[发明专利]一种芳纶短纤维与玄武岩短纤维定向增强的橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种芳纶短纤维与玄武岩短纤维定向增强的橡胶复合材料及其制备方法，其组分和质量百分比为：氯丁橡胶100份、增塑剂1‑10份、补强剂20‑100份、硫化剂5‑10份、芳纶短纤维1‑20份、玄武岩短纤维1‑20份、硅烷偶联剂1‑3份、防老剂1‑4份。本发明制备的复合材料硫化胶达到的力学性能为：短纤维取向沿拉伸试样方向：硬度80～85(邵A)；拉伸强度(室温)10～15MPa；拉断伸长率100～300％；撕裂强度50～60kN/m；屈挠次数为2000‑5000次；动刚度为6000‑7500N/mm。本发明制备的复合材料，工艺简单，加工性能优良，性能满足传动带使用要求。

技术领域

本发明涉及一种以氯丁橡胶为基体，配有芳纶短纤维、玄武岩短纤维定向增强的橡胶复合材料。是一种可用增强横向刚性但不影响纵向柔性的弹性体材料，可用于橡胶传动带等橡胶制品。

背景技术

带传动是机械传动重要的传动形式之一，随着工业技术水平的不断提高以及对机械设备精密化、轻量化，功能化和个性化的要求，不断向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、长寿命、低噪声、低振动、低成本、环保和紧凑化发展，其应用范围越来越广，传动形式愈来愈多。近年来，对节能、环保、舒适、安全等方面的要求越来越高，传动带使用一般补强填充剂增强橡胶远远满足不了带的使用要求，尤其是带实现线绳化、聚酯化后，带体较软，横向刚度低，加之聚酯线绳具有热收缩特性，造成带硫化时强力层线绳位移，使成品带强力层排列不整齐，严重影响了带的使用寿命。必须提高底胶的横向刚度又不影响带纵向柔性。在底胶中加入定向短纤维无疑是解决问题的最好办法。短纤维群在带压缩层中是按横向定向，这样可明显提高带的横向刚度和承受侧面压力的作用，使载荷更均匀地分布在全部强力层上，以提高带的动态力学性能，从而弥补线绳结构带横向刚度差的不足。还可以有效地防止带外表面的早期破坏和提高耐磨性能。同时也增加了带与槽轮的抓着力和降低传动中的嗓音。在带伸长层和压缩层中同时实施短纤维复合，具有减小噪音、跳跃、振动和抖动的效应。

芳纶纤维是一种高强度、高模量、耐高温和耐化学介质的新一代工业纤维，用于弹性体复合材料可显著提高材料的模量和强度。由于刚性分子链形成的高结晶度、高取向的分子结构，因此对位芳纶纤维具有强度高、变形小、模量高(尺寸稳定性好)、耐化学品腐蚀和耐温性好的特点。李晓琳发明公开的一种半芳香族聚酰胺短纤维增强复合材料及其制备方法，将60-90％的干燥树脂及10-40％的半芳香族聚酰胺短纤维，在转速为500-2000rpm的高速混合机中预混2-10min，将预混物经过螺杆挤出机熔融、挤出、水浴冷却、造粒，制得半芳香族聚酰胺短纤维增强复合材料。本发明公开的半芳香族聚酰胺短纤维增强复合材料耐热性高、强度和模量显著提高，具有良好的综合性能。杜邦公司将短切芳纶纤维用于传送带和三角带，可以降低摩擦系数，减小生热和使用期间的噪音，增大传输能力且具有高模量、耐热老化、对传动辊磨损小的优势。缺点是芳纶纤维单独用于橡胶产品中成本较高、难取向、难分散，团聚的芳纶纤维容易成为应力集中点，大大降低产品使用寿命。

玄武岩纤维是一种高性能的无机硅酸盐纤维，它是将由二氧化硅、氧化铝、氧化钙和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩矿石破碎后加入池窑中，在1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板快速拉制而成，与芳纶、超高分子聚乙烯纤维等其它高性能纤维相比，玄武岩纤维具有许多独特的优点，如力学性能较好、耐高温、可在-269～650℃范围内连续工作，耐酸碱，吸湿性低，此外还有绝缘性好、绝热隔音性能、良好的透波性等优点。周少锋发明公开的一种耐磨长玄武岩纤维增强PA6复合材料及其制备方法，所述复合材料由下列重量百分比的原料制备而成，1-20wt％的固体润滑剂、10-40wt％的长玄武岩纤维、35-87wt％的PA6母粒以及2-5wt％的加工助剂，所述加工助剂为硅烷偶联剂或/和热稳定剂。制备的耐磨长玄武岩纤维增强PA6复合材料在力学性能和摩擦性能两方面具有更均衡的综合性质，耐磨能力强，综合性能优，使用寿命长，制备方法简单高效，易于工业化生产，具有推广价值。目前将芳纶短纤维与玄武岩纤维并用后增强复合材料的研究未见报道。玄武岩纤维比芳纶纤维价格便宜十几倍，在橡胶基体中易于分散和取向，将玄武岩纤维与芳纶纤维并用后补强橡胶复合材料是前景发展较好的方向。