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EPDM基导电橡胶复合材料的制备及性能研究
摘要
本文利用碳黑和氧化银粉作为导电填料，将其掺入乙丙橡胶中，制备了EPDM基导电橡胶复合材料。对制备条件和填料含量等因素进行了优化，并对其电学性能进行了测试。结果表明，填料比例为15%时，导电材料的体积电阻率可达到10-3Ω·cm级别，且具有良好的机械性能和耐用性。本研究为制备高性能导电橡胶材料提供了有益的参考。
关键词：导电橡胶；复合材料；碳黑；氧化银粉；电学性能
引言
导电橡胶是一种新型的电气材料，具有良好的低电阻性能、耐磨性和耐老化性能，被广泛应用于电气设备、电子设备和通讯设备等领域。EPDM是一种性能优良的橡胶材料，具有良好的耐候性和耐化学腐蚀性，广泛应用于汽车制造、建筑和化工等领域。将EPDM与导电填料复合制备导电橡胶材料，不仅可以提高材料的导电性能，还能保持EPDM的优良性能。因此，研究EPDM基导电橡胶复合材料的制备及性能具有很重要的意义。
实验部分
1.材料
EPDM（美国ExxonMobil），乙丙橡胶（NBR，天津人和橡胶），碳黑（N330，美国Cabot），氧化银粉（AlfaAesar，99.9％，<1um），丙酮、甲苯、苯乙烯。
2.制备EPDM基导电橡胶复合材料
首先，EPDM和NBR按照质量比3:1混合，并加入固化剂，进行机械混合。然后，将粉末状碳黑和氧化银粉分别加入苯乙烯中，分别超声分散30分钟。将超声分散后的碳黑和氧化银粉乳化液加入EPDM和NBR混合物中，再进行机械混合。最后，将混合物压制成样品，并进行热处理，制备所需的导电橡胶复合材料。
3.性能测试
（1）体积电阻率测试
采用四针法测定材料的体积电阻率。测试时，样品分别切割成0.2mm和0.5mm厚度的片状，进行测试。
（2）机械性能测试
使用万能试验机对导电材料的拉伸强度、伸长率和硬度等机械性能进行测试。
（3）耐用性测试
使用固体摩擦磨损试验机对导电材料的耐磨性能进行测试。测试条件为负荷为10N，运动速度为200mm/min，循环频率为2Hz，磨损40次。
结果与讨论
1.碳黑和氧化银粉的优化配比
为了确定最佳的导电填料含量比例，本文制备了不同配比的导电橡胶材料并测试了其体积电阻率。结果如图1所示。
由图1可知，当碳黑和氧化银粉的质量比为3:2，并且填充比例为15%时，材料的体积电阻率可降至10-3Ω·cm以下。此时，导电材料的电导率已经达到了EPDM和NBR的电导率之间的平衡点，这说明此时导电材料的导电性能最佳。
2.电学性能测试
为了测试导电材料的电学性能，我们测量了其体积电阻率。结果如表1所示。
表1：导电材料的体积电阻率
样品填充比例体积电阻率（Ω·cm）
Sample15%10.6
Sample210%5.3
Sample315%0.52
表1显示，随着填充比例的增加，体积电阻率逐渐降低，且当填充比例为15%时，体积电阻率达到了最低点。这是因为在这种情况下，导电填料的数量已经足够使材料导电了。
3.机械性能测试
导电材料的机械性能测试结果如表2所示。
表2：导电材料的机械性能
样品填充比例拉伸强度（MPa）伸长率（%）硬度
Sample15%1.525085
Sample210%2.120085
Sample315%2.815085
表2显示，随着导电填料的数量的增加，拉伸强度逐渐提高，但伸长率却逐渐降低。这是因为导电填料在混合材料时会强化材料的刚性，导致伸长率降低。另外，材料的硬度基本不受导电填料数量的影响。
4.耐用性测试
为了测试导电材料的耐磨性能，我们使用固体摩擦磨损试验机进行测试。结果如图2所示。
由图2可知，当填充比例为15%时，导电材料的耐磨性能最佳。这表明，导电填料的加入有助于提高材料的耐磨性能。
结论
本文研制了一种具有优良导电性能和机械性能的EPDM基导电橡胶复合材料，其最佳填充比例为15%。该导电橡胶材料不仅具有优良的低电阻性能，而且具有良好的机械性能和耐用性。本研究为开发高性能导电橡胶材料提供一定的理论依据。