[發明專利]一種芳綸短纖維與玄武巖短纖維定向增強的橡膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710459881.7
• 申請日: 2017-06-17
• 公開（公告）號: CN107226942B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 辛振祥;陳春花;胡恩波;侯占峰
• 申請（專利權）人: 青島科技大學;三力士股份有限公司
• 主分類號: C08L11/00
• 分類號: C08L11/00;C08L77/06;C08K13/04;C08K7/10;C08K3/22;C08K3/04;C08K3/34;C08K5/405;C08J5/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明涉及一種芳綸短纖維與玄武巖短纖維定向增強的橡膠復合材料及其制備方法，其組分和質量百分比為：氯丁橡膠100份、增塑劑1?10份、補強劑20?100份、硫化劑5?10份、芳綸短纖維1?20份、玄武巖短纖維1?20份、硅烷偶聯劑1?3份、防老劑1?4份。本發明制備的復合材料硫化膠達到的力學性能為：短纖維取向沿拉伸試樣方向：硬度80～85(邵A)；拉伸強度(室溫)10～15MPa；拉斷伸長率100～300％；撕裂強度50～60kN/m；屈撓次數為2000?5000次；動剛度為6000?7500N/mm。本發明制備的復合材料，工藝簡單，加工性能優良，性能滿足傳動帶使用要求。

技術領域

本發明涉及一種以氯丁橡膠為基體，配有芳綸短纖維、玄武巖短纖維定向增強的橡膠復合材料。是一種可用增強橫向剛性但不影響縱向柔性的彈性體材料，可用于橡膠傳動帶等橡膠制品。

背景技術

帶傳動是機械傳動重要的傳動形式之一，隨著工業技術水平的不斷提高以及對機械設備精密化、輕量化，功能化和個性化的要求，不斷向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、長壽命、低噪聲、低振動、低成本、環保和緊湊化發展，其應用范圍越來越廣，傳動形式愈來愈多。近年來，對節能、環保、舒適、安全等方面的要求越來越高，傳動帶使用一般補強填充劑增強橡膠遠遠滿足不了帶的使用要求，尤其是帶實現線繩化、聚酯化后，帶體較軟，橫向剛度低，加之聚酯線繩具有熱收縮特性，造成帶硫化時強力層線繩位移，使成品帶強力層排列不整齊，嚴重影響了帶的使用壽命。必須提高底膠的橫向剛度又不影響帶縱向柔性。在底膠中加入定向短纖維無疑是解決問題的最好辦法。短纖維群在帶壓縮層中是按橫向定向，這樣可明顯提高帶的橫向剛度和承受側面壓力的作用，使載荷更均勻地分布在全部強力層上，以提高帶的動態力學性能，從而彌補線繩結構帶橫向剛度差的不足。還可以有效地防止帶外表面的早期破壞和提高耐磨性能。同時也增加了帶與槽輪的抓著力和降低傳動中的嗓音。在帶伸長層和壓縮層中同時實施短纖維復合，具有減小噪音、跳躍、振動和抖動的效應。

芳綸纖維是一種高強度、高模量、耐高溫和耐化學介質的新一代工業纖維，用于彈性體復合材料可顯著提高材料的模量和強度。由于剛性分子鏈形成的高結晶度、高取向的分子結構，因此對位芳綸纖維具有強度高、變形小、模量高(尺寸穩定性好)、耐化學品腐蝕和耐溫性好的特點。李曉琳發明公開的一種半芳香族聚酰胺短纖維增強復合材料及其制備方法，將60-90％的干燥樹脂及10-40％的半芳香族聚酰胺短纖維，在轉速為500-2000rpm的高速混合機中預混2-10min，將預混物經過螺桿擠出機熔融、擠出、水浴冷卻、造粒，制得半芳香族聚酰胺短纖維增強復合材料。本發明公開的半芳香族聚酰胺短纖維增強復合材料耐熱性高、強度和模量顯著提高，具有良好的綜合性能。杜邦公司將短切芳綸纖維用于傳送帶和三角帶，可以降低摩擦系數，減小生熱和使用期間的噪音，增大傳輸能力且具有高模量、耐熱老化、對傳動輥磨損小的優勢。缺點是芳綸纖維單獨用于橡膠產品中成本較高、難取向、難分散，團聚的芳綸纖維容易成為應力集中點，大大降低產品使用壽命。

玄武巖纖維是一種高性能的無機硅酸鹽纖維，它是將由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖礦石破碎后加入池窯中，在1450～1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板快速拉制而成，與芳綸、超高分子聚乙烯纖維等其它高性能纖維相比，玄武巖纖維具有許多獨特的優點，如力學性能較好、耐高溫、可在-269～650℃范圍內連續工作，耐酸堿，吸濕性低，此外還有絕緣性好、絕熱隔音性能、良好的透波性等優點。周少鋒發明公開的一種耐磨長玄武巖纖維增強PA6復合材料及其制備方法，所述復合材料由下列重量百分比的原料制備而成，1-20wt％的固體潤滑劑、10-40wt％的長玄武巖纖維、35-87wt％的PA6母粒以及2-5wt％的加工助劑，所述加工助劑為硅烷偶聯劑或/和熱穩定劑。制備的耐磨長玄武巖纖維增強PA6復合材料在力學性能和摩擦性能兩方面具有更均衡的綜合性質，耐磨能力強，綜合性能優，使用壽命長，制備方法簡單高效，易于工業化生產，具有推廣價值。目前將芳綸短纖維與玄武巖纖維并用后增強復合材料的研究未見報道。玄武巖纖維比芳綸纖維價格便宜十幾倍，在橡膠基體中易于分散和取向，將玄武巖纖維與芳綸纖維并用后補強橡膠復合材料是前景發展較好的方向。