一种导电秸秆橡胶复合材料及其制备方法

摘要

一种导电秸秆橡胶复合材料及其制备方法，属于木质橡胶复合材料领域。本发明的复合材料由下列重量份的原料制成：改性秸秆纤维10～30份，橡胶100～120份，导电填料5～30份。制备方法：采用偶联剂分别对改性秸秆纤维、导电填料、橡胶进行改性处理；将密炼机预热至一定温度，将橡胶放入密炼机里，塑炼至橡胶成流动状；再分别将偶联剂改性后的秸秆纤维和导电填料放入密炼机中，使三种物料在密炼机中混炼，直至物料混合均匀后，用开炼机开炼成片；最后，将陈化后的物料铺至模具后，放入平板硫化机中进行硫化成型。本发明通过对农作物秸秆进行改性，制备出秸秆橡胶复合材料；通过添加导电填料，提高复合材料的综合性能并赋予其导电性能。

权利要求

1.一种导电秸秆橡胶复合材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：改性秸秆纤维

10～30份，橡胶100～120份，导电填料5～30份，所述改性秸秆纤维为4％～9％的氢氧化钠溶液在40℃～80℃情况下处理过的农作物秸秆，所述农作物秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆或者玉米秸秆；粒径为60～120目；所述导电填料为导电石墨或者导电碳纤维，所述橡胶为天然橡胶或者合成橡胶。

2.根据权利要求1所述一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：采用偶联剂分别对改性秸秆纤维、导电填料、橡胶进行改性处理；将密炼机预热，料斗温度预设至一定温度，将100～120份的橡胶放入密炼机里，塑炼至橡胶呈流动状；再分别将

10～30份偶联剂改性后的秸秆纤维和导电填料放入密炼机中，使三种物料在密炼机中混炼，直至物料混合均匀后，用开炼机开炼3～5次并在室温下进行陈放；最后，将陈化后的物料铺至模具后，放入平板硫化机中进行硫化成型。

3.根据权利要求2所述的一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，添加量为物料质量的2％～5％。

4.根据权利要求3所述的一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述料斗温度预设至70℃～80℃。

5.根据权利要求4所述的一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：将橡胶放入密炼机里，塑炼至橡胶呈流动状的时间为3～5min。

6.根据权利要求5所述的一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：改性秸秆纤维、橡胶、导电填料在密炼机中混炼时间为5～8min。

7.根据权利要求6所述的一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述硫化成型的压力为12～13MPa，温度为145℃～160℃。

说明书

一种导电秸秆橡胶复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种橡胶复合材料及其制备方法，具体涉及一种导电秸秆橡胶复合材料及其制备方法，属于木质橡胶复合材料领域。

背景技术

[0002] 木质橡胶复合材料是近年来出现的一种新型多功能环保材料，是以木质材料与橡胶为原料，采用橡胶加工工艺制备而成的。通过利用橡胶自身的粘度和流动性使原料胶结在一起，既避免了胶黏剂的使用，又节约了生产成本而且工艺简单。对于木质橡胶复合材料而言，是一种良好的电绝缘体，为了让木质橡胶复合材料获得导电性能进而满足其在各领域的应用，我们往木质橡胶基体中添加导电填料来赋予其导电性能。由于木质橡胶复合材料中的橡胶基体结晶能力低，分子间作用力小，自由体积大，致使其强度、耐磨及疲劳等性能不高，所以需往橡胶中加入补强剂，提高橡胶的综合性能。利用碳系导电填料来提高橡胶的综合性能，同时也可以赋予木质橡胶复合材料导电性能。总的来说，这对木质橡胶复合材料多功能性能的发展十分重要。

[0003] 农作物秸秆是一种综合开发利用价值较高的可再生生物资源。多年来，我国农作物秸秆资源拥有量居世界首位，每年除去部分农作物秸秆被用为肥料、饲料、燃料等以外，还有大量的秸秆被直接焚烧或者腐烂，造成严重的资源浪费和环境污染。所以，本发明利用农作物秸秆进行粉碎、改性等步骤制成秸秆纤维，充当橡胶有机填充剂，且成本低廉，原料易得。

发明内容

[0004] 在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

[0005] 鉴于此，根据本发明的一个方面，本发明旨在提出一种导电秸秆橡胶复合材料及其制备方法，采用碳系导电填料补强秸秆橡胶复合材料，同时赋予其良好的导电性能，使其多功能化。

[0006] 方案一：一种导电秸秆橡胶复合材料，由下列重量份的原料制成：改性秸秆纤维10～30份，橡胶100～120份，导电填料5～30份。

[0007] 进一步地，所述改性秸秆纤维为4％～9％的氢氧化钠溶液在40℃～80℃情况下处理过的农作物秸秆，所述农作物秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆或者玉米秸秆；粒径为60～120目。选用生物质纤维作为橡胶的有机填充剂，充分利用生物质材料的质轻、资源丰富等特性，同时改善橡胶复合材料硬度小、收缩性大等问题，在改进复合材料工艺和降低成本；通过对秸秆纤维进行碱处理，有助于减少秸秆表面的蜡质层，增加秸秆与橡胶间的相容性。

[0008] 进一步地，所述导电填料为导电石墨或者导电碳纤维。更好地赋予了复合材料导电性。

[0009] 进一步地，所述橡胶为天然橡胶或者合成橡胶。改善天然橡胶或者合成橡胶导电性能，赋予其多功能性。

[0010] 方案二：一种导电秸秆橡胶复合材料的制备方法如下：

[0011] 采用偶联剂分别对改性秸秆纤维、导电填料、橡胶进行改性处理；将密炼机预热，料斗温度预设至一定温度，将100～120份的橡胶放入密炼机里，塑炼至橡胶呈流动状；再分别将10～30份偶联剂改性后的秸秆纤维和导电填料放入密炼机中，使三种物料在密炼机中混炼，直至物料混合均匀后，用开炼机开炼3～5次并在室温下进行陈放；最后，将陈化后的物料铺至模具后，放入平板硫化机中进行硫化成型。

[0012] 进一步地，所述偶联剂添加量为物料的2％～5％。能有效减少秸秆纤维表面的极性，改善秸秆纤维与橡胶的相容性。

[0013] 进一步地，所述料斗温度预设至70℃～80℃。使温度达到橡胶可以流动的状态。

[0014] 进一步地，将橡胶放入密炼机里，塑炼至橡胶成流动状的时间为3～5min。使橡胶呈流动状，有助于各种填料和橡胶基体进行均匀混合。

[0015] 进一步地，改性秸秆纤维、橡胶、导电填料在密炼机中混炼时间为5～8min。使改性秸秆纤维、导电填料在橡胶基体中能够充分混合，均匀分散。

[0016] 进一步地，所述硫化成型的压力为12～13MPa，温度为145℃～160℃。使压力和温度达到橡胶硫化成型的条件，制备成复合材料。

[0017] 进一步地，偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物属于一种多功能偶联剂，有助于改善秸秆纤维与橡胶基体的界面结合，间接促进橡胶的硫化，提高复合材料的力学性能。

[0018] 本发明具有以下有益效果：

[0019] 本发明提供的导电秸秆橡胶复合材料，通过对农作物秸秆进行改性，制备出秸秆橡胶复合材料；通过添加导电填料，提高复合材料的综合性能，同时还赋予其导电性能。

具体实施方式

[0020] 在下文中将对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

[0021] 实施例1

[0022] 一种导电秸秆橡胶复合材料，其由以下重量份数的原料制成：改性小麦秸秆纤维10份，合成橡胶100份，导电石墨5份；

[0023] 改性小麦秸秆为5％的氢氧化钠溶液在40℃情况下处理过的秸秆纤维，目数为60目；

[0024] 合成橡胶由下列重量份数的原料制成：天然橡胶50份，丁苯橡胶10份，顺丁橡胶40份，炭黑50份，硫磺1.5份，氧化锌4份，硬脂酸3份，防老剂2.5份，操作油5份；

[0025] 导电石墨的鳞片尺寸为0.006mm，粒径为2000目；

[0026] 所述的导电秸秆橡胶复合材料的制备方法如下：采用3％的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物分别对改性小麦秸秆纤维、导电石墨、橡胶进行改性处理；将密炼机预热，料斗温度预设至70℃，将100份的合成橡胶放入密炼机里，塑炼3min至橡胶呈流动状；接着分别将10份偶联剂改性后的小麦秸秆纤维和导电石墨放入密炼机中，使三种物料在密炼机中混炼6min，直至物料混合均匀后，用开炼机开炼3次并在室温下陈放；最后，将陈放化后的物料铺至模具后，放入平板硫化机中进行硫化成型，压力为13MPa，温度为150℃。

[0027] 实施例2

[0028] 一种导电秸秆橡胶复合材料，其有以下重量份数的原料制成：改性小麦秸秆纤维10份，合成橡胶100份，导电碳纤维10份；

[0029] 所述的导电秸秆橡胶复合材料的制备方法如下：采用4％的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物分别对改性小麦秸秆纤维、导电碳纤维、橡胶进行改性处理；将密炼机预热，料斗温度预设80℃，将100份的合成橡胶放入密炼机里，塑炼3min至橡胶成流动状；接着分别将10份偶联剂改性后的秸秆纤维和导电碳纤维放入密炼机中，使三种物料在密炼机中混炼7min，直至物料混合均匀后，用开炼机开炼4次并在室温下进行陈放；最后，将陈化后的物料铺至模具后，放入平板硫化机中进行硫化成型，压力为12MPa，温度为150℃；

[0030] 改性小麦秸秆为5％的氢氧化钠溶液在40℃处理过的秸秆纤维，目数为60目；

[0031] 导电碳纤维的电阻率为14μΩ·m，粒径为200目；

[0032] 合成橡胶由下列重量份数的原料制成：天然橡胶50份，丁苯橡胶10份，顺丁橡胶40份，炭黑50份，硫磺1.5份，氧化锌4份，硬脂酸3份，防老剂2.5份，操作油5份；

[0033] 对实施例1、2所述导电秸秆橡胶复合材料进行性能测试，测试结果如下，其中对比样品为未添加导电填料的秸秆橡胶复合材料的测试结果：

[0034]测试项目 单位 对比样品结果 实施例1结果 实施例2结果
导电率 S/cm 5.59E-03 8.80E-03 1.27E-02

[0035] 通过表格，可以发现，通过添加碳系导电填料复合材料的导电性能得到了不同程度的提高。

[0036] 虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。