CN103539969A

CN103539969A - 一种橡胶/乙炔炭黑导电材料及其制法与应用

Info

Publication number: CN103539969A
Application number: CN201210235402.0A
Authority: CN
Inventors: 古菊; 黄凯波; 贾德民
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Shanghai Gongjing Xinwei Electronic Materials Co ltd
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN103539969B

Abstract

本发明公开了一种橡胶/乙炔炭黑导电材料及其制法与应用。以重量份计，本发明的橡胶/乙炔炭黑导电复合材料由100份橡胶，2～20份乙炔炭黑，0～10份改性剂，0.5～5份硫化剂组成。本发明复合材料的制备方法简单，能利用现有的橡胶加工方法和设备，易操作控制；所得导电复合材料导电性能稳定，且能有效防止喷霜现象的发生；在保持导电性能的前提下具有良好的力学性能和优异的耐老化性能。

Description

一种橡胶/乙炔炭黑导电材料及其制法与应用

技术领域

本发明涉及导电复合材料技术领域，具体是涉及基于激光打印机充电辊/显影辊的橡胶/乙炔炭黑导电材料的制备方法与性能。

背景技术

一般橡胶本质上是绝缘体，体积电阻大于10¹⁴Ω左右，但橡胶在塑炼、压延或者涂胶等过程中容易产生静电。而这产生的静电可能会影响到整个仪器的使用，甚至某些橡胶制品在使用中因摩擦带电会产生电火花而引起火灾或***。因此，使用能够给予导电性的导电橡胶制品可以解决橡胶带静电的影响。导电橡胶是填充型导电高分子材料中的一大类。它主要是将导电性材料与橡胶混合，从而赋予橡胶一定的导电性。随着导电性和其他性能的改善，导电橡胶以各种形式应用于电子工业中，如高压电缆的被覆材料，电磁屏蔽材料和电极材料等。与金属导体相比，导电橡胶柔软，耐腐蚀，低密度，高弹性，可选择的电导率范围宽，加工性好，价格比较便宜，因此得到广泛使用。按复合材料的导电性能分类：可分为半导电性材料（ρv>10⁷Ω·cm），防静电材料（ρv=10⁴—10⁷Ω·cm），导电材料（ρv<10⁴Ω·cm），高导电性材料（ρv=10^-3—10^-4Ω·cm）等。本发明主要研究的是抗静电橡胶，ρv 在10⁴—10⁷Ω·cm的导电橡胶适合作为抗静电材料，其主体材料主要为NR, NBR, EPDM 和MVQ 等。抗静电性橡胶制品主要有抗静电输送带、IC 贮存箱、复印和纺织用胶辊以及抗静电胶板、胶条和鞋底等。

通常的导电橡胶是以橡胶作为基体加入导电填料使复合物获得导电功能。导电填料指的是自身具有导电功能的物质, 常用的如导电炭黑、炭纤维、金属填料，还有最新研究的采用结构型(本征型)导电高聚物作为导电填料。导电炭黑由于具有价格低,相对易加工,导电性能稳定,同时对橡胶有补强作用,能提高橡胶制品的耐磨等优异性能,因而是目前运用的最多,也是最成功的一种导电填料。本发明采用的乙炔炭黑是导电炭黑的一个品种，乙炔炭黑由于平均粒径小，比表面积大，结构性高，相比于一般的导电炭黑具有优异的导电性能,因而在导电橡胶中应用广泛。

激光打印机的核心部件是显影辊和充电辊，显影辊和充电辊工作时与纸张、油墨间会产生静电，静电的堆积会影响打印效果和使用寿命，因此胶辊需要有抗静电的功能，才能保证机器正常运行。影响胶辊导电能力的因素很多，用于显影辊/充电辊的导电橡胶主体材料和导电填料的研究和选择十分重要。目前用于胶辊的橡胶材料主要是氯醚橡胶，氯醚橡胶具有价格昂贵，加工温度高，加工困难等缺点，而且主要由日本控制，国内在橡胶充电辊和显影辊方面，均无自主知识产权技术和生产能力。因此研究具有价格优势，且具有自主知识产权，适合显影辊和充电辊的天然橡胶、丁腈橡胶为基材的导电橡胶配方，能够降低激光打印机的成本，对我国激光打印机产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种橡胶/乙炔炭黑导电材料，通过改性剂的作用，不仅减少了乙炔炭黑的使用量，而且使导电复合材料导电性能稳定，且能有效防止喷霜现象的发生；解决了现有技术中存在的喷霜问题。

本发明采用机械混炼的方法实现乙炔炭黑粒子在复合材料内部的分散，以达到形成完善的导电网络结构的目的，该方法有工艺简单、成本低、能利用现有橡胶加工工艺和设备进行等优点，分散相通常为乙炔炭黑粒子或者乙炔炭黑粒子聚集体，为物理作用。

本发明的一个目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种用于激光打印机显影辊和充电辊的橡胶/乙炔炭黑导电复合材料。

本发明的另外一个目的是在于提供该复合材料的制备方法，该方法将机械混炼与化学表面改性相结合，既能发挥机械混炼法工艺简单、成本低、易实施等优点，又使乙炔炭黑粒子经过表面改性之后，粒子分散更加均匀，降低团聚现象，从而改善了乙炔炭黑粒子形成的导电网络结构，进一步稳定导电复合材料的导电性能。

为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种橡胶/乙炔炭黑导电材料，以重量份计，组分包括：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～20

改性剂 0～10

硫化剂 0.5～5；

以及橡胶配合剂；

所述橡胶为天然橡胶、合成橡胶或并用胶；

所述橡胶配合剂为橡胶加工工艺常规橡胶配合剂，用量优选：硬脂酸2份，ZnO 5份，促进剂1～2份, 防老剂1~3份。

所述改性剂是间苯二酚与六亚甲基四胺络合物、间苯二酚、间苯二酚给予体、亚甲基给予体或硅烷偶联剂。

优选的组分含量为：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～15

改性剂 5～8

硫化剂 1～3.5

所述乙炔炭黑的相对密度1.5，表观密度0.05～0.2g/cm³。

所述硫化剂为硫磺、不溶硫或过氧化物。

本发明另一目的是提供一种橡胶/乙炔炭黑导电材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）在橡胶中加入配方中的原料和橡胶配合剂进行混炼；

（2）硫化制得导电材料；

配方为：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～20

改性剂 0～10

硫化剂 0.5～5；

所述橡胶为天然橡胶、合成橡胶或并用胶；

所述橡胶配合剂为橡胶加工工艺常规橡胶配合剂，本领域技术人员根据常识可以轻易得到橡胶配合剂的种类。优选：硬脂酸2份，ZnO 5份，促进剂1～2份,防老剂1~3份。

优选配方为：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～15

改性剂 5～8

硫化剂 1～3.5

所述的改性剂优选由间苯二酚和六亚甲基四胺经过化学反应形成的间苯二酚与六亚甲基四胺络合物，具有甲醛给予体和接受体双重功能；

本发明方法中所涉及的橡胶混炼过程及橡胶加热硫化过程皆为本技术领域的常规技术，所涉及到的工艺参数是本技术领域中所公知的，本技术领域的一般技术人员皆能较好掌握。优选硫化温度为142-170℃。

本发明另一目的是提供所述的一种橡胶/乙炔炭黑导电材料在激光打印机显影辊和充电辊中的应用。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）工艺简单，能利用现有的橡胶加工方法和设备，易操作控制；

（2）加入改性剂后，导电复合材料导电性能稳定，且能有效防止喷霜现象的发生；

（3）在保持导电性能的前提下具有良好的力学性能和优异的耐老化性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明。

实施例1

选用天然胶（NR），配方（质量比，下同）如下：NR 100，乙炔炭黑（ACET）及间苯二酚与六次甲基四胺络合物（RH）的取值见表1,为变量；硬脂酸2，ZnO 4，促进剂TMTM 1.5, 促进剂DM 0.5, 防老剂4010NA 1, 硫磺1.5。在Φ160开炼机上常温混炼，然后在25吨平板硫化机上硫化，硫化温度为143℃。表1列出了NR/ACET/RH导电复合材料硫化胶的导电性能和力学性能。从表可见，NR/ACET/RH体系随着ACET用量的增加，其硫化胶导电性能、拉伸强度有一定提高，硬度呈现上升趋势，加入RH之后，材料的导电性能有一定的下降，但是喷霜现象得到有效解决，材料拉伸强度和硬度有一定上升。其各项物理机械性能指标均显著超过纯NR硫化胶。这是由于随着ACET用量的增加，导电复合材料内部导电网络逐步完善，形成导电通路，导电性能得到提高。

表1 ：NR/ACET/RH硫化胶的导电性能和力学性能

Figure 2012102354020100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例2

橡胶选用丁腈胶(NBR)，配方如下：NBR 100，间苯二酚与六次甲基四胺络合物（RH），乙炔炭黑（ACET）为变量，硬脂酸 2，ZnO 5，促进剂CZ 1.5，促进剂DM 0.5, 防老剂4010NA 1, 硫磺2。在Φ160开炼机上常温混炼，然后在25吨平板硫化机上硫化，硫化温度170℃。

表2 ：NBR/ACET/RH硫化胶的导电性能和力学性能

由表2可见，随着ACET用量的增加，导电复合材料的导电性能和拉伸强度均得到了提高，但是与表1对比，在较小填充量的情况下，可以看出NBR/ACET/RH体系的导电性能和力学性能均不如NR/ACET/RH体系。

实施例3

橡胶选天然橡胶，配方如下：NR 100， ACET20, 间苯二酚与六次甲基四胺络合物（RH）5，不溶S变量，ZnO 5，硬脂酸2，促进剂（TMTM）1,防老剂（4010NA）1。开炼机常温混炼出片，然后在平板硫化机上硫化，硫化条件为143℃×正硫化时间（min）。表3是不同硫化剂添加量时天然橡胶/乙炔炭黑导电复合材料体系的导电性能和力学性能。可以看出不溶S用量的增加一定程度上对于复合材料的导电性能和力学性能有提高的效果，但用量过大时过度交联会破坏导电网络结构，老化（70^。C,72h）后，材料能保持较好的导电性能和力学性能。

表3 ：不同硫磺用量NR/ACET硫化胶的导电性能和力学性能

实施例4

橡胶选用天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）并用，配方如下： NR/SBR为变量，两者之和为100，乙炔炭黑（ACET）15， ZnO 5，硬脂酸 2，防老剂4010NA 1，不溶S 2。在开炼机上按常温混炼，在平板硫化机上143℃硫化。由表4可以看出橡胶并用可以显著提高复合材料的导电性能。

表4 ：NR/SBR并用导电复合材料的导电性能和力学性能

实施例5：

橡胶选用天然橡胶，配方如下：NR 100，乙炔炭黑（AECT）20，防老剂4010NA 1，促进剂CZ 1.5，促进剂DM 0.5，硅烷偶联剂KH570变量。在Φ160开炼机上混炼，然后在25吨平板硫化机上硫化，硫化温度为143℃。配方采用硅烷偶联剂KH570对乙炔炭黑进行表面改性，以减小乙炔炭黑的团聚现象，表5中列出了不同硅烷偶联剂用量对于导电复合材料导电性能和力学性能的影响，可以看出，硅烷偶联剂KH570的加入有助于提高复合材料的导电性能，一定程度上说明达到了对乙炔炭黑改性的目的。从表中可以看出，加入KH570进行改性后，导电复合材料的电阻值有显著的减小，而导电复合材料的力学性能变化不大，说明KH570对于乙炔炭黑具有较好的改性效果，可以在满足力学性能的情况下达到提高复合材料的导电性能的目的。

表5 ：KH570改性复合材料导电性能和力学性能

Claims

1.一种橡胶/乙炔炭黑导电材料，其特征在于，以重量份计，组分包括：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～20

改性剂 0～10

硫化剂 0.5～5；

以及橡胶配合剂；

所述橡胶为天然橡胶、合成橡胶或并用胶；

2.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，以重量份计，组分包括：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～15

改性剂 5～8

硫化剂 1～3.5

以及橡胶配合剂。

3.根据权利要求1或2所述的导电材料，其特征在于，所述橡胶配合剂为硬脂酸2份，ZnO 5份，促进剂1～2份, 防老剂1~3份。

4.根据权利要求1或2所述的导电材料，其特征在于，所述乙炔炭黑的相对密度1.5，表观密度0.05～0.2g/cm³。

5. 根据权利要求1或2所述的导电材料，其特征在于，所述硫化剂为硫磺、不溶硫或过氧化物。

6.一种橡胶/乙炔炭黑导电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在橡胶中加入配方中的原料和橡胶配合剂进行混炼；

（2）硫化制得导电材料；

配方为：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～20

改性剂 0～10

硫化剂 0.5～5；

7.所述橡胶为天然橡胶、合成橡胶或并用胶；

根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，配方为：

橡胶 100

乙炔炭黑 2～15

改性剂 5～8

硫化剂 1～3.5。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述橡胶配合剂为硬脂酸2份，ZnO 5份，促进剂1～2份, 防老剂1~3份。

9.权利要求1-5之一所述的一种橡胶/乙炔炭黑导电材料在激光打印机显影辊和充电辊中的应用。