关于短纤维的一些初步知识 RFL处理----笔记

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橡胶工业l 994年第41卷尼龙和聚酯短纤维新预处理方法及其对复合材料性能的影响√张立群周彦豪李东红者东梅陆熙瑜黄毅张宇东～——(北京化工学院．100029) ．矽D．摘要X’,t~Jt、聚酯短奸维的几种疆处理方法进行比较和优化，提出一种新的、有效的短野维预处理方法。分析出较了预处理方法对尼龙、聚酯短纤维在胶料中的分散度、长度保持率混炼功率、物理性能及溶胀性能的影响．认为采用新疆处理方法处理的短奸维．其复台材料的各项性能均最佳．短纤维与橡胶问获得较好的粘合效果。同时提出用朴强园子来定量评价疆处理效果及粘合效果的方法关-调；攀复合材料坚法t粘舍性穰琅．滞鲁体砰堆1 前言短纤维真正应用于橡胶制品的生产始于70年代。目前，短纤维一橡胶复合材料(英文缩写SFRC)几乎可以应用于所有橡胶制品的生产，我国也已在V带“、无级变速带。、输水胶管。、吸引胶管和矿工帽等制品中应用并取得了较大进展自从短纤维开始在橡胶制品中应用，人们就对短纤维预处理技术进行了不断的探索。”。对短纤维进行预处理，可以有效增强短纤维与橡胶间的粘合，改善短纤维在橡胶中的分散性能，提高纤维混炼后的长度保持率等。目前，已经商品化的预处理短纤维主要是美国的Santoweb系列短纤维(国外sFRc制品生产厂家大都采用它，中国引进SFRC 生产技术时，外方一般也要求使用它，其价格为3250美元／吨)。我国已于1 992年通过了由石化总公司鉴定的预处理短纤维的共沉胶技术。：本项工作是通过对共沉胶等预处理方法进行比较．提出一种新的短纤维预处理方法，并同Santoweb—D 短纤维进行了对比，同时提出用补强园子来定量评价预处理效果和粘．．箍霉呈学院材料科学工程系，5l。。9。合水平的概念。2 实验2．1 原材料生胶：国产天然橡胶烟片1 (NR)、氯丁橡胶一IZO(CR)、丁苯橡胶一15o0(SBR)。短纤维用尼龙长丝(直径20~m)和聚酯长丝(直径23 m)切割成3，5，7ram 长饷短纤维}San—toweb—D 由美国孟山都公司提供(其长径比为130)。短纤维处理剂；液体w 粘合剂(自制)；20 PR粘台剂，由2o 的Pexul即2，6一双(2，4一二羟基苯基甲基)一4氯苯酚的氨水溶液与30 的RFL配得；天然胶乳；氯丁胶乳；丁苯胶乳；粘合剂RS／RH(2．7／6．4)}直粘剂H／R／H(1．6／2．5／5)。2．2 配方①SBR 100,氧化锌5；硬脂酸2；促进剂D 0．5；促进剂DM 1．5；防老剂RD 1．0；硫黄2；纯短纤维20。②CR 100’氧化锌5；硬脂酸0．5；氧化镁4；纯短纤维20。③NR 100 1氧化锌5；硬脂酸2；促维普资讯http://www.cqvip.com 第3期张立群等．尼龙和聚酯短纤维新预处理方法及其对复合材料性能的影响133 进剂NOBS 0．7；促进剂DM 0·9；防老剂RD 1．5；石蜡1．5；硫黄2．1；纯短纤维20 2．3 短纤维预处理方法短纤维预处理方法有：L法、LB法、LF 法(分别为胶乳、腔乳加固体粘合剂、胶乳加液体粘合剂采用共沉胶技术处理)、混炼时直接加粘舍剂法、D法(新预处理方法，处理时将辅料、粘合剂、短纤维等在特别处理器中处理6rain，取出后干燥，即得均匀的粒状预处理短纤维) 用D法处理尼龙短纤维时采用w 粘合剂，处理聚酯短纤维时采用PR 粘合剂，具体实施方法见参考文献l 2。2．4 加工工艺为使短纤维能够分散均匀，在混炼时先将短纤维加入到具有一定塑性值的生胶中，然后再加入其它配合剂。取向时，在0．5ram 辊距下将混炼胶薄通，然后在1ram 辊距下对折贴合，再在2ram 辊距下对折下片，如图l所示L T．L T．图1 试样取向示意图(虚线为纤维方向) 2．5 纤维分散度的测定在混炼过程中随机取混炼胶0．5g，置于聚酯薄膜间，在热压机上(100~C)热压1 rain (压力为4．9MPa)，观测热压胶片中的纤维微团个数和平均尺寸，以此表征纤维的分散度。微团尺寸越小，个数越少，表明分散程度越好。2．6 纤维长度保持率的测定将混炼胶在甲苯溶剂中浸泡48 h，然后涂于载玻片上，在读数显微镜下观测100根纤维的长度，即得短纤维长度保持率的数值。2．7 混炼特性测试用Brabender塑性计测定短纤维混炼胶料的混炼特性。2．8 拉伸性能测试、用补强因子B定量评价预处理效果和界面粘合水平，其物理意义为预处理前后一定体积分数纤维试样的拉伸强度差值，计算方法如下：B = (d2一乱)／( f× 100) 式中B——补强因子，MPa；dz——预处理短纤维SFRC(L向)拉伸强度，MPa；以——未预处理短纤维SFRC(L向) 拉伸强度，MPa；——纤维体积百分数处理与未处理短纤维的品种、规格、用量、基质配方必须一致根据实验结果。，在用量为20g纤维／10og生胶时，评价结果较可靠。2．9 溶胀性能测试在室温下，将硫化胶试样浸泡于纯甲苯溶液中(CR、SBR浸泡72 h，NR浸泡24 h)，用线性溶胀率蜀和周长溶胀率E 来表征SFRC的抗溶胀能力“。E．和丘越小，表明硫化胶的抗溶胀能力越强。3 结果与讨论3．1 预处理方法对短纤维分散程度的影响各种预处理方法对短纤维在胶料中分散状况的影响见表1和2。从表1可以看出，由于聚酯纤维极性小，模量高，不易弯曲，因此未经处理的聚酯短纤维普资讯http://www.cqvip.com 橡胶工业ls94年第【卷表l 聚醅短纤维-OR体系纤维分散程度分——堕注t聚醣短纤维长度为3ram 表2 尼龙短纤维一NR逑迪宋*分散程度注-尼龙短纤维长度为5mm 维最易分散。采用D法和L法处理后，由于增加了纤维之间的作用力，因而分散性要差些，但在允许的混炼时间内仍然能完全分散。从表2可以看出，由于尼龙短纤维极性大，弯曲模量低，容易缠绕结团，因此耒处理的尼龙短纤维在NR中分散性很差。尼龙短纤维经L法处理后，由于纤维表面胶膜硬度大，不能改善分散状况。而经D法处理后，纤维表面层较柔软，并有隔离剂的作用，故分散性有明显改善。Santoweb—短纤维在极性较强的CR中则不如D法处理的尼龙短纤维分散效果理想。3．2 预处理方法对混炼功率的影响尼龙NR 体系和聚酯CR 体系的Brabender混炼功率曲线见图2(温度为70℃，转速为1Or／rain)。从图2可以看出，未处理尼龙体系的混炼功率最大，体系均化很困难。L法尼龙体系的混炼功率虽稍低一些，但均化时间仍很长。D法处理尼龙体系的混炼功率最低，也最易分散均匀。D法聚酯体系的混炼功率最高，未处理聚酯体系次之，L法聚酯体系稍低于未处理聚酯体系。几种预处理短纤维的SFRC混炼功率曲线的规律同其分散程度基本上是一致的。时间，=in 国2 预处理方法对SFRC 混炼功率的影响卜一未处理#2一L{击处理l 3一D法处理# a一尼龙一NR体系一橐醣一cR体系3．3 预处理方法对短纤维长度保持率的影响短纤维的最终长径比是决定SFRC物理性能的重要因素。在加工过程中，短纤维受到强烈的剪切和拉伸作用力，产生断裂，从而使最初的长径比减小。各种预处理方法的尼龙、聚酯短纤维2～5mm(短纤维可补强长度范围)的长度保持率如图3所示。从图3可以看出，L法处理尼龙和未处理尼龙的长度保持率都低于D法处理尼龙这是因为D法尼龙表面有较柔软的处理剂薄膜保护，并且混炼分散所需时间短的缘故。聚酯短纤维的长度保持率较高，受处理方法的影响较小，这与前维普资讯http://www.cqvip.com 第3期张立群等．尼龙l翮受酯短坪维新预处理方法及其对复合坷料性能的影哺人的研究结果相一致。，其原因在于聚酯短纤维的弯曲模量较高。围3 各种憎处理方法短纤维2～5删长度保持牢(短纤维愿长Smm) 1一未处理I 2一L法处理I 3一D法处理3．4 预处理方法对物理性能的影响不同预处理方法对SFRC物理性能的影响见表3，4，5所示从表3可以看出，加入尼龙短纤维后，不管是否预处理都能显著提高NR 裹3 预处理方法对短纤维-NR复合材料物理性能的影响(试样取向为L向) 注，尼龙和橐醣短纤雏长度均为5如m。直粘剂为RS／的SFRC的20 定伸应力和撕裂强度。栗用L法处理后，由于尼龙短纤维的分散性和与基质的粘合性均未改善，因此其SFRC拉伸强度提高甚小，补强因子也很小。而用D法处理后，明显提高了尼龙短纤维与基质间的粘合力和分散程度，故其SFRC的补强因子最大，物理性能最佳。加入直粘剂后，其补强因子也有较大提高，说明直粘剂RS／RH对尼龙短纤维的确有提高粘合效果的作用。衰4 憎处理方法对短纤维·CR复合材料物理性能的影响(试样取向为L向) 2o 定拉伸补强扯断伸撕裂预处理方法伸应力强度因子长率强度M Pa MPa MPa kN／m 注，尼龙短纤雏长度为5∞．聚醣短奸维长度为3mm。从表4可以看出，经D法处理的聚酯短纤维SFRC的补强因子较各处理法高，加入．哥辕毯：异维普资讯http://www.cqvip.com 橡胶工业1994年第41卷直粘剂H／R／H 后，可使补强因子进一步提高。这说明D法处理聚酯短纤维的PR粘台剂与直粘剂H／R／H发生了明显的协同效应。L法、LB法、LF法处理的聚酯短纤维SFRC的补强因子都为负值。这是由于氯丁胶乳的杂质难以清除干净，从而恶化了基质性能所致。另外在共沉处理时，粘台剂流失，造成粘合剂的最佳配比失调，因此我们认为对于天然胶乳和氯丁胶乳，不适于采用共沉胶技术处理短纤维。衰5 预处理方法对短纤箍-sBR复合材料物理性能的影响(试样取向为L向) 2O 定拉伸补强扯断伸撕裂处理方法伸应力强度园子长率强度MPa 枷Pa MPa kN*m 注，尼龙和褒酯檀纾维的长度均为from 从表5可以看出，L法、LB法处理短纤维都有一定的效果，这与前人的研究结果相符。”。D法处理后的尼龙、聚酯短纤维的补强因子最大。上述试验表明，尼龙和聚酯短纤维在经过良好处理后，与Santoweb 相比，SFRC的物理性能都高出许多。对于同一种短纤维(如尼龙短纤维)，经过同一种方法(如D法)处理后，在不同基质中的补强因子是不同的，说明其与基质问的粘合效果取决于基质类型。聚酯短纤维经D法处理后，解决了其不易粘台的问题，故其SFRC的补强因子和物理性能均有明显提高。3．5 预处理方法对溶胀性能的影响SFRC具有很强的抗溶胀能力，并且具有溶胀的各向异性。限于篇幅，仅以尼龙短纤维的SFRC为例进行讨论。预处理方法对尼龙SFRC溶胀性能的影响见表6。从表6可以看出，D 法处理后的尼龙SFRC 的点和E 都很小，说明D法处理的尼龙短纤维与基质间产生了较大的粘合力，从而有效地限制了基质的溶胀变形。尼龙-CR的SFRC的E．为0，说明在短纤维取向方向上，SFRC 不发生溶胀，这一点对于耐油制品来说是非常有益的。衰6 预处理方法对尼龙短纤箍SFRC 溶胀性能的影响注，尼龙短纤维长度为5ram。4 结论(1)采用D处理法对短纤维进行预处理，可以显著改善短纤维与基质间的粘台效果及其在基质中的分散性，同时提高短纤维的长度保持率。D法对聚酯短纤维的处理效果较好。维普资讯http://www.cqvip.com 第3期张立群等

julun

这方面的资料不多，谢谢楼主

无绪

做橡胶就是做复材料

cellpro

学习了，谢谢楼主好资料。