一种芳纶-橡胶复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种芳纶－橡胶复合材料的制备方法，包括下述步骤：（１）将芳纶纤维置于介质中，采用超声波通过介质对芳纶纤维进行表面改性；（２）将改性后的芳纶纤维干燥；（３）将芳纶纤维与橡胶硫化粘合，制成芳纶－橡胶复合材料。本发明专利技术采用超声波对芳纶纤维表面进行改性处理，操作方便、经济、安全，可一步完成，处理时间短，效果好，对环境无污染；同时对芳纶纤维本体的损害较小，改性效果显著，可控性好，经超声波表面处理后的芳纶纤维表面活性大，与橡胶基体的粘合力强，所制备的芳纶－橡胶复合材料具有良好的耐疲劳特性、耐热空气老化和湿热老化等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及橡胶复合材料制备技术，特别涉及一种芳纶-橡胶复合材料的制备方法。
技术介绍
芳纶纤维是橡胶复合材料中的理想骨架材料；它属于一种轻质增强材料，具有无机纤维的机械性能和有机纤维的加工性能，其密度与聚酯纤维接近，其模量远大于玻璃纤维和钢丝，但强度是聚酯纤维的2倍、玻璃纤维的3倍、钢丝的6倍，另外还具有极好的耐热性、耐化学药品性、尺寸稳定性、耐疲劳性、耐腐蚀性等。但由于芳纶纤维分子链段中有庞大的苯环位阻作用，使得其酰胺基团较难与其他原子或基团发生作用，直接影响了芳纶纤维同橡胶基体的粘合作用。因此，芳纶纤维与橡胶硫化粘合前，需对芳纶纤维进行表面改性处理。芳纶纤维表面改性方法主要有两种化学改性和物理改性。化学改性主要是利用各种氧化-还原反应试剂，通过硝化/还原、氯磺化等化学反应，在纤维表面引入胺基、羟基、羧基等活性或极性基团以提高纤维与橡胶基体之间的粘合强度；但化学改性操作工艺复杂、效率低、污染大、难以实现工业化，且直接损害芳纶纤维的本体强度；物理改性有等离子体技术等，专利号为87104425的中国专利“纤维、织物及薄膜表面冷等离子体连续处理工艺”公开了一种采用冷等离子体对芳纶纤维表面进行改性处理的工艺；但这种物理改性方法需要有较为复杂的真空系统，工业化生产有一定的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种工艺简单、操作方便，采用超声波对芳纶纤维进行表面改性的芳纶-橡胶复合材料制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现本芳纶-橡胶复合材料的制备方法包括下述步骤(1)将芳纶纤维置于介质中，采用超声波通过介质对芳纶纤维进行表面改性；(2)将改性后的芳纶纤维干燥；(3)将芳纶纤维与橡胶硫化粘合，制成芳纶-橡胶复合材料。步骤(1)中所述超声波的频率为10～200KHz、功率为200～800W，进行表面改性时间为1～10min，处理介质为无机强酸(硫酸、盐酸)、无机强碱(氢氧化钠、氢氧化钾)或不饱和有机单体。酸或碱介质的作用主要是在超声波的作用下使芳纶纤维表面分子产生水解而产生极性基团如-COOH，-OH等，以提高芳纶纤维表面分子对橡胶的键合作用；而不饱和有机单体的作用主要是在超声波的作用下产生活性，与芳纶表面的活性基团产生化学键合作用，提高芳纶与橡胶的粘合性能。所述无机强酸可为10～20％(重量百分比)硫酸或盐酸溶液；无机强碱可为10～20％(重量百分比)氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；不饱和有机单体可为甲基丙烯酸系列酯类，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等，亦可为丙烯酸系列酯类，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等。步骤(3)中所述橡胶可为天然橡胶、合成橡胶或各类共混橡胶。本专利技术的作用机理是当将超声波作用于悬浮于液体中的芳纶纤维时，有两种作用一是崩溃时微射流的冲击；一是崩溃激波对固体界面的损伤(或斑蚀)；其结果是导致芳纶纤维的形态结构、聚合度及其分布发生变化，纤维壁上反应性能较差的外壁受到破坏发生位移、脱除，同时在超声波的作用下，介质对纤维的润胀作用大大加强，可以断开纤维分子链间的氢键，打开微孔结构，大大增加纤维的表面积，提高其对试剂的可及度和化学反应活性，因此，超声波活化处理能显著提高芳纶纤维的反应活性。超声波作用于芳纶纤维表面时可使纤维表面发生氧化、交联以及大分子的断裂，使纤维表面得到刻蚀、清洗的作用，消除表面弱的边界层，增加表面的活性基团，提高了纤维与基体间的相互作用(包括物理交联作用、静电吸附作用、化学键合作用以及聚合物大分子的相互扩散作用等)，大分子链的断裂提高了纤维与基体之间的界面扩散能力。因而，采用超声波对芳纶纤维表面进行改性活化处理，可在芳纶纤维表面引入羟基、羰基等极性或活性基团，并可在芳纶纤维表面形成一些活性中心，引发接枝反应，改善芳纶纤维表面的物理和化学状态，进而提高芳纶纤维与橡胶基体之间的相互粘合作用。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果(1)采用超声波对芳纶纤维表面进行改性处理，操作方便、经济、安全，可一步完成，处理时间短，效果好，对环境无污染；同时对芳纶帘线本体的损害较小，改性效果显著，可控性好；(2)超声波处理可以是连续化或间歇式操作，作用方式灵活，处理批量大，生产成本低；(3)经超声波表面处理后的芳纶纤维活性大，与橡胶基体的粘合力强，所制备的橡胶复合材料具有良好的抗疲劳特性和耐湿热等老化能力。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1芳纶帘线采用荷兰AKZO公司的Twaron系列产品。采用超声波对芳纶纤维进行表面改性超声波处理设备包括芳纶纤维、帘线传动器、超声波发生器、干燥室，超声波发生器的频率为25KHz、功率为200W，表面改性时间为1～10min，处理介质为20％(重量百分比)硫酸。将芳纶帘线置于20％硫酸中按规定的处理功率和时间进行超声波处理；然后将芳纶帘线在干燥室中于180℃下干燥20分钟；最后将芳纶帘线与混炼胶按胶料Tc90的硫化条件进行硫化粘合，制成橡胶复合材料。胶料基本配方NR20#标准胶，90；SBR150210；炭黑N220，45；硬脂酸2；氧化锌5；防老剂RD 1.5；防老剂4010NA 1.5；粘合剂RA 5；促进剂NOBS 1.5；不溶性硫磺2.5；芳烃油5；间苯二酚1.5。芳纶帘线Twaron 1670dtex/2(1500D/2)，橡胶粘合的H抽出力如表1所示。H抽出按国标按GB/T2942-91进行制样、测试。表1、芳纶帘线酸介质超声波处理对H抽出力的影响(20％硫酸，功率200W)处理时间(min)0 13579H抽出力(N/cm)71112.0131.2162.5146.4137.9在实施例1中，当超声波处理时间为5min时，粘合效果最佳。实施例2芳纶帘线同实施例1。采用超声波对芳纶纤维进行表面改性超声波处理设备包括芳纶纤维、帘线传动器、超声波发生器、干燥室，超声波发生器的频率为25KHz、功率为200W，表面改性时间为1～10min，处理介质为20％(重量百分比)氢氧化钠溶液。将芳纶帘线置于20％氢氧化钠溶液中按规定的处理功率和时间进行超声波处理；然后将芳纶帘线在干燥室中于180℃下干燥20分钟；最后将芳纶帘线与混炼胶按胶料Tc90的硫化条件进行硫化粘合，制成芳纶-橡胶复合材料。胶料基本配方同实施例1。橡胶粘合的H抽出力如表2所示。H抽出测试方法同实施例1。表2、碱介质超声波处理对H抽出力的影响(20％氢氧化钠，功率200W)处理时间(min)0 13579H抽出力(N/cm)71118.0134.5167.6154.3121.1在实施例2中，以处理时间为5min时，粘合效果最佳。实施例3芳纶帘线同例1。采用超声波对芳纶纤维进行表面改性超声波处理设备包括芳纶纤维、帘线传动器、超声波发生器、干燥室，超声波发生器的频率为25KHz、功率为400W，表面改性时间为1～10min，处理介质为有机不饱和单体甲基丙烯酸甲酯。将芳纶帘线置于甲基丙烯酸甲酯中按规定的处理功率和时间进行超声波处理；然后将芳纶帘线在干燥室中于180℃下干燥5分钟；最后将芳纶帘线与混炼胶按胶料Tc90的硫化条件进行硫化粘合，制成芳纶-橡胶复合材料。胶料基本配方同实施例1。橡胶粘合的H抽出力如表3所示。H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：（１）将芳纶纤维置于介质中，采用超声波通过介质对芳纶纤维进行表面改性；（２）将改性后的芳纶纤维干燥；（３）将芳纶纤维与橡胶硫化粘合，制成芳纶－橡胶复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安华，严志云，贾德民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]