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橡膠工業(yè)l 994年第41卷尼龍和聚酯短纖維新預(yù)處理方法及其對(duì)復(fù)合材料性能影響√張立群周彥豪李東紅者東梅陸熙瑜黃毅張宇東～——(北京化工學(xué)院．100029) ．矽D．摘要X’,t~Jt、聚酯短奸維幾種疆處理方法進(jìn)行比較和優(yōu)化提出種新、有效短野維預(yù)處理方法分析出較了預(yù)處理方法對(duì)尼龍、聚酯短纖維膠料分散度、長(zhǎng)度保持率混煉功率、物理性能及溶脹性能影響．認(rèn)采用新疆處理方法處理短奸維．其復(fù)臺(tái)材料各項(xiàng)性能均佳．短纖維與橡膠問獲得較好粘合效同時(shí)提出用樸強(qiáng)園子來定量評(píng)價(jià)疆處理效及粘合效方法關(guān)-調(diào)；攀復(fù)合材料堅(jiān)法t粘舍性穰瑯．滯魯體砰堆1 前言短纖維真正應(yīng)用于橡膠制品生產(chǎn)始于70年代目前短纖維橡膠復(fù)合材料(英文縮寫SFRC)幾乎應(yīng)用于所有橡膠制品生產(chǎn)我國(guó)也已V帶、無級(jí)變速帶、輸水膠管、吸引膠管和礦工帽等制品應(yīng)用并取得了較大進(jìn)展自從短纖維開始橡膠制品應(yīng)用人們對(duì)短纖維預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了斷探索對(duì)短纖維進(jìn)行預(yù)處理有效增強(qiáng)短纖維與橡膠間粘合改善短纖維橡膠分散性能提高纖維混煉長(zhǎng)度保持率等目前已經(jīng)商品化預(yù)處理短纖維主要美國(guó)Santoweb系列短纖維(國(guó)外sFRc制品生產(chǎn)廠家大都采用國(guó)引進(jìn)SFRC 生產(chǎn)技術(shù)時(shí)外方般也要求使用其價(jià)格3250美元／噸)我國(guó)已于1 992年通過了由石化總公司鑒定預(yù)處理短纖維共沉膠技術(shù)：本項(xiàng)工作通過對(duì)共沉膠等預(yù)處理方法進(jìn)行比較．提出種新短纖維預(yù)處理方法并同Santoweb—D 短纖維進(jìn)行了對(duì)比同時(shí)提出用補(bǔ)強(qiáng)園子來定量評(píng)價(jià)預(yù)處理效和粘．．箍霉呈學(xué)院材料科學(xué)工程系5l9合水平概念2 實(shí)驗(yàn)2．1 原材料生膠：國(guó)產(chǎn)天橡膠煙片1 (NR)、氯丁橡膠IZO(CR)、丁苯橡膠15o0(SBR)短纖維用尼龍長(zhǎng)絲(直徑20~m)和聚酯長(zhǎng)絲(直徑23 m)切割成357ram 長(zhǎng)餉短纖維}San—toweb—D 由美國(guó)孟山都公司提供(其長(zhǎng)徑比130)短纖維處理劑；液體w 粘合劑(自制)；20 PR粘臺(tái)劑由2o Pexul即26雙(24二羥基苯基甲基)4氯苯酚氨水溶液與30 RFL配得；天膠乳；氯丁膠乳；丁苯膠乳；粘合劑RS／RH(2．7／6．4)}直粘劑H／R／H(1．6／2．5／5)2．2 配方①SBR 100,氧化鋅5；硬脂酸2；促進(jìn)劑D 0．5；促進(jìn)劑DM 1．5；防老劑RD 1．0；硫黃2；純短纖維20②CR 100’氧化鋅5；硬脂酸0．5；氧化鎂4；純短纖維20③NR 100 1氧化鋅5；硬脂酸2；促維普資訊http://www.cqvip.com 第3期張立群等．尼龍和聚酯短纖維新預(yù)處理方法及其對(duì)復(fù)合材料性能影響133 進(jìn)劑NOBS 0．7；促進(jìn)劑DM 0·9；防老劑RD 1．5；石蠟1．5；硫黃2．1；純短纖維20 2．3 短纖維預(yù)處理方法短纖維預(yù)處理方法有：L法、LB法、LF 法(分別膠乳、腔乳加固體粘合劑、膠乳加液體粘合劑采用共沉膠技術(shù)處理)、混煉時(shí)直接加粘舍劑法、D法(新預(yù)處理方法處理時(shí)輔料、粘合劑、短纖維等特別處理器處理6rain取出干燥即得均勻粒狀預(yù)處理短纖維) 用D法處理尼龍短纖維時(shí)采用w 粘合劑處理聚酯短纖維時(shí)采用PR 粘合劑具體實(shí)施方法見參考文獻(xiàn)l 22．4 加工工藝使短纖維能夠分散均勻混煉時(shí)先短纖維加入具有定塑性值生膠再加入其配合劑取向時(shí)0．5ram 輥距下混煉膠薄通1ram 輥距下對(duì)折貼合再2ram 輥距下對(duì)折下片圖l所示L T．L T．圖1 試樣取向示意圖(虛線纖維方向) 2．5 纖維分散度測(cè)定混煉過程隨機(jī)取混煉膠0．5g置于聚酯薄膜間熱壓機(jī)上(100~C)熱壓1 rain (壓力4．9MPa)觀測(cè)熱壓膠片纖維微團(tuán)數(shù)和平均尺寸此表征纖維分散度微團(tuán)尺寸越小數(shù)越少表明分散程度越好2．6 纖維長(zhǎng)度保持率測(cè)定混煉膠甲苯溶劑浸泡48 h涂于載玻片上讀數(shù)顯微鏡下觀測(cè)100根纖維長(zhǎng)度即得短纖維長(zhǎng)度保持率數(shù)值2．7 混煉特性測(cè)試用Brabender塑性計(jì)測(cè)定短纖維混煉膠料混煉特性2．8 拉伸性能測(cè)試、用補(bǔ)強(qiáng)因子B定量評(píng)價(jià)預(yù)處理效和界面粘合水平其物理意義預(yù)處理前定體積分?jǐn)?shù)纖維試樣拉伸強(qiáng)度差值計(jì)算方法下：B = (d2亂)／( f× 100) 式B——補(bǔ)強(qiáng)因子MPa；dz——預(yù)處理短纖維SFRC(L向)拉伸強(qiáng)度MPa；——未預(yù)處理短纖維SFRC(L向) 拉伸強(qiáng)度MPa；——纖維體積百分?jǐn)?shù)處理與未處理短纖維品種、規(guī)格、用量、基質(zhì)配方必須致根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)用量20g纖維／10og生膠時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)較靠2．9 溶脹性能測(cè)試室溫下硫化膠試樣浸泡于純甲苯溶液(CR、SBR浸泡72 hNR浸泡24 h)用線性溶脹率蜀和周長(zhǎng)溶脹率E 來表征SFRC抗溶脹能力E．和丘越小表明硫化膠抗溶脹能力越強(qiáng)3 結(jié)與討論3．1 預(yù)處理方法對(duì)短纖維分散程度影響各種預(yù)處理方法對(duì)短纖維膠料分散狀況影響見表1和2從表1看出由于聚酯纖維極性小模量高易彎曲因此未經(jīng)處理聚酯短纖維普資訊http://www.cqvip.com 橡膠工業(yè)ls94年第【卷表l 聚醅短纖維-OR體系纖維分散程度分——墮注t聚醣短纖維長(zhǎng)度3ram 表2 尼龍短纖維NR逑迪宋*分散程度注-尼龍短纖維長(zhǎng)度5mm 維易分散采用D法和L法處理由于增加了纖維之間作用力因而分散性要差些允許混煉時(shí)間內(nèi)仍能完全分散從表2看出由于尼龍短纖維極性大彎曲模量低容易纏繞結(jié)團(tuán)因此耒處理尼龍短纖維NR分散性差尼龍短纖維經(jīng)L法處理由于纖維表面膠膜硬度大能改善分散狀況而經(jīng)D法處理纖維表面層較柔軟并有隔離劑作用故分散性有明顯改善Santoweb—短纖維極性較強(qiáng)CR則D法處理尼龍短纖維分散效理想3．2 預(yù)處理方法對(duì)混煉功率影響尼龍NR 體系和聚酯CR 體系Brabender混煉功率曲線見圖2(溫度70℃轉(zhuǎn)速1Or／rain)從圖2看出未處理尼龍?bào)w系混煉功率大體系均化困難L法尼龍?bào)w系混煉功率雖稍低些均化時(shí)間仍長(zhǎng)D法處理尼龍?bào)w系混煉功率低也易分散均勻D法聚酯體系混煉功率高未處理聚酯體系次之L法聚酯體系稍低于未處理聚酯體系幾種預(yù)處理短纖維SFRC混煉功率曲線規(guī)律同其分散程度基本上致時(shí)間=in 國(guó)2 預(yù)處理方法對(duì)SFRC 混煉功率影響卜未處理#2L{擊處理l 3D法處理# a尼龍NR體系橐醣cR體系3．3 預(yù)處理方法對(duì)短纖維長(zhǎng)度保持率影響短纖維終長(zhǎng)徑比決定SFRC物理性能重要因素加工過程短纖維受強(qiáng)烈剪切和拉伸作用力產(chǎn)生斷裂從而使初長(zhǎng)徑比減小各種預(yù)處理方法尼龍、聚酯短纖維2～5mm(短纖維補(bǔ)強(qiáng)長(zhǎng)度范圍)長(zhǎng)度保持率圖3所示從圖3看出L法處理尼龍和未處理尼龍長(zhǎng)度保持率都低于D法處理尼龍因D法尼龍表面有較柔軟處理劑薄膜保護(hù)并且混煉分散所需時(shí)間短緣故聚酯短纖維長(zhǎng)度保持率較高受處理方法影響較小與前維普資訊http://www.cqvip.com 第3期張立群等．尼龍l翮受酯短坪維新預(yù)處理方法及其對(duì)復(fù)合坷料性能影哺人研究結(jié)相致其原因于聚酯短纖維彎曲模量較高圍3 各種憎處理方法短纖維2～5刪長(zhǎng)度保持牢(短纖維愿長(zhǎng)Smm) 1未處理I 2L法處理I 3D法處理3．4 預(yù)處理方法對(duì)物理性能影響同預(yù)處理方法對(duì)SFRC物理性能影響見表345所示從表3看出加入尼龍短纖維管否預(yù)處理都能顯著提高NR 裹3 預(yù)處理方法對(duì)短纖維-NR復(fù)合材料物理性能影響(試樣取向L向) 注尼龍和橐醣短纖雛長(zhǎng)度均5m直粘劑RS／SFRC20 定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度栗用L法處理由于尼龍短纖維分散性和與基質(zhì)粘合性均未改善因此其SFRC拉伸強(qiáng)度提高甚小補(bǔ)強(qiáng)因子也小而用D法處理明顯提高了尼龍短纖維與基質(zhì)間粘合力和分散程度故其SFRC補(bǔ)強(qiáng)因子大物理性能佳加入直粘劑其補(bǔ)強(qiáng)因子也有較大提高說明直粘劑RS／RH對(duì)尼龍短纖維確有提高粘合效作用衰4 憎處理方法對(duì)短纖維·CR復(fù)合材料物理性能影響(試樣取向L向) 2o 定拉伸補(bǔ)強(qiáng)扯斷伸撕裂預(yù)處理方法伸應(yīng)力強(qiáng)度因子長(zhǎng)率強(qiáng)度M Pa MPa MPa kN／m 注尼龍短纖雛長(zhǎng)度5∞．聚醣短奸維長(zhǎng)度3mm從表4看出經(jīng)D法處理聚酯短纖維SFRC補(bǔ)強(qiáng)因子較各處理法高加入．哥轅毯：異維普資訊http://www.cqvip.com 橡膠工業(yè)1994年第41卷直粘劑H／R／H 使補(bǔ)強(qiáng)因子進(jìn)步提高說明D法處理聚酯短纖維PR粘臺(tái)劑與直粘劑H／R／H發(fā)生了明顯協(xié)同效應(yīng)L法、LB法、LF法處理聚酯短纖維SFRC補(bǔ)強(qiáng)因子都負(fù)值由于氯丁膠乳雜質(zhì)難清除干凈從而惡化了基質(zhì)性能所致另外共沉處理時(shí)粘臺(tái)劑流失造成粘合劑佳配比失調(diào)因此我們認(rèn)對(duì)于天膠乳和氯丁膠乳適于采用共沉膠技術(shù)處理短纖維衰5 預(yù)處理方法對(duì)短纖箍-sBR復(fù)合材料物理性能影響(試樣取向L向) 2O 定拉伸補(bǔ)強(qiáng)扯斷伸撕裂處理方法伸應(yīng)力強(qiáng)度園子長(zhǎng)率強(qiáng)度MPa 枷Pa MPa kN*m 注尼龍和褒酯檀紓維長(zhǎng)度均from 從表5看出L法、LB法處理短纖維都有定效與前人研究結(jié)相符D法處理尼龍、聚酯短纖維補(bǔ)強(qiáng)因子大上述試驗(yàn)表明尼龍和聚酯短纖維經(jīng)過良好處理與Santoweb 相比SFRC物理性能都高出許多對(duì)于同種短纖維(尼龍短纖維)經(jīng)過同種方法(D法)處理同基質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)因子同說明其與基質(zhì)問粘合效取決于基質(zhì)類型聚酯短纖維經(jīng)D法處理解決了其易粘臺(tái)問題故其SFRC補(bǔ)強(qiáng)因子和物理性能均有明顯提高3．5 預(yù)處理方法對(duì)溶脹性能影響SFRC具有強(qiáng)抗溶脹能力并且具有溶脹各向異性限于篇幅僅尼龍短纖維SFRC例進(jìn)行討論預(yù)處理方法對(duì)尼龍SFRC溶脹性能影響見表6從表6看出D 法處理尼龍SFRC 點(diǎn)和E 都小說明D法處理尼龍短纖維與基質(zhì)間產(chǎn)生了較大粘合力從而有效地限制了基質(zhì)溶脹變形尼龍-CRSFRCE．0說明短纖維取向方向上SFRC 發(fā)生溶脹點(diǎn)對(duì)于耐油制品來說非常有益衰6 預(yù)處理方法對(duì)尼龍短纖箍SFRC 溶脹性能影響注尼龍短纖維長(zhǎng)度5ram4 結(jié)論(1)采用D處理法對(duì)短纖維進(jìn)行預(yù)處理顯著改善短纖維與基質(zhì)間粘臺(tái)效及其基質(zhì)分散性同時(shí)提高短纖維長(zhǎng)度保持率D法對(duì)聚酯短纖維處理效較好維普資訊http://www.cqvip.com 第3期張立群等