新型芳纶浆粕短纤维补强CR复合材料结构与性能的研究.pdf

第2期吴卫东等.新型芳纶浆粕短纤维补强CR复合材料结构与性能的研究69

新型芳纶浆粕短纤维补强CR复合材料
结构与性能的研究

吴卫东1,钦焕宇2,曹建莉1,刘力1,周彦豪3,张立群13
(1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029;2.黑龙江省富锦市橡胶有限责任公
司,黑龙江富锦156100;3.广东工业大学材料与能源学院,广东广州510090)

摘要:采用芳纶浆粕预处理方法专利技术对芳纶浆粕超细短纤维表面进行改性处理,制备在橡胶基质中纤维分散
性良好的芳纶浆粕预分散体。通过对未处理芳纶浆粕和芳纶浆粕预分散体补强CR复合材料宏观性能和微观结构形
态关系的对比研究,证实该专利技术的可行性,同时探讨了纤维状硅酸盐作为填料对芳纶浆粕纤维和芳纶短纤维补强
CR复合材料物理性能的影响。
关键词:芳纶浆粕;短纤维;分散性;CR;复合材料
中图分类号:TQ330.38+9文献标识码:A文章编号:10002890X(2007)0220069207

短纤维补强橡胶复合材料(ShortFibre2Rub21984年美国杜邦公司首先开发出的对位芳纶纤
berComposites,以下简称SFRC)是近20年来发维表面原纤化的一种短纤维产品,主要作为石棉
展起来的一种新型聚合物基复合材料,SFRC将的理想替代纤维,与玻璃纤维及碳纤维竞争用于
弹性体材料的柔性、高弹性和短纤维材料的刚性密封材料、补强材料及摩擦材料等领域,目前世界
有机地结合在一起,具有高模量、耐磨、抗切割、抗上主要的AP工业化产品只有美国杜邦公司的
撕裂、耐疲劳和耐溶胀等性能。由于短纤维像其KevlarPulp系列和荷兰TeijinTwaron公司的
它橡胶配合剂一样可以采用常规的橡胶加工设备TwaronPulp系列两大类产品。
进行加工成型,并能通过特殊设计的加工工艺进AP具有高模量、高强度、耐高温、耐磨、耐化
行纤维取向以实现制品性能的各向异性,因此短学腐蚀和尺寸稳定等特点,且具有非常独特的超
纤维已成为一种重要的橡胶配合剂。细短纤维结构,其主干纤维表面松散附着大量直
北京化工大学先进弹性体材料研究中心从径介于0.1～2μm之间的超细短纤维。这些超
1986年以来就对锦纶、聚酯、维尼纶和纤维素等细短纤维表面含有氨基、磺酸基、酰胺基和羧酸基
各种有机短纤维补强橡胶复合材料的结构、性能
等多种极性基团,因此,AP超细短纤维与弹性体
及应用进行了大量的研究[1～5]。为了克服传统有
基质之间的界面结合作用很强,但也正由于这些
机短纤维补强材料加工粘度高和制品表观
SFRC超细短纤维之间的极性非常强,并且其比表面积
差等不足进行了新型超细芳纶浆粕短纤维[6,7]
,很大,因此AP与弹性体基质混炼时,短纤维之间
和新型纤维状硅酸盐(FS)纳米短纤维[8,9]补强弹
的缠结会很严重,难以均匀分散在弹性体基质中,
性体复合材料的研究,在短纤维结构解离分散技
这是阻碍AP广泛用于弹性体复合材料的瓶颈问
术方面取得了很大进展,同时对这些新型短纤维
题。因此,为改善AP纤维在弹性体基质中的分
补强弹性体的机理也进行了深入的研究。
散性,进行AP预处理技术研究具有重要意义。
芳纶浆粕(AramidPulp,以下简称AP)是
杜邦公司对AP预处理技术的研究侧重于制
备AP母胶预分散体,先后提出了3项专利预处
作者简介:吴卫东(19672),男,江苏滨海人,北京化工大学在
[10～13]
读博士研究生,主要从事聚合物基材料的配方研究。理技术。本工作采用北京化工大学专利技
3通讯联系人术芳纶浆粕预处理方法(ZL200510083844.8)对
70橡胶工业2007年第54卷

芳纶浆粕纤维表面进行改性处理,制备出在橡胶维斑点,但尺寸不大于0.5mm;
基质中纤维分散性良好的AP预分散体,通过未合格(F):薄膜表面不太均匀,有很多短纤维
处理AP和AP预分散体补强的CR复合材料宏斑点,尺寸大于0.5mm,但不大于1.5mm;
观性能和微观结构形态关系的对比研究,论证该很差(P):薄膜表面很不均匀,有大量短纤维
专利技术的可行性,同时对比研究FS和白炭黑斑点,尺寸大于1.5mm。
两种填料对芳纶浆粕纤维补强橡胶复合材料物理(2)拉伸性能测试
性能的影响。采用深圳新三思试验仪器厂生产的
CMT4104型万能材料试验机,根据GB/T528—
1实验1998,拉伸速度为500mm·min-1,观察复合材
111主要原材料料应力2应变曲线(σ2ε曲线)以及25%和50%小

CR,Neoprene2W型圆片状生胶,杜邦公司产形变下的应力(M25和M50)、拉伸强度(TS)和拉断

品;芳纶浆粕预分散体(HAP),以荷兰Teijin伸长率(εb)等拉伸性能指标,并用来评价短纤维