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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處理方法及其對復合材料性能影響√張立群周彥豪李東紅者東梅陸熙瑜黃毅張宇東~——(北京化工學院.100029) .矽D.摘要X’,t~Jt、聚酯短奸維幾種疆處理方法進行比較和優(yōu)化提出種新、有效短野維預處理方法分析出較了預處理方法對尼龍、聚酯短纖維膠料分散度、長度保持率混煉功率、物理性能及溶脹性能影響.認采用新疆處理方法處理短奸維.其復臺材料各項性能均佳.短纖維與橡膠問獲得較好粘合效同時提出用樸強園子來定量評價疆處理效及粘合效方法關(guān)-調(diào);攀復合材料堅法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)我國也已V帶、無級變速帶、輸水膠管、吸引膠管和礦工帽等制品應(yīng)用并取得了較大進展自從短纖維開始橡膠制品應(yīng)用人們對短纖維預處理技術(shù)進行了斷探索對短纖維進行預處理有效增強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度保持率等目前已經(jīng)商品化預處理短纖維主要美國Santoweb系列短纖維(國外sFRc制品生產(chǎn)廠家大都采用國引進SFRC 生產(chǎn)技術(shù)時外方般也要求使用其價格3250美元/噸)我國已于1 992年通過了由石化總公司鑒定預處理短纖維共沉膠技術(shù):本項工作通過對共沉膠等預處理方法進行比較.提出種新短纖維預處理方法并同Santoweb—D 短纖維進行了對比同時提出用補強園子來定量評價預處理效和粘..箍霉呈學院材料科學工程系5l9合水平概念2 實驗2.1 原材料生膠:國產(chǎn)天橡膠煙片1 (NR)、氯丁橡膠IZO(CR)、丁苯橡膠15o0(SBR)短纖維用尼龍長絲(直徑20~m)和聚酯長絲(直徑23 m)切割成357ram 長餉短纖維}San—toweb—D 由美國孟山都公司提供(其長徑比130)短纖維處理劑;液體w 粘合劑(自制);20 PR粘臺劑由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;促進劑D 0.5;促進劑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處理方法及其對復合材料性能影響133 進劑NOBS 0.7;促進劑DM 0·9;防老劑RD 1.5;石蠟1.5;硫黃2.1;純短纖維20 2.3 短纖維預處理方法短纖維預處理方法有: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)、混煉時直接加粘舍劑法、D法(新預處理方法處理時輔料、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處理短纖維) 用D法處理尼龍短纖維時采用w 粘合劑處理聚酯短纖維時采用PR 粘合劑具體實施方法見參考文獻l 22.4 加工工藝使短纖維能夠分散均勻混煉時先短纖維加入具有定塑性值生膠再加入其配合劑取向時0.5ram 輥距下混煉膠薄通1ram 輥距下對折貼合再2ram 輥距下對折下片圖l所示L T.L T.圖1 試樣取向示意圖(虛線纖維方向) 2.5 纖維分散度測定混煉過程隨機取混煉膠0.5g置于聚酯薄膜間熱壓機上(100~C)熱壓1 rain (壓力4.9MPa)觀測熱壓膠片纖維微團數(shù)和平均尺寸此表征纖維分散度微團尺寸越小數(shù)越少表明分散程度越好2.6 纖維長度保持率測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100根纖維長度即得短纖維長度保持率數(shù)值2.7 混煉特性測試用Brabender塑性計測定短纖維混煉膠料混煉特性2.8 拉伸性能測試、用補強因子B定量評價預處理效和界面粘合水平其物理意義預處理前定體積分數(shù)纖維試樣拉伸強度差值計算方法下:B = (d2亂)/( f× 100) 式B——補強因子MPa;dz——預處理短纖維SFRC(L向)拉伸強度MPa;——未預處理短纖維SFRC(L向) 拉伸強度MPa;——纖維體積百分數(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)實驗結(jié)用量20g纖維/10og生膠時評價結(jié)較靠2.9 溶脹性能測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3 結(jié)與討論3.1 預處理方法對短纖維分散程度影響各種預處理方法對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聚醣短纖維長度3ram 表2 尼龍短纖維NR逑迪宋*分散程度注-尼龍短纖維長度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CR則D法處理尼龍短纖維分散效理想3.2 預處理方法對混煉功率影響尼龍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看出未處理尼龍體系混煉功率大體系均化困難L法尼龍體系混煉功率雖稍低些均化時間仍長D法處理尼龍體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間=in 國2 預處理方法對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 預處理方法對短纖維長度保持率影響短纖維終長徑比決定SFRC物理性能重要因素加工過程短纖維受強烈剪切和拉伸作用力產(chǎn)生斷裂從而使初長徑比減小各種預處理方法尼龍、聚酯短纖維2~5mm(短纖維補強長度范圍)長度保持率圖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并且混煉分散所需時間短緣故聚酯短纖維長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翮受酯短坪維新預處理方法及其對復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刪長度保持牢(短纖維愿長Smm) 1未處理I 2L法處理I 3D法處理3.4 預處理方法對物理性能影響同預處理方法對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處理都能顯著提高NR 裹3 預處理方法對短纖維-NR復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度均5m直粘劑RS/SFRC20 定伸應(yīng)力和撕裂強度栗用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拉伸強度提高甚小補強因子也小而用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補強因子大物理性能佳加入直粘劑其補強因子也有較大提高說明直粘劑RS/RH對尼龍短纖維確有提高粘合效作用衰4 憎處理方法對短纖維·CR復合材料物理性能影響(試樣取向L向) 2o 定拉伸補強扯斷伸撕裂預處理方法伸應(yīng)力強度因子長率強度M Pa MPa MPa kN/m 注尼龍短纖雛長度5∞.聚醣短奸維長度3mm從表4看出經(jīng)D法處理聚酯短纖維SFRC補強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 使補強因子進步提高說明D法處理聚酯短纖維PR粘臺劑與直粘劑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補強因子都負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粘臺劑流失造成粘合劑佳配比失調(diào)因此我們認對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 預處理方法對短纖箍-sBR復合材料物理性能影響(試樣取向L向) 2O 定拉伸補強扯斷伸撕裂處理方法伸應(yīng)力強度園子長率強度MPa 枷Pa MPa kN*m 注尼龍和褒酯檀紓維長度均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、聚酯短纖維補強因子大上述試驗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)補強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問題故其SFRC補強因子和物理性能均有明顯提高3.5 預處理方法對溶脹性能影響SFRC具有強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例進行討論預處理方法對尼龍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)生溶脹點對于耐油制品來說非常有益衰6 預處理方法對尼龍短纖箍SFRC 溶脹性能影響注尼龍短纖維長度5ram4 結(jié)論(1)采用D處理法對短纖維進行預處理顯著改善短纖維與基質(zhì)間粘臺效及其基質(zhì)分散性同時提高短纖維長度保持率D法對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
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