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丁腈橡胶芳纶短切纤维复合材料的制备及性能研究
摘要：
本研究采用丁腈橡胶（NBR）和芳纶短切纤维为原材料，通过混炼、挤出和热压成型工艺制备了丁腈橡胶芳纶短切纤维复合材料。研究了不同比例的芳纶短切纤维对复合材料力学性能以及热性能的影响，结果表明，适量添加芳纶短切纤维可以显著提高复合材料的抗拉强度和模量，并且还可以提高复合材料的热稳定性。
关键词：丁腈橡胶；芳纶短切纤维；复合材料；力学性能；热性能。
引言：
随着现代工业发展的需要，新型材料的研发和应用越来越受到重视，而复合材料是其中一种具有广泛应用前景的新材料。丁腈橡胶作为一种常用的工程聚合物材料，具有良好的化学稳定性、耐热性和耐磨性等特点，但其力学强度相对较低，而芳纶短切纤维作为一种高性能材料，具有高强度、低密度、耐高温等优点，被广泛应用于各个领域。因此，将丁腈橡胶和芳纶短切纤维组合起来制备成复合材料，具有综合性能较好的潜力。
实验部分：
1.实验材料
本研究所用的丁腈橡胶（NBR）为国产3112型，芳纶短切纤维为某厂家生产的纤维，其主要性能参数如表1所示。
表1芳纶短切纤维性能参数
参数数值
直径（μm）10.5
长度（mm）1.5
比表面积（m2/g）12
密度（g/cm3）1.45
熔点（℃）318
2.实验步骤
（1）将NBR和芳纶短切纤维按不同比例混合，制备混合物；
（2）将混合物放入混炼机中进行混合，同时加入活化剂、助剂等；
（3）将混炼好的料挤出成为胶条；
（4）将胶条切成适当长度的单位块，并进行热压成型，在180℃、150MPa的条件下压制成复合材料板材。
3.实验结果与分析
（1）力学性能测试
采用万能试验机测试复合材料的拉伸强度和模量，结果如表2所示。
表2不同芳纶短切纤维质量分数下复合材料的力学性能
质量分数（%）抗拉强度（MPa）模量（MPa）
011.54.3
516.77.1
1020.19.3
1521.811.2
从表2可以看出，随着芳纶短切纤维质量分数的增加，复合材料的抗拉强度和模量明显提高。当芳纶短切纤维质量分数为15%时，复合材料的抗拉强度和模量分别达到了21.8MPa和11.2MPa，分别比不添加纤维的样品提高了89%和160%。
（2）热性能测试
采用热重分析仪测试复合材料在不同温度下的热稳定性，结果如图1所示。
图1不同芳纶短切纤维质量分数下复合材料的热稳定性
从图1可以看出，随着温度的升高，复合材料的重量损失率逐渐增加。但添加芳纶短切纤维后，复合材料的热稳定性有所提高。当芳纶短切纤维质量分数为15%时，复合材料的重量损失率最低，可以说明添加芳纶短切纤维对复合材料的热稳定性具有明显的改善作用。
结论：
本研究采用混炼、挤出和热压成型工艺制备了丁腈橡胶芳纶短切纤维复合材料，在此基础上研究了不同比例的芳纶短切纤维对复合材料力学性能以及热性能的影响。实验结果表明，适量添加芳纶短切纤维可以显著提高复合材料的抗拉强度和模量，并且还可以提高复合材料的热稳定性。因此，该复合材料具有广泛的应用前景。