尼龙短纤维增强天然橡胶要点.docVIP

尼龙短纤维增强天然橡胶复合材料的性能研究与比较 盛 翔1 ，郝智 ，鲁学峰1,2， （1.贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025；2.国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州 贵阳 550014） 摘要：采用液体橡胶对于尼龙纤维进行改性，再用超声对纤维进行处理，将处理后的纤维和天然橡胶制成母炼胶，制备尼龙纤维增强天然橡胶的复合材料。考察了液体橡胶、超声处理对纤维的改性效果及复合材料的力学性能的影响。扫描电镜检测表明尼龙纤维的改性改善了纤维表面与复合材料间的界面粘结，力学性能显示液体橡胶及超声处理纤维使复合材料的力学性能提高，几乎都提高了20%左右。橡胶加工流变性能分析表明液体橡胶改性和超声处理使复合材料的储能模量和损耗模量得到提高，从而增强了纤维与橡胶基体的界面粘合。 关键词：尼龙纤维；液体橡胶；超声处理；天然橡胶；力学性能 在当今高分子材料科学与工程的研究中，高分子的物理改性和化学改性是常用的手段。共混是高分子研究中较为常用的一种方法。短纤维增强橡胶复合材料广泛应用于橡胶制品。开发短纤维/橡胶复合材料（SFRC），就是将短纤维均匀的分散到橡胶基质中，使短纤维与橡胶互相复合制成类似聚合物共混体的补强性复合材料[1]。研究发现[2-6]，在橡胶基体中加入适量的短纤维，使橡胶制品具有高模量、高硬度、耐切割、耐撕裂、耐刺穿、耐负荷疲疲劳、低生热、低压缩形变、吸能、抗溶胀和抗蠕变等优良性能[7]。短纤维的补强性能良好，在一定范围内甚至可取代常用的长纤维纺织物骨架材料，相比长纤维短纤维无需复杂的加工工艺，因而可简化生产工艺，因此可以提高生产自动化和连续化。短纤维特殊的表面形状系数——长径比使其具有许多优异的物理性能，同时可使其复合材料具有明显的各向异性，给加工设计留下一个很大的开发空间[ 8 ]。 端羧基液体橡胶（CTPB）是羧基封端的液体丁二烯橡胶，是“遥爪”结构的线性分子，具有丁二烯橡胶的柔韧特性，同时分子链的两端具有活性官能团—羧基。超声处理技术是一种高分子材料研究的新型的处理方法，它具有对增强体尼龙短纤维进行表面处理改性和改善浸胶工艺的双重作用，因此超声处理技术既是对纤维表面进行改性处理，又是一种新型的复合材料浸胶工艺。超声波对悬浮于液体中的纤维有两种作用[9]:一是崩溃时微射流的冲击，而是崩溃激波对固体的损伤（或斑蚀）。超声处理后导致纤维的形态结构、聚合度及分布发生变化[10]，可以除去纤维表面吸附的杂质和氧化物，使纤维表面能提高。超声处理在液体介质中还可以产生“空化作用”，从而使局部获得短暂的高温、高压等特殊的理化环境，加快了化学反应速率，同时也降低化学反应所需的条件，起到了催化的作用而且其设备使用简单而且没有次污染。本文介绍，尼龙纤维在液体橡胶浸渍下超声处理，根据处理时间长短，研究纤维表面及橡胶复合材料的性能。 1 实验部分 1.1实验原料与设备 天然橡胶（NR）：1#标准胶，西双版纳勐腊县关累制胶厂；尼龙短纤维（NSF）：（3*20mm，杭州钱海纤维科技有限公司）丙酮：分析纯，重庆川东化工有限公司 橡胶配方：NR 100phr；氧化锌 ( ZnO) 5 phr硬脂酸( SA) 4phr促进剂 2-硫醇基苯骈噻唑( M) 2. 21 phr促进剂 二苯胍 ( D) 0. 5 phr促进剂 2、2-二硫代二苯并噻唑 ( DM) 1. 96 phr促进剂 二硫化四甲基秋兰姆( TMTD) 0. 32 phr 防老剂 苯乙烯化苯酚( SP-C) 1. 5phr硫磺( S) 1. 71 phr。 助剂均为橡胶工业市售品，由贵州轮胎厂提供。’)在低应变下不依赖于应变，但应变超过临界值进入非线性黏弹区后，G’会随着应变的增加而降低，这一现象被称为 Payne 效应[11]，通常 Payne 效应可以很好表征橡胶中填料网络结构的强弱，反映填料与橡胶界面力的大小。  Fig.1 储能模量随应变扫描变化曲线 对混炼胶进行应变扫描，可以看出，填充NR的混炼胶的储能模量G’随应变的增大呈非线性降低，即产生payne效应。使粒子间作用力增强，形成较强的网络，应变增大到1%左右时填料网络结构开始破坏，从而导致G’下降从图中可以看出混炼胶的payne效应这是填料网络化程度所导致。所显现出来的储能模量变化最小payne效应最弱，因为填料网络化程度最低 Fig.2 损耗因子随应变扫描变化曲线 Fig.2所示，在小应变下，未加填充NR混炼胶损耗因子tanδ 低于加入的混炼胶。这是因为不加时，填料网络制约部分橡胶，在小应变下不打破网络，的加入使填充NR混炼胶的填料网络减弱，分子链在外力下发生能量损耗。应变较低时，网络结