一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶制造技术

本发明专利技术涉及橡胶材料领域，公开了一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶，包括下述按重量份数计的组分：乙烯基硅橡胶90~110份、气相法白炭黑40~60份、复合阻燃剂20~40份、导电剂2~4份、着色剂1~3份，硫化剂1~2份；所述复合阻燃剂为聚吡咯纳米管复合阻燃剂。聚吡咯纳米管复合阻燃剂中在制备过程中将氢氧化镁结合到聚吡咯纳米管表面，通过两者复合作用增强阻燃剂的阻燃效果，提升阻燃剂的分散性和相容性，赋予材料良好的阻燃性，同时在满足力学强度要求的情况下降低橡胶的电阻，使得橡胶具有良好的静电释放能力；制备得到的橡胶材料具有优良的阻燃性能和静电释放能力，适合于在燃料电池传输管路中应用。输管路中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶


[0001]本专利技术涉及橡胶材料领域，尤其是涉及一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶。

技术介绍

[0002]随着经济及技术发展，特别是能源危机和化石燃料造成的污染等原因，清洁能源逐渐引起了人们的关注。氢燃料电池(PEMFC)是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有零污染、噪声低、能源转化率高、耐久性好等优点，成为清洁能源领域广受关注的一类产品。
[0003]在氢燃料电池中，密封和传输管路对其稳定性、耐久性、安全性和寿命成本等具有重大影响。尤其是对于传输管路，需要在氢泄露监测、静电防护、防爆、阻燃等方面进行预防和控制，防止出现意外情况，引发安全隐患。这对传输管路的材料性能提出了很高的要求，需要材料满足阻隔性、稳定性、耐酸、阻燃等性能要求。
[0004]硅橡胶是高相对分子质量聚硅氧烷经过补强、硫化等工序制备的有机弹性体材料，硅原子上通常连有两个有机基团，如甲基、乙基、三氟丙基、苯基等，以满足不同的性能要求。但是硅橡胶本身易燃，限制了其在航空航天、电子电气等领域的应用。中国专利公开号“CN111303636A”提供一种低导热阻燃防火硅橡胶复合材料，以重量份数计，包括：甲基乙烯基硅橡胶60～80份、甲基乙烯基苯基硅橡胶20～40份、疏水型二氧化硅气凝胶粉体15～25份、金属氧化物粉末20～30份、助熔剂5～10份、交联助剂3份、气相白炭黑20～30份、羟基硅油3份、有机
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无机复配阻燃剂20～30份、抗氧剂1份；金属氧化物选自三氧化二铁、碳酸钙和二氧化锆中的一种或多种；有机
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无机复配阻燃剂选自改性季戊四醇磷酸酯和硅烷偶联剂改性的氢氧化铝的混合物；改性季戊四醇磷酸酯由三氯氧磷修饰的季戊四醇磷酸酯和氨丙基封端的二甲基硅油反应制得。该复合材料具有较好防火隔热效果和力学性能。但是这样的材料并未对硅橡胶的静电释放能力进行改进，这可能导致其在应用在传输管路的过程中由于整体电阻过高使得静电积累造成穿孔产生泄漏，影响氢燃料电池的正常工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有硅橡胶阻燃性能差、电阻高、无法释放静电的问题，提供一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶。利用复合阻燃剂在实现阻燃目的的同时增强橡胶的导电性能，配合其他加工助剂使得橡胶的阻燃和静电释放能力均满足需求。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶，包括下述按重量份数计的组分：乙烯基硅橡胶90～110份、气相法白炭黑40～60份、复合阻燃剂20～40份、导电剂2～4份、着色剂1～3份，硫化剂1～2份；所述复合阻燃剂为聚吡咯纳米管复合阻燃剂。
[0007]聚吡咯是一种导电聚合物，结构有碳碳单键和碳碳双键交替排列成的共轭结构，共轭双键中的2个π电子并没有固定在某个碳原子上，它们可以从一个碳原子转位到另一个
碳原子上，即具有在整个分子链上延伸的倾向。即分子内的π电子云的重叠产生了整个分子共有的能带，π电子类似于金属导体中的自由电子。当有电场存在时，组成π键的电子可以沿着分子链移动，因而赋予了聚吡咯导电性能。同时，在聚吡咯合成过程中生成了聚吡咯纳米管复合阻燃剂，通过其中的无机阻燃成分和聚吡咯起到良好的阻燃作用，并且不改变聚吡咯的导电性能。当聚吡咯纳米管复合阻燃剂分散在橡胶内部时，其具有良好的分散性，可以增强橡胶的导电均匀性。如果有静电电荷产生，聚吡咯纳米管复合阻燃剂可以实现快速导电，从而把静电电荷转移，减少静电积累。
[0008]作为优选，所述聚吡咯纳米管复合阻燃剂的制备方法包括以下步骤：(1)聚吡咯纳米管合成：将吡咯和掺杂剂溶解在去离子水中，然后加入氧化剂，混合反应24～36h后过滤，洗涤后在20～30℃下干燥24～48h，得到聚吡咯纳米管；(2)聚吡咯纳米管复合阻燃剂合成：将步骤(1)得到的聚吡咯纳米管分散于0.1～1mol/L的镁源溶液中，搅拌均匀后加入碱液至pH为9～10，静置反应4～8h，过滤、洗涤、干燥后得到聚吡咯纳米管复合阻燃剂。
[0009]合成聚吡咯纳米管复合阻燃剂的过程中，首先通过掺杂聚合法合成聚吡咯纳米管。聚吡咯纳米管是一种具有线形形貌的一维纳米材料，具有更高的电导率。之后再通过氢键作用使得氢氧化镁聚合在将聚吡咯纳米管的表面，一方面不改变聚吡咯纳米管的导电能力，另一方面氢氧化镁是一种效果良好的阻燃剂，可以进一步提升聚吡咯纳米管复合阻燃剂的阻燃能力。在燃烧过程中，氢氧化镁可以受热分解为氧化镁和水，吸收大量热量，减缓温度升高，同时放出的水也能够抑制烟气生成，起到阻燃、抑烟、填充三重功能，阻燃效果优良。而聚吡咯中的氮元素在燃烧过程中也可以生成不易燃的气体，减少橡胶材料与氧气的接触，碳元素在燃烧过程中可以生成致密的炭层，减少橡胶材料与燃烧处的接触。通过两者的结合将氢氧化镁结合到聚吡咯纳米管的表面，也可以增强氢氧化镁在高分子材料中的分散性与相容性，减少氢氧化镁颗粒的团聚，增强橡胶阻燃性能的改善。
[0010]作为优选，所述步骤(1)中，掺杂剂为β
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萘磺酸、甲基橙中的一种，氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、硝酸铁中的一种。更优选地，掺杂剂为甲基橙，氧化剂为氯化铁。
[0011]作为优选，所述步骤(1)中，吡咯与掺杂剂的质量比为(3～4):1。
[0012]作为优选，所述步骤(1)中，吡咯与氧化剂的物质的量之比(4～6):1。
[0013]作为优选，所述步骤(2)中，镁源溶液与聚吡咯的质量比为(200～300):1。镁源溶液的质量过大，可能会导致生成的氢氧化镁数量过多，可能导致颗粒粒径增大并降低材料的导电性能；镁源溶液的质量过小，则无法生成足够的氢氧化镁，使得当聚吡咯纳米管复合阻燃剂的阻燃性能降低。
[0014]作为优选，所述步骤(2)中，镁源溶液为氯化镁、硫酸镁、碘化镁中的一种，所述碱液为氨水。
[0015]作为优选，所述导电剂为乙炔炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨中的一种或其组合。导电剂的加入可以进一步降低橡胶材料的电阻，但是传统的导电剂加入过多，会导致硅橡胶产品的力学性能发生明显变化，如硬度过高或弹性下降等，导致其在应用在燃料电池传输管路中时易发生开裂或泄漏，因此需要限制导电剂的添加量。而聚吡咯纳米管复合阻燃剂具有良好的分散性，可以与导电剂相互补充，提供低电阻的同时使得橡胶产品可以达到力学强度要求。
[0016]作为优选，所述着色剂为二氧化钛。
[0017]作为优选，所述硫化剂为2,5
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二甲基
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2,5
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二(叔丁基过氧基)己烷。
[0018]因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)制备了聚吡咯纳米管复合阻燃剂并将其应用到硅橡胶中，在满足力学强度要求的情况下降低橡胶的电阻，使得橡胶具有良好的静电释放能力；(2)聚吡咯纳米管复合阻燃剂中在制备过程中将氢氧化镁结合到聚吡咯纳米管表面，通过两者复合作用增强阻燃剂的阻燃效果，提升阻燃剂的分散性和相容性，赋予材料良好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶，其特征是，包括下述按重量份数计的组分：乙烯基硅橡胶90~110份、气相法白炭黑40~60份、复合阻燃剂20~40份、导电剂2~4份、着色剂1~3份，硫化剂1~2份；所述复合阻燃剂为聚吡咯纳米管复合阻燃剂。2.根据权利要求1所述的一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶，其特征是，所述聚吡咯纳米管复合阻燃剂的制备方法包括以下步骤：（1）聚吡咯纳米管合成：将吡咯和掺杂剂溶解在去离子水中，然后加入氧化剂，混合反应24~36h后过滤，洗涤后在20~30℃下干燥24~48h，得到聚吡咯纳米管；（2）聚吡咯纳米管复合阻燃剂合成：将步骤（1）得到的聚吡咯纳米管分散于0.1~1mol/L的镁源溶液中，搅拌均匀后加入碱液至pH为9~10，静置反应4~8h，过滤、洗涤、干燥后得到聚吡咯纳米管复合阻燃剂。3.根据权利要求2所述的一种低电阻阻燃燃料电池传输管路用橡胶，其特征是，所述步骤（1）中，掺杂剂为β
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萘磺酸、甲基橙中的一种，氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、硝酸铁中的一种。4.根据权利要求2所述的一种低电阻阻燃燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋春雷，安忠伟，彭成强，王军成，曹有华，
申请(专利权)人：浙江丰茂科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：