括兩個升溫階段和一個恆溫階段，其中第一個升溫階段溫度從室溫升至150°C~170°C，升溫時間為50min~70min ;第二個升溫階段溫度從150°C~170°C升至195°C~210°C，升溫時間為50min~70min ；一個恆溫階段為在195°C~210°C下恆溫4h~5h。
[0016]在上述導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法中，步驟（I)中還加入耐熱添加劑三氧化二鐵進行混煉。
[0017]上述導電屏蔽矽橡膠組合物在製備密封件中的應用。
[0018]本發明與現有技術相比具有如下有益效果：
[0019](I)、本發明創新設計了新型的導電屏蔽矽橡膠組合物配方，矽橡膠中包含複合補強填料（乙炔碳黑、鎳粉或鎳纖維）+補強助劑(沉澱法白碳黑）+結構控制劑體系(過氧化二異丙苯)，通過各組分的用量調節並根據密封部位使用工況的要求對配比進行優化調整，使得橡膠壓縮永久變形、硬度、拉伸強度、扯斷伸長率及導電屏蔽性能達到一種綜合平衡的優異效果；通過各種密封性能試驗、電磁屏蔽性能試驗考核，滿足了各類密封工況的技術要求和使用要求；
[0020](2)、本發明對導電屏蔽矽橡膠組合物的製備工藝進行了優化設計，尤其通過大量工藝試驗對硫化過程各個階段的工藝參數進行了優化，進一步提高了矽橡膠製品的性能和
質量;
[0021 ] ( 3 )、經過測定本發明製備的矽橡膠的性能達到如下指標：加入鎳粉的矽橡膠：硬度（shoreA) 65±5 ;拉伸強度≥3Pa ;拉斷伸長率≥150%;壓縮永久變形≥15%(IOO0C X48h,壓縮30%);屏蔽性能（300MHz~7GHz頻域內實測數據平均值)(dB):≥15 ;體積電阻率(Ω ·αιι)(平均值):0~100 ;加入鎳纖維的矽橡膠：硬度（shoreA)60±5 ；拉伸強度≥2MPa ;拉斷伸長率≥150% ;壓縮永久變形≤30%(100°C X48h,壓縮30% );屏蔽性能（IK~IOGHz頻域內實測數據平均值）（dB):≥30 ;體積電阻率（Ω -cm)(平均值）：O ~100 ;
[0022](4)、本發明導電屏蔽矽橡膠組合物配方能夠針對不同密封部位要求和工況使用條件進行廣泛應用，可以應用於包括航天、航空、兵器、船舶、能源等的各種特定領域和民用領域，具有廣闊的應用前景；
[0023](5)、本發明導電屏蔽矽橡膠組合物成型工藝性能優越，能夠滿足一次模壓內徑直徑超過I. 5m的〇形密封件、各類異型橡膠圈、橡膠墊，並賦予密封件具有優異的綜合平衡性能，經過測試，其密封製品最低壓縮至10%時，就可防雨水、防塵及高低氣壓。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的描述：[0025]在以下實施例中，拉伸強度、拉斷伸長率、拉斷永久變形按GB/T528測定；硬度shore A按GB/T531測定；壓縮永久變形按GB/T1683測定；導電屏蔽性能測定按GB/T2439-2001 測定。
[0026]實施例I :
[0027](I)配方(質量份）：
[0028]110-2矽橡膠膠100份，沉澱法白炭黑5份，乙炔碳黑40份，鎳粉60份，過氧化二異丙苯DCP1. 5份，耐熱添加劑三氧化二鐵3份。
[0029](2)製備過程
[0030]步驟一、將100份110-2矽橡膠、5份沉澱法白炭黑，40份乙炔碳黑、60份鎳粉、I. 5份過氧化二異丙苯和3份耐熱添加劑三氧化二鐵加入密煉機中混煉均勻並放置I天；
[0031]步驟二、將步驟(一）得到的混煉膠在硫化機中進行一段硫化處理，一段硫化溫度為160°C，一段硫化時間為lOmin，硫化壓力為15MPa。
[0032]步驟三、將一段硫化後的製品放入烘箱中進行二段硫化，二段硫化包括兩個升溫階段和一個恆溫階段，第一個升溫階段，溫度從室溫升至150°C，升溫時間為60min，第二個升溫階段溫度從150°C升至200°C，升溫時間為60min，恆溫階段在200°C恆溫4h，得到組合物製品。
[0033](3)性能測試結果：
[0034]硬度shore A68 ;拉伸強度4. 8 IMPa ;拉斷伸長率179. 2% ;扯斷永久變形2. 0% ;壓縮永久變形（100°c X48h,壓縮30% ) 13. 38% ;體積電阻率（Ω · cm)(平均值）26. 7 ;屏蔽性能（300MHz-7GHz頻域內實測數據平均值（dB) 20dB。
[0035]實施例2 ：
[0036](I)配方(質量份）：
[0037]110-2生膠100份，沉澱法白炭黑5份，乙炔碳黑40份，鎳纖維65份，過氧化二異丙苯DCP1. 5份。
[0038](2)製備過程
[0039]步驟一、將100份110-2矽橡膠、5份沉澱法白炭黑，40份乙炔碳黑、65份鎳纖維、
I.5份過氧化二異丙苯加入密煉機中混煉均勻並放置2天；
[0040]步驟二、將步驟(一）得到的混煉膠在硫化機中進行一段硫化處理，一段硫化溫度為165°C，一段硫化時間為15min，硫化壓力為15MPa。
[0041]步驟三、將一段硫化後的製品放入烘箱中進行二段硫化，二段硫化包括兩個升溫階段和一個恆溫階段，第一個升溫階段，溫度從室溫升至150°C，升溫時間為70min，第二個升溫階段溫度從150°C升至200°C，升溫時間為70min，恆溫階段在200°C恆溫5h，得到組合物製品。
[0042](3)性能測試結果：
[0043]硬度shore A60 ;拉伸強度2. 7MPa ;拉斷伸長率167% ;拉斷永久變形8% ;壓縮永久變形（％) (IOO0C X48h,壓縮30% )23 ;體積電阻率（Ω · cm)(平均值）24. 5 ;屏蔽性能(頻域範圍：1K-IOGHz)(平均值)47dB。
[0044]實施例3 ：
[0045](I)配方(質量份）：[0046]110-2生膠100份，沉澱法白炭黑10份，乙炔碳黑50份，鎳纖維35份、鎳粉30份，過氧化二異丙苯DCP2份、耐熱添加劑三氧化二鐵3份。
[0047](2)製備過程
[0048]步驟一、將100份110-2矽橡膠、10份沉澱法白炭黑，50份乙炔碳黑、35份鎳纖維、鎳30份粉、I. 5份過氧化二異丙苯、3份耐熱添加劑三氧化二鐵加入密煉機中混煉均勻並放置2天；
[0049]步驟二、將步驟(一）得到的混煉膠在硫化機中進行一段硫化處理，一段硫化溫度為160°C，一段硫化時間為lOmin，硫化壓力為lOMPa。
[0050]步驟三、將一段硫化後的製品放入烘箱中進行二段硫化，二段硫化包括兩個升溫階段和一個恆溫階段，第一個升溫階段，溫度從室溫升至150°C，升溫時間為60min，第二個升溫階段溫度從150°C升至200°C，升溫時間為60min，恆溫階段在200°C恆溫5h，得到組合物製品。
[0051](3)性能測試結果：
[0052]硬度shore A65 ;拉伸強度3. 5MPa ;拉斷伸長率150% ;拉斷永久變形7% ;壓縮永久變形（％) (IOO0C X48h,壓縮30% )23 ;體積電阻率（Ω · cm)(平均值）28 ;屏蔽性能(頻域範圍：IK-IOGHz)(平均值)35dB。
[0053]本發明實施例中室溫為15_30°C。
[0054]本發明導電屏蔽矽橡膠組合物用於製備密封件，得到密封件製品，能夠針對不同密封部位要求和工況使用條件進行廣泛應用，可以應用於包括航天、航空、兵器、船舶、能源等的各種特定領域和各種民用領域。本發明即有在高頻域（300MHz-7GHz)範圍內滿足屏蔽性能的同時滿足一般結構裝配要`求(裝配力矩範圍大、擰緊螺栓數量多且均布緊密、規格高等）和密封要求的；也有在低頻域（1K-IOGHz)範圍內滿足高屏蔽性能的同時需滿足特定結構裝配要求(裝配力矩小、擰緊螺栓數量少且均布間距大、規格低等）和密封要求的，具有較強的適用性和廣闊的應用前景。
[0055]採用典型密封結構件密封性能試驗表明：其滿足法蘭密封壓力為O. IMPa,
O.65MPa、0. 8MPa、l. 2MPa、l. 5MPa時的氣壓、水壓密封要求。
[0056]本發明的導電屏蔽矽橡膠組合物成型工藝性能優越，能夠滿足一次模壓內徑直徑超過I. 5m的〇形密封件、各類異型橡膠圈、橡膠墊並賦予密封件具有優異的綜合平衡性能，經過評估，其密封製品最低壓縮至10%時，就可防雨水、防塵及低氣壓。
[0057]在某特定領域，要求其密封製品貯存期為10年。經貯存老化壽命試驗後並衝壓(試驗壓力：1.5MPa、試驗時間：6min)試驗。試驗結果表明，滿足了其密封性能要求。
[0058]以上所述，僅為本發明最佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
[0059]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種導電屏蔽矽橡膠組合物，其特徵在於：包括如下質量份數的組份：
矽橡膠100份
沉澱法白炭黑 3-15份
乙炔碳黑30-60份
鎳粉或鎳纖維中的一種或組合 50 - 80份
過氧化二異丙苯1-3份。
2.根據權利要求1所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物，其特徵在於：還包括質量份數為2-6份的耐熱添加劑三氧化二鐵。
3.根據權利要求2所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物，其特徵在於：所述加入的耐熱添加劑三氧化二鐵的質量份數為2-4份。
4.根據權利要求1所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物，其特徵在於：所述鎳粉與鎳纖維組合使用時，鎳粉佔鎳粉與鎳纖維總質量的45-55%。
5.權利要求1所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法，其特徵在於包括如下步驟： (1)將矽橡膠、沉澱法白炭黑，乙炔碳黑、鎳粉或鎳纖維中的一種或組合、過氧化二異丙苯加入開煉機或密煉機中混煉均勻並放置I天以上； (2)將步驟（I)得到的混煉膠依次進行一段硫化處理和二段硫化處理，得到導電屏蔽矽橡膠組合物製品。
6.根據權利要求5所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法，其特徵在於：所述一段硫化溫度為155°C-165°C，一段硫化時間為IOmin-20min，硫化壓力為IOMPa-25MPa。
7.根據權利要求5所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法，其特徵在於：所述二段硫化包括兩個升溫階段和一個恆溫階段，其中第一個升溫階段溫度從室溫升至150°C-170°C，升溫時間為50min-70min ;第二個升溫階段溫度從150°C-170°C升至195°C-210°C，升溫時間為50min-70min ;—個恆溫階段為在195°C-210°C下恆溫4h-5h。
8.根據權利要求5所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物的製備方法，其特徵在於：所述步驟（I)中還加入耐熱添加劑三氧化二鐵進行混煉。
9.權利要求1所述的一種導電屏蔽矽橡膠組合物在製備密封件中的應用。
【文檔編號】C08K5/14GK103450688SQ201310316795
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月25日 優先權日:2013年7月25日
【發明者】高玉旭, 牛寶林, 趙雲峰, 李 傑, 吳福迪 申請人:航天材料及工藝研究所, 中國運載火箭技術研究院