基于EPDM的导电弹性体纳米复合材料开发及其静电耗散性能研究

为解决工业领域静电积累引发的安全隐患和效率低下问题，研究人员开发了基于EPDM的导电弹性体纳米复合材料（ENCs），通过接枝聚苯胺（PANI）于海泡石（PgS）和氧化石墨烯（PgGO）的新型填料体系，实现了低表面电阻（65×103Ω/□）和超快静电半衰期（τ1/2=0.000005 s），同时兼具51 MPa拉伸强度和247%断裂伸长率，为电子设备防护提供了高性能解决方案。

　　

在电子工业快速发展的今天，静电积累已成为威胁生产安全和设备寿命的隐形杀手。从医院精密仪器到航天电子设备，仅需20伏的静电放电就能损坏电路，而1400伏足以引发爆炸。全球每年因静电导致的电子废弃物高达6000万吨，这一数字仍在持续增长。传统绝缘材料如EPDM（三元乙丙橡胶）虽具优异机械性能，但其固有绝缘特性反而加剧了静电积聚风险。如何赋予这类材料导电性，同时保持其弹性、耐热等优势，成为材料科学领域的重大挑战。

国内某研究机构（根据CRediT署名信息推测为国内团队）的创新性研究给出了突破性答案。研究人员首次将聚苯胺接枝海泡石（PgS）、聚苯胺接枝氧化石墨烯（PgGO）及二者复合填料（PgS/rGO）引入EPDM基体，通过溶液浇铸法制备出三类弹性体纳米复合材料（ENC1-3）。这项发表于《Polymer Testing》的研究，不仅实现了材料导电性与机械性能的完美平衡，更创造了τ_1/2仅0.000005秒的静电耗散纪录，为下一代抗静电材料树立了新标杆。

研究团队运用四大关键技术：1）氧化还原法制备GO和rGO；2）乳液接枝聚合构建PgS/PgGO导电填料；3）溶液浇铸结合热压成型工艺；4）多尺度表征（包括FTIR、Raman、FESEM-EDX、TGA和AFM）。通过系统优化填料比例（5-30 phr），实现了填料在EPDM基体中的均匀分散。

材料设计与表征
通过FTIR证实VTES硅烷化成功修饰海泡石表面（3625-3550 cm^-1羟基峰位移），Raman光谱显示rGO的I_D/I_G比值达1.77，表明缺陷位点增加有利于电荷传输。XRD分析发现ENC3在2θ=26°出现石墨烯特征峰（d间距3.3 ?），证实填料有序分散。

微观形貌调控
FESEM显示PgS呈现60-70 nm直径的针状结构（原始海泡石仅10-30 nm），而PgGO形成80 nm的褶皱片层。ENC3中PgS与rGO相互缠绕的独特形貌，通过AFM表面粗糙度分析（Ra=79.5 nm）证实其致密性优于纯EPDM（Ra=111 nm）。

性能突破
热稳定性提升73%（从200°C至350°C），EN2在578°C仍保持90.2%残炭率。电学性能方面，ENC3表面电阻低至65×10³Ω/□，符合ANSI导电材料标准（<10⁶Ω/□）。机械性能呈现梯度提升：ENC3拉伸强度达51.2 MPa（纯EPDM仅0.8 MPa），交联密度4.0×10^-2 mol/cm³，水接触角>90°显示优异疏水性。

这项研究通过分子设计实现了三重创新：1）创制PgS/PgGO新型导电填料；2）开发二元协同分散策略；3）建立结构-性能调控模型。其意义不仅在于解决了静电危害这一工程难题，更开辟了弹性体功能化新路径——未来可拓展至电磁屏蔽、柔性传感器等领域。正如作者指出，这种"一材多用"的特性，将显著降低电子产业防护成本，助力实现可持续发展目标。