[发明专利]一种高强度导电自愈合的橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度导电自愈合的橡胶复合材料及其制备方法。按质量份数计，原料配方组成为：环氧化天然橡胶100份，羧甲基壳聚糖5～15份，纳米甲壳素5～15份，碳纳米管1～5份，去离子水为200‑400份；制备时，室温下将纳米甲壳素分散液加入去离子水稀释，然后进行超声处理；将导电碳纳米管加入正在超声的纳米甲壳素分散液中，继续超声处理，加入环氧化天然橡胶胶乳，继续超声共混；加入羧甲基壳聚糖溶液和去离子水，继续超声处理；所得混合物倒入模具中进行干燥得到复合膜后，将复合膜进行热压成型，其拉伸强度为1.1‑3.5MPa，电导率为0.000033‑0.0012S/m，自愈合效率为45‑91％。

技术领域

本发明涉及一种橡胶复合材料，具体涉及一种高强度导电自愈合的橡胶复合材料及其制备方法；属于功能性高分子材料领技术领域。

背景技术

导电高分子材料由于其独特的导电性能而被广泛运用于生物医疗、软机器人和运动传感设备等领域。导电聚合物根据其结构和制备方法的不同分为本征型导电高分子材料和复合型导电高分子材料。由于本征型导电高分子材料的制备过程复杂，所以在实际运用中受到了限制。而复合型导电高分子材料通常将高导电填料，比如碳纳米管，炭黑，石墨烯或者金属等，加入聚合物基体中，使得聚合物中形成导电回路以赋予高分子材料导电性。如中国发明专利申请CN110746708A提供了一种高强度碳纳米管复合导电橡胶材料，通过超声分散将导电碳纳米管加入橡胶基体中使橡胶展现良好的导电性能。中国发明专利CN101381483B公开了一种碳纳米管-天然橡胶复合材料及其制备方法，该导电复合材料通过先将碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠配置成分散液，再与天然橡胶胶乳共混干燥制备得到导电复合材料。这些复合型导电橡胶基高分子材料虽然具有优异的导电性能，但是需要加入其它助剂协助碳纳米管的分散，并且在其实际运用中受到损害时，材料的导电通路遭受破坏，同时损害处容易产生应力集中，所以对材料的导电和力学性能将会受到造成很大伤害，从而限制导电聚合物的更大范围和更长时间的运用。

为了增强导电材料的稳定性，延长聚合物的使用寿命，导电自愈合聚合物受到越来越多人的关注。当导电高分子材料受到损害时，损害处可以自行愈合从而恢复材料原始的导电和力学性能。中国发明专利CN108586829B公布了一种导电自愈合水凝胶。通过先将制备的自愈合水凝胶浸泡于吡咯溶液中，再把水凝胶放入含有氧化剂和导电掺杂剂的水溶液中保存，从而制备得一种导电自愈合水凝胶。中国发明专利申请CN110078944A公开了一种低温抗冻导电自愈合粘韧蛋白质基水凝胶。将干酪素钠先溶解在甘油/水的混合液中，再加入聚乙烯醇得到混合液，经冷冻再解冻后得到导电自愈合凝胶。虽然这些高分子材料都具有导电自愈合性能，但是这些材料都是力学性能较差的水凝胶，并且这些导电自愈合高分子材料制备条件复杂苛刻，不利于导电自愈合高分子材料的实际运用。

因此，为了推进导电自愈合材料的使用，还需要提供一些通过简单的方式就可以制备高强度导电自愈合复合材料的方法。

发明内容

本发明旨在针对目前制备导电自愈合功能高分子材料的不足，提供一种制备方法简单，材料力学性能好，具有导电自愈合功能的高强度导电自愈合的橡胶复合材料及其制备方法，该方法能够解决目前导电自愈合材料较差力学性能的问题，促进导电自愈合橡胶复合材料的广泛运用。

本发明通过生物质填料纳米甲壳素和羧甲基壳聚糖携带导电碳纳米管在橡胶基体的特殊分散，使得复合材料具有更加优异的导电性能；由于所加入的填料和橡胶基体之间具有大量活性基团，可以形成丰富的氢键相互作用，在不需要外界刺激下，复合材料展现优异的自愈合性能，而且填料与橡胶基体之间形成的可逆氢键交联网络以及填料的补强作用，使复合材料具有高强度和模量。此外，碳纳米管的加入使复合材料具有高导电性和低逾渗阈值。本发明可制备出高强度导电自愈合复合材料；本发明制备的高强度导电自愈合材料可用于可穿戴材料和生物医疗领域，并且拓展生物质填料在导电领域的运用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高强度导电自愈合复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：