[发明专利]一种抗静电的炭黑纤维橡胶复合材料及其制备方法、抗静电产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗静电的炭黑纤维橡胶复合材料及其制备方法、抗静电产品。

背景技术

随着我国科学技术和电子工业的高度发展，各种电子仪器、器材的制作和使用的灵敏度也不断在提高。静电是制造或者使用高灵敏度的电子仪器和电子设备必须顾虑的课题。静电可以通过不同物体(如鞋底与地板)的摩擦而产生，当电子工作人员在工作室来回走动时，常会在身上累积上万伏特的电压而不自觉(因为电流低)。但当电子产品接近静电电场的环境时，一两百伏特的静电的电场便可以对电子仪器或电子设备造成严重的影响甚至导致破坏。静电不仅会使计算机运行时出现随机故障、失误动作或运算错误，而且还可能会导致某些元器件，如CMOS、MOS电路、双级性电路等的击穿和毁坏。此外静电对计算机的外部设备也有明显的影响，带阴极射线管的显示设备，当受到静电干扰时，会引起图像紊乱，模糊不清。静电还会造成Modem、网卡、Fax等工作失常，打印机的打印不正常等故障。静电聚积后还会产生静电火花，在易燃易爆生产场所导致灾难性事故。因此，在精密仪表间和防火等级较高的场所，国家均要求进行防静电处理。能够提供一种有效的抗静电或散耗静电的产品是大家都希望的。

一般来说，工业生产场所的环境防静电物品要求的防静电材料的电阻率为10⁵～10⁹Ω.cm，抗静电要求较高的环境，如仪表场所采用的防静电处理，如防静电地板要求电阻率为10³～10⁵Ω.cm。很多使用在电子仪器和电子设备的器材都是橡胶制品(如地板、脚垫、桌面盖垫或鼠标垫)，但一般橡胶的电性能是不导电的绝缘体(电阻率为10¹¹～10¹⁵Ω.cm)，要使绝缘的橡胶材料变成导电可以在橡胶材料中加入导电材料，常用的导电物品包括金属粉末、导电炭黑和离子型的抗静电活性剂。金属粉是优秀的导电材料，但缺点是价格昂贵，也会影响橡胶的弹性和柔性，故使用不多。抗静电活性剂能使橡胶制品达到的导电率仅是10⁷～10⁶Ω.cm，不是最有效的导电材料。大部分的导电橡胶材料是使用导电炭黑制造的。用导电炭黑制成的导电橡胶的导电机理有二：(1)渗滤理论——导电材料的电导率与导电填充料的浓度有关，当导电填料达到一定量(临界体积分数)时，导电粒子在橡胶体中会形成一个导电的网络使导电率发生特变而大大提高。(2)隧道导电理论——在导电复合材料中，导电网络的导电行为并不需要粒子的直接接触来导电，而是当导电粒子间的距离接近到一定的距离时(与临界体积分数有关)，导电粒子的电子在粒子间可以通过“跃迁”而导电。综合以上的导电机理，可以得到的总结是：导电粒子在橡胶体中浓度越大，橡胶导电性越强，导电粒子需要达到一定量才能达到橡胶导电性的“临界体积分数”，按理论计算，如果用一般的导电炭黑制造电阻在10³～10⁵Ω.cm的防静电导电橡胶，导电炭黑用量的体积需能达到整个橡胶复合体的35％～40％才可。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种新工艺来制造含炭黑的导电材料，新工艺可以在使用小量的导电炭黑的情形下能够生产高效能导电水平的材料。

本发明通过下述技术方案实现：

一种抗静电的炭黑纤维橡胶复合材料，所述复合材料由下列重量百分比的组分制成：纤维70～92％、阳离子化导电炭黑粒子3～25％、乳胶2～8％、配合剂0.1～1％；上述各组分重量百分比之和为100％。

进一步地，所述阳离子化导电炭黑粒子的电荷电位＞25mv。

一种抗静电的炭黑纤维橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)选用导电炭黑粒子并对粒子进行阳离子化，得阳离子炭黑粒子；将纤维充分开松分散及纤维化，并稀释成浆料；

(2)向所述浆料中加入制得的阳离子炭黑粒子，使其能覆盖于纤维表面；

(3)再向步骤(2)所得物质中加入乳胶和配合剂，并使乳胶和配合剂充分接触纤维；

(4)接着向步骤(3)所得物质中加入絮凝剂使其完全絮凝；

(5)对步骤(4)所得物质进行脱水干燥并辊压至预定密度，即得产品。

进一步地，所述导电炭黑粒子为乙炔炭黑、导电炉黑或导电槽黑。

再进一步地，所述导电炭黑粒子的粒径≤100nm，其阳离子化后，电荷电位＞25mv。

具体地，所述纤维为植物纤维或合成纤维。

具体地，所述配合剂为硫化剂、防老剂、分散剂或絮凝剂中的一种或多种。