CN112852168A - 一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其包括配制有机溶剂；将导热填料加入到有机溶剂中，得到混合液；将有机酸、带氨基的硅烷偶联剂、带乙烯基的硅烷偶联剂分别依次加入到混合液中，搅拌均匀，得到分散液；将硅橡胶加入到分散液中进行溶解，得到硅橡胶溶液；将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中分散均匀，再研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料；将硅橡胶浆料导入至模具中，充分干燥，模压硫化成型，修边，得到导热型硅橡胶复合材料。本发明制备的导热型硅橡胶复合材料具备导热系数高、热膨胀系数较低的特点，与金属材料处于同一级别，在热传导过程中能较好的配合。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道交通技术领域，尤其是涉及一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，国家的高铁、地铁等轨道交通正得到快速发展，列车在高速运行过程中，动能大、需要良好的缓冲减振装置；另一方面列车高速运行过程产热量大，引起减振元器件的老化和减振性能的衰退，因此，开发具备良好导热和减振性能的导热橡胶制品对轨道交通的正常运行具有重要意义。
高铁等轨道交通工具的运行速度很高，未经减振对各零部件的冲击力大，引起各零部件的损坏；而且发热量大，不及时散热将影响各零部件的正常运转。因此，适应于轨道交通的高导热导热型硅橡胶复合材料的应用越来越重要。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术的不足，提供一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，使得导热型硅橡胶复合材料有着导热系数高、热膨胀系数较低的特点，与金属材料处于同一级别，在热传导过程中能较好的配合。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其包括如下步骤，
配制有机溶剂；其中，所述有机溶剂包括四氢呋喃、汽油、环己烷、甲苯、乙醇、丙酮中的一种或两种以上，当有机溶剂中包含两种以上的单一溶剂时，为加快有机溶剂的配制速度，可将两种以上的单一溶剂混合进行搅拌处理；
将导热填料加入到有机溶剂中，得到混合液；其中，导热填料加入到有机溶剂中后，导热填料经超声分散或搅拌分散方式在有机溶剂中进行分散处理；
将有机酸、带氨基的硅烷偶联剂、带乙烯基的硅烷偶联剂分别依次加入到混合液中，搅拌均匀，得到分散液；
将硅橡胶加入到分散液中进行溶解，得到硅橡胶溶液；
将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中分散均匀，再研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料导入至模具中，充分干燥，模压硫化成型，修边，得到导热型硅橡胶复合材料；所得到的导热型硅橡胶复合材料具有导热系数高、热膨胀系数较低的特点，与金属材料处于同一级别，在热传导过程中能较好的配合，防止热膨胀产生变形和新的缝隙，并且其修复功能和导热性能可灵活调整，耐高温性能达到可在200℃温度下长期使用。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述带氨基的硅烷偶联剂和带乙烯基的硅烷偶联剂按重量比1:1进行配比，其中，带氨基的硅烷偶联剂和带乙烯基的硅烷偶联剂为两种反应机理完全不同的硅烷偶联剂，所述带氨基的硅烷偶联剂和带乙烯基的硅烷偶联剂复配使用后，可以使得制备得到的导热型硅橡胶复合材料形成通畅的导热通道和良好的界面结合，达到高导热和强减振的效果，具有优良的化学稳定性和电气性能，耐水、耐臭氧、耐气候老化，导热型硅橡胶复合材料的功能和硫化时间可以通过偶联剂的类型和用量以及硫化温度灵活调节，适合在轨道交通上应用。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述硅橡胶为邵氏A硬度在20～100度的甲基乙烯基硅橡胶，所述硅橡胶溶液中硅橡胶的质量分数为20％～80％；本发明中硅橡胶具有优良的化学稳定性，热分解温度较高，可室温硫化，可减少硫化过程引起碳包金属纳米颗粒的氧化和导热性能的下降；并且制备过程操作简单，能直接作为减振材料直接使用，而且是能在使用过程自动修复受损轨道交通的减振材料。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述导热填料为碳包金属纳米颗粒，具体为碳包铜、碳包铝或碳包铁纳米粒子的一种或两种以上，所述导热填料的粒径为10nm～200nm，所述导热填料的总重量为硅橡胶重量的5％～50％。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述有机酸为醋酸、柠檬酸中的一种或两种，所述有机酸的重量为导热填料总重量的0.001％～1％。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述带氨基的硅烷偶联剂可以为硅烷偶联剂KH-550、道康宁Z-6011、A-1110或KBM-602中的一种或两种以上，所述带氨基的硅烷偶联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述带乙烯基的偶联剂可以为硅烷偶联剂KH-570、道康宁Z-6030、A-174或KBM-503中的一种或两种以上，所述带乙烯基的偶联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述硫化剂为双2，5硫化剂，所述硫化剂的重量为硅橡胶重量的0.5％～5.0％，通过选用不同重量的硫化剂能调整导热型硅橡胶复合材料在制备过程中硅橡胶的硫化性能和减振性能。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述交联剂可以为对苯二甲醛或均苯三甲醛中的一种或两种，所述交联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％，且所述交联剂的重量与带氨基的硅烷偶联剂的重量相同。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中分散均匀，再研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料的方法，具体操作为：
将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中，在超声功率为500w～1500w条件下经超声分散10～120min，再通过高剪切分散机或球磨机研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料；其中，当选用高剪切分散机时，高剪切分散机的转速为1000～15000r/min，高剪切分散机的研磨时间为2h～24h；当选用球磨机时，球磨机的转速20～200r/min，球磨机的研磨时间2h～24h。
或将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中并通过搅拌方式分散均匀，再通过高剪切分散机或球磨机研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料。
上述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，优选的，所述将硅橡胶浆料导入至模具中，充分干燥，模压硫化成型，修边，得到导热型硅橡胶复合材料的方法，具体操作为：
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中；
将模具放入至干燥装置中进行干燥处理，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；其中，将模具放入至干燥装置中进行干燥处理可以有效除去硅橡胶浆料中的有机溶剂，干燥装置为真空干燥箱，干燥温度为0～60℃，干燥时间为8h；
将干燥未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料进行硫化处理，修边，得到导热型硅橡胶复合材料；其中，可在室温环境下对干燥未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料进行硫化处理，此时，硫化时间为120～180min；也可以将干燥未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料放置平板硫化机上进行硫化处理，此时，平板硫化机的硫化压力为5～20MPa，平板硫化机的硫化温度0～60℃，平板硫化机的硫化时间为3～20min。
与现有技术相比，本发明一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法具有以下优点：
导热系数高，热膨胀系数较低，与金属材料处于同一级别，在热传导过程中能较好的配合，防止热膨胀产生变形和新的缝隙，并且其修复功能和导热性能可灵活调整，耐高温性能达到可在200℃温度下长期使用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
将10g平均粒径为100nm的碳包铜纳米粒子加入100g四氢呋喃中，在超声功率为1000W的条件下经超声分散30min，得到混合液；
加入0.02g醋酸至混合液中，搅拌分散，同时在搅拌状态下，分别加入0.02g硅烷偶联剂KH-570和0.02g硅烷偶联剂KH-550，保持搅拌20min，得到四氢呋喃分散液；
将40g甲基乙烯基硅橡胶溶解在上述四氢呋喃分散液中，配制成硅橡胶溶液；
分别将1.5g双2，5硅橡胶硫化剂和0.02g对苯二甲醛加入至硅橡胶溶液中并通过搅拌方式分散均匀，再在高剪切分散机中研磨24h，得到导热填料分散均匀的硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中，放入真空干燥箱常温下干燥，干燥时间8h，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；
将干燥后未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料放于室温下硫化，时间为120min，经修边即得导热型硅橡胶复合材料产品。
实施例2
将6g平均粒径为80nm的碳包铜纳米粒子加入100g环己烷中，在超声功率为1200W的条件下经超声分散30min，得到混合液；
加入0.015g柠檬酸至混合液中，搅拌分散，同时在搅拌状态下，分别加入0.015g硅烷偶联剂KBM-503和0.015g硅烷偶联剂KBM-602，保持搅拌20min，得到环己烷分散液；
将30g甲基乙烯基硅橡胶溶解在上述环己烷分散液中，配制成硅橡胶溶液；
分别将0.6g双2，5硅橡胶硫化剂和0.015g对苯二甲醛加入至硅橡胶溶液中并通过搅拌方式分散均匀，再在球磨机中研磨2h，得到导热填料分散均匀的硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中，放入真空干燥箱常温下干燥，干燥时间8h，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；
将干燥后未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料放于室温下硫化，时间为150min，经修边即得导热型硅橡胶复合材料产品。
实施例3
将3g平均粒径为100nm的碳包铝纳米粒子加入100g四氢呋喃中，在超声功率为1200W的条件下经超声分散40min，得到混合液；
加入0.01g醋酸至混合液中，搅拌分散，同时在搅拌状态下，分别加入0.01g硅烷偶联剂Z-6030和0.01g硅烷偶联剂Z-6011，保持搅拌20min，得到四氢呋喃分散液；
将30g甲基乙烯基硅橡胶溶解在上述四氢呋喃分散液中，配制成硅橡胶溶液；
分别将0.45g双2，5硅橡胶硫化剂和0.01g对苯二甲醛加入至硅橡胶溶液中并通过搅拌方式分散均匀再在球磨机中球磨24h，得到导热填料分散均匀的硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中，放入真空干燥箱常温下干燥，干燥时间8h，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；
将干燥后未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料放在平板硫化机上硫化，硫化压力为20MPa，时间为120min，经修边即得导热型硅橡胶复合材料产品。
实施例4
将1.5g平均粒径为120nm的碳包铝纳米粒子加入100g汽油中，在超声功率为1000W的条件下经超声分散30min，得到混合液；
加入0.01g醋酸至混合液中，搅拌分散，同时在搅拌状态下，分别加入0.01g硅烷偶联剂A-174和0.01g硅烷偶联剂A-1110，保持搅拌20min，得到汽油分散液；
将30g甲基乙烯基硅橡胶溶解在上述汽油分散液中，配制成硅橡胶溶液；
分别将0.6g双2，5硅橡胶硫化剂和0.01g对苯二甲醛加入至硅橡胶溶液中并通过搅拌方式分散均匀，再在球磨机中研磨20h，得到导热填料分散均匀的硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中，放入真空干燥箱常温下干燥，干燥时间8h，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；
将干燥后未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料放于室温下硫化，时间为180min，经修边即得导热型硅橡胶复合材料产品。
将实施例1～4制备得到的导热型硅橡胶复合材料进行综合性能测试，并编号为1、2、3、4，所得结果如表1所示：
表1导热型硅橡胶复合材料的综合性能
由表1可以看出：采用本发明一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法制备出的导热型硅橡胶复合材料具有导热系数高，热膨胀系数较低的特点，与金属材料处于同一级别，在热传导过程中能较好的配合，防止热膨胀产生变形和新的缝隙。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
配制有机溶剂；
将导热填料加入到有机溶剂中，得到混合液；
将有机酸、带氨基的硅烷偶联剂、带乙烯基的硅烷偶联剂分别依次加入到混合液中，搅拌均匀，得到分散液；
将硅橡胶加入到分散液中进行溶解，得到硅橡胶溶液；
将硫化剂及交联剂加入到硅橡胶溶液中分散均匀，再研磨至导热填料在硅橡胶溶液中分散均匀，得到硅橡胶浆料；
将硅橡胶浆料导入至模具中，充分干燥，模压硫化成型，修边，得到导热型硅橡胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述带氨基的硅烷偶联剂和带乙烯基的硅烷偶联剂按重量比1:1进行配比。
3.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述硅橡胶为邵氏A硬度在20～100度的甲基乙烯基硅橡胶，所述硅橡胶溶液中硅橡胶的质量分数为20％～80％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述导热填料为碳包金属纳米颗粒，所述导热填料的粒径为10nm～200nm，所述导热填料的总重量为硅橡胶重量的5％～50％。
5.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述有机酸为醋酸、柠檬酸中的一种或两种，所述有机酸的重量为导热填料总重量的0.001％～1％。
6.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述带氨基的硅烷偶联剂可以为硅烷偶联剂KH-550、道康宁Z-6011、A-1110或KBM-602中的一种或两种以上，所述带氨基的硅烷偶联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％。
7.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述带乙烯基的偶联剂可以为硅烷偶联剂KH-570、道康宁Z-6030、A-174或KBM-503中的一种或两种以上，所述带乙烯基的偶联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％。
8.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述硫化剂为双2，5硫化剂，所述硫化剂的重量为硅橡胶重量的0.5％～5.0％。
9.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为对苯二甲醛或均苯三甲醛中的一种或两种，所述交联剂的重量为导热填料总重量的0.1％～5％，且所述交联剂的重量与带氨基的硅烷偶联剂的重量相同。
10.根据权利要求1所述的一种适用于轨道交通的导热型硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤将硅橡胶浆料导入至模具中，充分干燥，模压硫化成型，修边，得到导热型硅橡胶复合材料的方法，具体操作为：
将硅橡胶浆料均匀导入至模具中；
将模具放入至干燥装置中进行干燥处理，获得半成品导热型硅橡胶复合材料；
将干燥未硫化的半成品导热型硅橡胶复合材料进行硫化处理，修边，得到导热型硅橡胶复合材料。
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| CN102153955A (zh) * | 2010-11-23 | 2011-08-17 | 广东工业大学 | 一种使用玻璃纤维网作为支撑结构的导热贴片的制备方法 |
| CN105524469A (zh) * | 2014-11-27 | 2016-04-27 | 比亚迪股份有限公司 | 一种导热胶料及其制备方法和应用 |
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