[發明專利]含凱夫拉納米纖維的高性能橡膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810353195.6
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108424563B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 賈紅兵;薛曉東;張旭敏;尹清;章婉琪;姜寬;涂晶
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08L13/00
• 分類號: C08L13/00;C08L77/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種含凱夫拉納米纖維的高性能橡膠復合材料及其制備方法，通過在一定條件下水熱處理凱夫拉纖維，制備凱夫拉納米纖維水分散液，與XNBR膠乳進行混合后，加入到絮凝劑中，通過共凝聚法制備了含凱夫拉納米纖維的XNBR混合物，通過加入硫化劑硫化加工，即可得到本發明的含凱夫拉納米纖維的高力學性能的XNBR復合材料。本發明通過在橡膠中添加凱夫拉納米纖維，通過膠乳共混法使凱夫拉納米纖維在橡膠基體中獲得良好的分散，同時提高橡膠的力學性能，從而擴大XNBR橡膠的應用范圍。

技術領域

本發明屬于橡膠類聚合物復合材料制備技術領域，特別是涉及一種含凱夫拉納米纖維的高力學性能的橡膠復合材料及其制備方法。

背景技術

芳綸纖維（聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）），商品名為凱夫拉纖維，是一種具有超高強度、硬度和熱穩定性的材料，在航空航天和汽車制造工業等中有廣泛應用，其優異的力學性能也常用來做補強聚合物的填料。凱夫拉纖維分子鏈基本重復單元為-[-CO-C₆H₄-CONH-C₆H₄NH-]-，酰胺基團在苯環對位上連接，具有強烈的分子間相互作用（如：不同酰胺基團上的羰基與氨基之間的氫鍵作用以及苯環之間的π-π 堆疊作用），導致了PPTA纖維具有較高的結晶度，與聚合物基體之間的界面粘附力弱，限制了其在復合材料領域的進一步應用。

通過破壞掉凱夫拉纖維之間的氫鍵作用力，可以制備納米級凱夫拉纖維。得到的凱夫拉納米纖維具有高強度、高模量、熱穩定性強、質量輕、耐化學腐蝕、阻燃性強、絕緣性好、抗疲勞等諸多優點，對聚合物具有很好的補強效果。文獻《ACS nano, 2011, 5(9):6945-6954》首次報道了通過氫氧化鉀的去質子化作用，將對位凱夫拉纖維溶解在二甲基亞砜（DMSO）中，得到了長度約為5-10μm，直徑為20-30 nm的凱夫拉納米纖維。文獻《Composites Science and Technology, 2017, 144: 193-201》用上述方法所制備的凱夫拉納米纖維來增強聚乙烯醇等，得到了高強度的聚乙烯醇/凱夫拉納米纖維復合材料。然而由于凱夫拉納米纖維只能分散在DMSO溶液中，因此必須通過溶液共混的方法制備聚合物復合材料，大量有機溶劑的使用給環境帶來嚴重危害。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含凱夫拉納米纖維的高力學性能的橡膠復合材料及其制備方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種含凱夫拉納米纖維的羧基丁腈橡膠（XNBR）復合材料，以重量份計，包括如下組分：XNBR100份，防老劑0.5-3份，硫化劑1-4份，凱夫拉納米纖維1-7份。

進一步的，防老劑選自Wingstay-L（WL）、N-異丙基-N苯基對苯二胺（4010NA)或2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體（RD）的一種或多種。

進一步的，硫化劑選自過氧化二異丙苯（DCP）、二叔丁基過氧化物（DTBP）或雙叔丁基過氧化二異丙基苯（BIPB）的一種或多種。

進一步的，凱夫拉纖維采用杜邦公司生產的Kevlar 49纖維。

一種含凱夫拉納米纖維的XNBR復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，凱夫拉納米纖維水分散液的制備，在凱夫拉納米纖維的二甲基亞砜（DMSO）溶液中加入過量的水，直到凱夫拉纖維呈凝膠狀完全析出，劇烈攪拌1h以上得到均勻的凝膠狀態，抽濾，得到的固體產物，在體積比為1:1到1:5的硝酸和硫酸的混酸中110-140°C進行水熱反應1.5-2.5h，再次抽濾，得到的固體產物分散在水中，進行透析，至溶液pH值為7，得到凱夫拉納米纖維的水分散液，其中，凱夫拉納米纖維的水分散液中凱夫拉納米纖維的含量為1-7重量份；