一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法

摘要

本发明涉及橡胶产品制备领域，具体关于一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法；其组分包括：钝化铝粉、碳纤维交联膨胀石墨粉、陶瓷粉、萤石粉末，偶联剂、硬酯酸锌和硅酸铝镁粉末；本发明所使用的钝化铝粉相比无机氧化物具有更加优异的导热比，而且经过钝化处理以后的铝粉具备良好的绝缘性能，材料的安全性有保障；而且偶联剂表面改性后材料提高了与橡胶材料的相容性，不会对材料的机械性能产生负面影响；本发明的高导热粉体具有添加量少，制备简单，导热效果好的优点，使用的材料来源易得，成本低廉，具有非常好的应用价值。

权利要求

1.一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：14-27钝化铝粉、38-52份的碳纤维交联膨胀石墨粉、3-7份的陶瓷粉，2-8份的萤石粉末，0.1-0.8份的偶联剂、0.5-4份硬酯酸锌和5-12份的硅酸铝镁粉末；

其制备方法具体方案为：铝粉加入到80-100℃的热水中，保温反应30-90min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温150-200℃，处理1-3h，冷却至室温后将铝粉分散于异丙醇中，加入偶联剂和硬酯酸锌，沸腾回流30-60min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌30-60min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制备；

所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：按照质量份数，在160-220份的0.5-0.8mol/L盐酸中加入1.2-3.6份的表面活性剂，混合均匀后将8.4-14.8份的膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入3.2-6.8份的过硫酸钾，然后控温0-5℃，将6.3-12.8份的吡咯单体在30-60min内加入到溶液中，加入完毕后在室温条件下继续反应20-30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥后放入管式炉中，在氮气气氛下，控制升温到700-900℃，恒温炭化反应120-180min后，降温至室温，即可得到所述的碳纤维交联膨胀石墨粉。

2.根据权利要求1所述的一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或苯胺甲基三乙氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷粉平均粒径为10-20μm。

4.根据权利要求1所述的一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其特征在于：所述的铝粉的比表面积为0.5-4.5m2/g的球型铝粉。

5.根据权利要求1所述的一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为丙基奈磺酸钠或十八烷基硫酸钠或椰油基葡糖苷。

说明书

一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及橡胶产品制备领域，尤其是一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法。

背景技术

[0002] 目前橡胶产品的导热性能较差，动态工况下产生的热量会在橡胶制品内部积聚，形成局部高温，而且在使用过程中从外界传递的热量无法通过橡胶快速有效的散发出去，
从而导致橡胶制品加速老化，性能下降；如何提高天然橡胶导热性能成为一个急需解决的
问题。

[0003] CN110655698A提供了一种高导热复合橡胶，包括以下步骤：步骤1：以氨气为工作气体，对碳纤维进行等离子体处理，得改性碳纤维；步骤2：用离子液体改性纳米氧化铝，得
离子液体改性的纳米氧化铝；步骤3：将改性碳纤维、离子液体改性的纳米氧化铝分散在正
己烷溶液中，同时将橡胶生胶加入到正己烷溶液中，超声分散后，将2种溶液混合，继续超声
分散；步骤4：将混合溶液水浴搅拌去除溶剂，待溶液恒重后，加入固化剂，室温下搅拌；步骤
5：将聚合物溶液倒入模具中，在150℃真空条件下固化得高导热复合橡胶。将本发明的高导
热复合橡胶外覆于金属芯材制备的胶辊，不仅具有良好的导热性能，而且具有很好力学性
能，能够显著延长胶辊的使用寿命。

[0004] CN104403329A公开了一种导热硅橡胶，它是由下述重量份的原料组成的：铝粉3-5、石墨烯12-17、陶瓷粉2-3、碳酸锂1-2、偏钒酸铵0.4-1、抗坏血酸0.3-1、聚对苯二甲酸丁
二醇酯10-13、氟化钙2-3、1,2-二甲基咪唑1-2、氯化石蜡2-4、柠檬酸钾0.5-1、一缩二丙二
醇0.5-1、促进剂CA1-2、稀土助剂3-4、甲基乙烯基苯基硅橡胶100-108、1,1-二叔丁基过氧
化环己烷1-2，该发明的橡胶中加入了铝粉、石墨烯、陶瓷粉等，可以明显提高橡胶的导热性
能，减慢橡胶因为温度高和导热慢导致老化，延长橡胶制品的寿命，扩大了硅橡胶的使用范
围。

[0005] CN101885918A公开了一种导热硅橡胶，含有以下重量份的组分：22-25份乙烯基摩尔分数为0.03％的甲基乙烯基有机聚硅氧烷；4-5份乙烯基摩尔分数为0.05％的甲基乙烯
基有机聚硅氧烷；18-20份聚合度为1000CS甲基硅油；28-75份Al2O3；0.9-1份偶联剂；0.36-
0.4份硬酯酸锌。该发明导热硅橡胶具有高热导率、耐热性和低压缩性的优点，它的导热系
数大于3，该发明改善了辊轮的操作性和改善了脱模的物理性能。通过本发明制作的制品，
可以实现永久不变形，并且在贮存期间具有非常好的稳定性。该发明导热硅橡胶可应用于
要足够耐热性、热导率和橡胶弹性的汽车及电气、电子设备中的导热材料或散热材料。

[0006] 以上发明以及现有技术通过填充高导热填料制备导热橡胶复合材料，这种方法加工工艺简单，生产成本比较低。目前常用的导热填料根据化学成分可以分为有金属、氧化
物、氮化物及碳化合物等。这些材料的导热机理是通过导热填料在基体内部搭接形成导热
网链，从而增强复合材料的导热性能。因此，提高橡胶复合材料的导热性能需要大量加入导
热填料和增加填料的粒径，这会对橡胶复合材料的力学性造成较大损害。另外常会加入碳
化硅、氮化硼、氮化铝、碳纳米管、石墨烯等填料对材料提升导热性能很有帮助，但是此类填
料价格十分昂贵，碳化硅、氮化硼、氮化铝添加量在10%-50%，价格在300元/kg以上，其中石
墨烯、碳纳米管添加量在10%-50%，单价在2000元/kg以上；这无疑会增加导热橡胶复合材料
的成本，限制材料的应用。

发明内容

[0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法。

[0008] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0009] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：14-27钝化铝粉、38-52份的碳纤维交联膨胀石墨粉、3-7份的陶瓷粉，2-8份的萤石粉末，0.1-0.8份的偶联剂、0.5-4份硬酯
酸锌和5-12份的硅酸铝镁粉末；

[0010] 其制备方法具体方案为：铝粉加入到80-100℃的热水中，保温反应30-90min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温150-200℃，处理1-3h，冷却至室温后将铝粉分散于异
丙醇中，加入偶联剂和硬酯酸锌，沸腾回流30-60min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反
应体系中，快速搅拌30-60min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡
胶用高导热粉体的制备。

[0011] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷或苯胺甲基三乙氧基硅烷。

[0012] 所述的陶瓷平均粉粒径为10-20μm。

[0013] 所述的铝粉的比表面积为0.5-4.5m2/g的球型铝粉。

[0014] 所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：

[0015] 按照质量份数，在160-220份的0.5-0.8mol/L盐酸中加入1.2-3.6份的表面活性剂，混合均匀后将8.4-14.8份的膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入3.2-6.8份的过
硫酸钾，然后控温0-5℃，将6.3-12.8份的吡咯单体在30-60min内加入到溶液中，加入完毕
后在室温条件下继续反应20-30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥后放入管式炉中，在氮气气
氛下，控制升温到700-900℃，恒温炭化反应120-180min后，降温至室温，即可得到所述的碳
纤维交联膨胀石墨粉。

[0016] 所述的表面活性剂为丙基奈磺酸钠或十八烷基硫酸钠或椰油基葡糖苷。

[0017] 本发明的一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，本方法制备的高导热粉体以一种碳纤维交联膨胀石墨粉为主要原材料，该种材料由膨胀石墨粉和碳纤维材料交联制备而
成，在使用过程中更加容易在基体内部搭接形成导热网链，有效提高复合材料的导热性能；
另外，本发明所使用的钝化铝粉相比无机氧化物具有更加优异的导热比，而且经过钝化处
理以后的铝粉具备良好的绝缘性能，材料的安全性有保障；而且偶联剂表面改性后材料提
高了与橡胶材料的相容性，不会对材料的机械性能产生负面影响；本发明的高导热粉体具
有添加量少，制备简单，导热效果好的优点，使用的材料来源易得，成本低廉，具有非常好的
应用价值。

具体实施方式

[0018] 下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

[0019] 本实验制备的橡胶复合材料的拉伸强度和撕裂强度采用GB/T528-2009进行测试；导热性能测试采用湘潭湘仪器有限公司研发的DRL-III型热流法导热系数测定仪测定样品
的导热系数，样品厚度2mm，直径为30mm，在50℃测定得到样品的导热系数；每一样品测定三
次，然后取平均值，得到最终结果。

[0020] 实施例1

[0021] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0022] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：14钝化铝粉、38g碳纤维交联膨胀石墨粉、3g陶瓷粉，2g萤石粉末，0.1g偶联剂、0.5份硬酯酸锌和5g硅酸铝镁粉末；

[0023] 其制备方法具体方案为：铝粉加入到80℃的热水中，保温反应30min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温150℃，处理1h，冷却至室温后将铝粉分散于异丙醇中，加入偶
联剂和硬酯酸锌，沸腾回流30min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌
30min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制
备。

[0024] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

[0025] 所述的陶瓷平均粉粒径为20μm。

[0026] 所述的铝粉的比表面积为0.5m2/g的球型铝粉。

[0027] 所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：

[0028] 按照质量份数，在160g0.5mol/L盐酸中加入1.2g表面活性剂，混合均匀后将8.4g膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入3.2g过硫酸钾，然后控温0℃，将6.3g吡咯单体
在30min内加入到溶液中，加入完毕后在室温条件下继续反应20h，完成反应后过滤，洗涤，
干燥后放入管式炉中，在氮气气氛下，控制升温到700℃，恒温炭化反应120min后，降温至室
温，即可得到所述的碳纤维交联膨胀石墨粉。

[0029] 所述的表面活性剂为丙基奈磺酸钠。

[0030] 实施例2

[0031] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0032] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：22钝化铝粉、46g碳纤维交联膨胀石墨粉、5g陶瓷粉，6g萤石粉末，0.2g偶联剂、2.1份硬酯酸锌和8g硅酸铝镁粉末；

[0033] 其制备方法具体方案为：铝粉加入到90℃的热水中，保温反应60min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温180℃，处理2h，冷却至室温后将铝粉分散于异丙醇中，加入偶
联剂和硬酯酸锌，沸腾回流45min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌
50min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制
备。

[0034] 所述的偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷。

[0035] 所述的陶瓷平均粉粒径为160μm。

[0036] 所述的铝粉的比表面积为2.5m2/g的球型铝粉。

[0037] 所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：

[0038] 按照质量份数，在180g0.7mol/L盐酸中加入2.4g表面活性剂，混合均匀后将12.4g膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入4.8g过硫酸钾，然后控温3℃，将9.2g吡咯单体
在40min内加入到溶液中，加入完毕后在室温条件下继续反应25h，完成反应后过滤，洗涤，
干燥后放入管式炉中，在氮气气氛下，控制升温到800℃，恒温炭化反应150min后，降温至室
温，即可得到所述的碳纤维交联膨胀石墨粉。

[0039] 所述的表面活性剂为十八烷基硫酸钠。

[0040] 实施例3

[0041] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0042] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：27钝化铝粉、52g碳纤维交联膨胀石墨粉、7g陶瓷粉，8g萤石粉末，0.8g偶联剂、4份硬酯酸锌和5-12g硅酸铝镁粉末；

[0043] 其制备方法具体方案为：铝粉加入到100℃的热水中，保温反应90min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温200℃，处理3h，冷却至室温后将铝粉分散于异丙醇中，加入偶
联剂和硬酯酸锌，沸腾回流60min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌
60min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制
备。

[0044] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

[0045] 所述的陶瓷平均粉粒径为10μm。

[0046] 所述的铝粉的比表面积为4.5m2/g的球型铝粉。

[0047] 所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：

[0048] 按照质量份数，在220g0.8mol/L盐酸中加入3.6g表面活性剂，混合均匀后将14.8g膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入6.8g过硫酸钾，然后控温5℃，将12.8g吡咯单体
在60min内加入到溶液中，加入完毕后在室温条件下继续反应30h，完成反应后过滤，洗涤，
干燥后放入管式炉中，在氮气气氛下，控制升温到900℃，恒温炭化反应180min后，降温至室
温，即可得到所述的碳纤维交联膨胀石墨粉。

[0049] 所述的表面活性剂为椰油基葡糖苷。

[0050] 对比例1

[0051] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0052] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：3g陶瓷粉，2g萤石粉末，0.1g偶联剂、0.5份硬酯酸锌和5g硅酸铝镁粉末；混合均匀后即可完成导热粉体的制备。

[0053] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

[0054] 所述的陶瓷平均粉粒径为20μm。

[0055] 对比例2

[0056] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0057] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：38g碳纤维交联膨胀石墨粉、3g陶瓷粉，2g萤石粉末，0.1g偶联剂、0.5份硬酯酸锌和5g硅酸铝镁粉末；

[0058] 其制备方法具体方案为：于异丙醇中加入偶联剂和硬酯酸锌，沸腾回流30min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌30min，过滤后干燥，与剩余的材料混
合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制备。

[0059] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

[0060] 所述的陶瓷平均粉粒径为20μm。

[0061] 所述的碳纤维交联膨胀石墨粉制备方法如下：

[0062] 按照质量份数，在160g0.5mol/L盐酸中加入1.2g表面活性剂，混合均匀后将8.4g膨胀石墨粉加入到溶液中，搅拌条件下加入3.2g过硫酸钾，然后控温0℃，将6.3g吡咯单体
在30min内加入到溶液中，加入完毕后在室温条件下继续反应20h，完成反应后过滤，洗涤，
干燥后放入管式炉中，在氮气气氛下，控制升温到700℃，恒温炭化反应120min后，降温至室
温，即可得到所述的碳纤维交联膨胀石墨粉。

[0063] 所述的表面活性剂为丙基奈磺酸钠。

[0064] 对比例3

[0065] 一种导热橡胶用高导热粉体的制备方法，其具体方案如下：

[0066] 按照质量份数，一种导热橡胶用高导热粉体包括：14钝化铝粉、3g陶瓷粉，2g萤石粉末，0.1g偶联剂、0.5份硬酯酸锌和5g硅酸铝镁粉末；

[0067] 其制备方法具体方案为：铝粉加入到80℃的热水中，保温反应30min，然后将铝粉取出，在干燥箱中烘干后升温150℃，处理1h，冷却至室温后将铝粉分散于异丙醇中，加入偶
联剂和硬酯酸锌，沸腾回流30min后将碳纤维交联膨胀石墨粉加入到反应体系中，快速搅拌
30min，过滤后干燥，与剩余的材料混合均匀后即可完成一种导热橡胶用高导热粉体的制
备。

[0068] 所述的偶联剂为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

[0069] 所述的陶瓷平均粉粒径为20μm。

[0070] 所述的铝粉的比表面积为0.5m2/g的球型铝粉。

[0071] 本实验实施例中制备的一种导热橡胶用高导热粉体的性能采用以下方案应用到复合橡胶材料中，并检测其性能。

[0072] 首先称取100g 天然橡胶作为基体，首先将天然橡胶密炼5min，然后加入4g氧化锌、1g防老剂4010NA、2.6g硬脂酸和24g炭黑混炼10min，然后加入16g所制备的一种导热橡
胶用高导热粉体，继续混炼8min，然后加入已经称量好的3.4g硫磺和1g促进剂DTDM，开炼
20min，然后在150℃，15MPa的压力下硫化min，静置放置36h后测试。并做不加一种导热橡胶
用高导热粉体的对照实验。

[0073] 以上各个实施例中制备的高导热粉体所制备的橡胶复合材料的性能入下表所示：

[0074] 项目 拉伸强度（MPa） 撕裂强度（KN·m-1） 导热系数（W/m•K）实施例1 13.49 41.37 0.7247
实施例2 13.68 43.15 0.7455
实施例3 14.24 43.82 0.7512
对比例1 7.86 24.75 0.2457
对比例2 13.24 40.17 0.6017
对比例3 12.56 38.67 0.6571
对照实验 17.18 56.32 0.2104

[0075] 对比例5

[0076] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入8g实施例1制备的高导热粉体。

[0077] 对比例6

[0078] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入12g实施例1制备的高导热粉体。

[0079] 对比例7

[0080] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入20g实施例1制备的高导热粉体。

[0081] 对比例8

[0082] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入24g实施例1制备的高导热粉体。

[0083] 对比例9

[0084] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入28g实施例1制备的高导热粉体。

[0085] 对比例10

[0086] 按照制备复合橡胶材料的方法步骤，不同点在于加入32g实施例1制备的高导热粉体。

[0087] 实施例5-10中制备的橡胶复合材料的性能入下表所示：

[0088] 项目 拉伸强度（MPa） 撕裂强度（KN·m-1） 导热系数（W/m•K）对比例5 16.47 51.72 0.3741
对比例6 15.28 47.28 0.5824
对比例7 14.63 43.15 0.7247
实施例1 13.49 41.37 0.8428
对比例8 11.67 36.81 0.9257
对比例9 8.27 29.47 1.0146
对比例10 6.19 20.15 1.0216