[发明专利]一种芳纶纤维增强橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶复合材料制备技术领域，具体涉及一种芳纶纤维增强橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的、以微观或宏观的形式复合而组成的多相材料。因单纯的天然橡胶或合成橡胶，不论是未硫化生胶还是硫化胶，其物理机械性能很差难以满足使用的要求。因此，提高纤维性能，将纤维复合化是橡胶材料发展的必然趋势之一。

我国是橡胶工业生产大国，轮胎、输送带、胶管等纤维/橡胶复合材料是重要的军民两用产品，而高性能纤维是橡胶制品的理想骨架材料，但目前高性能纤维在橡胶制品中的应用仍未普及。而影响纤维在橡胶制品中应用的主要因素为纤维在橡胶基质中的取向、分散以及纤维与橡胶基质之间的界面粘合水平。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种芳纶纤维增强橡胶复合材料的制备方法，使得纤维在橡胶基质中分散更加均匀，且进一步提高了纤维与橡胶基质的界面粘合水平。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种芳纶纤维增强橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将芳纶纤维切成13mm小段，用丙酮超声清洗2h，烘干，用质量浓度0.1％的KOH水溶液在室温下超声浸渍芳纶纤维20min，过滤后将芳纶纤维加入到环氧树脂/端羟基液体聚异戊二烯橡胶的甲苯溶液中，其中端羟基液体聚异戊二烯橡胶含量为m(端羟基液体聚异戊二烯橡胶)/m(芳纶纤维)＝41.7/100，环氧树脂含量为m(环氧树脂)/m(芳纶纤维)＝16.7/100，超声处理20min，放入95℃烘箱中干燥1h，再放入140℃烘箱中干燥4h，取出，在100℃的水中浸泡1h，烘干后待用；

步骤二：将天然橡胶NR在开炼机上塑炼15-20min，静置8h以上，以消除天然橡胶NR内部的轴向应力；

步骤三：按以下重量份数进行配料：天然橡胶NR100份、芳纶纤维5份、氧化锌3份、硬脂酸2份、促进剂NS1.2份、防老剂RD1.5份、防老剂4010NA1.5份、白炭黑30份、硫磺1.2份；将天然橡胶NR加入开炼机中进行混炼，待天然橡胶NR包辊后加入其他配料，加料顺序依次为氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、硫磺，最后加入芳纶纤维；

步骤四：打三角包，待纤维分散均匀后，调整辊矩，对纤维进行取向然后下片，制得混炼胶胶片；

步骤五：将混炼胶胶片放置一夜，消除轴向应力，并在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为143℃、硫化时间为20分钟。

优选的，步骤三中所述的混炼温度为30-50℃。

优选的，步骤四中辊距调整为0.5mm，并采用一次下片的取向方法，然后两次对折，制成厚度为2.0mm的混炼胶胶片。

优选的，步骤四中所述的打包三角的时间控制在10min以内。

优选的，端羟基液体聚异戊二烯橡胶相对分子质量为50000，黏度为500Pa·s。

本发明的有益效果在于：

1)芳纶纤维/橡胶复合材料将纤维与橡胶混合，并使之在橡胶基体中适当取向，以发挥短纤维的补强作用，从而有效结合了橡胶的柔性与纤维的刚性。在保证橡胶具有独特高弹性的同时，提高了橡胶的模量，使其具备高模量、高硬度、耐撕裂、耐切割、低生热、抗蠕变等一系列的优异性能，从而极大地拓宽了橡胶的使用范围。

2)在KOH的作用下，环氧树脂(EP)和端羟基液体聚异戊二烯橡胶(LIR)联合改性芳纶纤维(AF)后，AF表面接枝上了EP和LIR后，AF与基体的界面粘接得到改善。在接枝体系中，当KOH浓度为0.1％，LIR含量为m(LIR)/m(AF)＝41.7/100时，EP含量为m(EP)/m(AF)＝16.7/100时处理芳纶，可使复合材料的定伸应力和撕裂强度有最大值；EP的加入会增大复合材料的储能模量和损耗模量，纤维与橡胶基体的界面粘合得到改善。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

一种芳纶纤维增强橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：