CN105803720B - 芳纶的表面形态改造方法及其产品及产品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纶的表面形态改造方法及其产品及产品的制备方法。本发明在通过热氧化处理除去芳纶纤维表面附着的有机物质后，将芳纶在球磨机中进行球磨，通过一定转速及时间的球磨后，使芳纶纤维表面产生原纤化，提高粗糙度，并由于力化学作用提高表面活性。将通过本发明的方法获得的改性芳纶与端羟基液体聚异戊二烯橡胶共同制备增强天然橡胶复合材料，端羟基液体聚异戊二烯橡胶一方面促进了芳纶纤维的分散，另一方面其端羟基与经球磨产生力化学活化的芳纶纤维产生亲和力，由于端羟基液体聚异戊二烯橡胶与基体橡胶共同硫化，形成了与芳纶纤维紧密结合的交联网络，产品的力学性能显著提高。

Description

芳纶的表面形态改造方法及其产品及产品的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是一种芳纶的表面形态改造方法及其产品及产品的制备方法。
背景技术
芳纶纤维具有耐高温、高强度等优良的性能，被广泛用作橡胶的增强材料。由于芳纶分子链中的苯环对其左右两边的酰胺基团形成很大的位阻效应，以及高度结晶的的分子链结构，导致芳纶表面活性非常低且非常光滑，极大地影响了芳纶与橡胶的界面粘合，需要进行复杂的表面处理。因此，如何克服芳纶纤维表面惰性和光滑的缺点，发挥其优势，尤其是开发一种高效、经济的对芳纶本体影响不大的处理方法，获得较好的对橡胶的增强效果，有较大的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种纶的表面形态改造方法及其产品及产品的制备方法，它的改性效果好、成本低廉，而且对芳纶本体影响不大，具有较好的对橡胶的增强效果，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：芳纶的表面形态改造方法，将芳纶长纤维纱剪短至5-20mm，在300-320℃下空气中热氧化3-4分钟后，自然冷却至室温，再将经热氧化处理的的芳纶纤维放入球磨机中球磨20-60分钟，球磨机的筒体转速20-80转/分，取出后放置20-28小时；获得改性芳纶。
所述的球磨机为间歇式球磨机。
改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料，按质量份数计算，包括100份天然橡胶、1.5-5份改性芳纶、1.5-5份分子量为45000-55000的端羟基液体聚异戊二烯橡胶、1.5-2份硫磺硫化剂及8-12份配合剂；其中，改性芳纶与端羟基液体聚异戊二烯橡胶等量。
每10份配合剂由3份氧化锌、2份硬脂酸、1.71份促进剂M，1.47份促进剂DM、0.5份促进剂D、0.32份促进剂TMTD及1份防老剂SP-C组成。
改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料的制备方法，按上述的质量份数取各组分，将天然橡胶、端羟基液体聚异戊二烯橡胶及改性芳纶投入110～140℃的密炼机中混炼6～8分钟，然后在60～80℃的双辊开炼机上混炼，加入硫磺硫化剂及配合剂，薄通4～6次，得到混炼胶；将混炼胶按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制备获得改性芳纶增强硫化天然橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明在通过热氧化处理，除去芳纶纤维表面附着的有机物质，并在表面产生一定量的极性含氧基团后，将芳纶在球磨机中进行球磨，通过一定转速及时间的球磨后，使芳纶纤维表面产生原纤化并提高粗糙度，既不产生相互缠结，又可增加在橡胶基体中的锚固作用，同时球磨过程中由于应力作用，产生大分子自由基，并与空气中的氧产生反应，在芳纶纤维表面生成极性的含氧基团，形成的力化学效应进一步提高了纤维的表面活性。如果球磨时间过短则达不到芳纶纤维表面形态改造的效果，但是如果球磨时间过长，则会导致芳纶纤维损伤较严重，将明显降低芳纶纤维强度。将通过本发明的方法获得的改性芳纶与端羟基液体聚异戊二烯橡胶共同制备短芳纶增强橡胶复合材料，端羟基液体聚异戊二烯橡胶一方面促进了芳纶纤维的分散，另一方面其端羟基与经球磨产生力化学活化的芳纶纤维产生亲和力，由于端羟基液体聚异戊二烯橡胶与基体橡胶共同硫化，形成了与芳纶纤维紧密结合的交联网络，产品的力学性能显著提高。而且本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，非常适宜工业化生产。
附图1为本发明的球磨后芳纶纤维表面形貌的扫描电镜图片；
附图2为球磨前芳纶纤维表面形貌的扫描电镜图片。
具体实施方式
本发明的实施例1：芳纶的表面形态改造方法，将芳纶长丝（牌号：AF-1000，1500D，韩国ALKEX公司）剪成13mm的小段，置于恒温于310℃的马弗炉中烧制3.5分钟取出，自然冷却至室温后，30克芳纶（共3组），放入PMW4L型间歇式球磨机（卓的仪器设备（上海）有限公司）中分别碾磨20、40、60分钟，球磨机的筒体转速50转/分，取出芳纶短纤维常温下放置24小时，获得3组改性芳纶。
改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料的制备方法，各取上述的3组改性芳纶，将改性芳纶与天然橡胶（天然橡胶为1号标胶，西双版纳勐县关累制胶厂）、端羟基液体聚异戊二烯橡胶（牌号：L2R-565，分子量约50000，黏度：500Pa·S,濮阳林民化学新材料股份有限公司）混合，其中，每组的天然橡胶为300g，改性芳纶为6g，端羟基液体聚异戊二烯橡胶为6g；将混合物料投入120℃的密炼机中混炼7分钟，然后在60℃的双辊开炼机上混炼，加入5.4g硫磺硫化剂及30g配合剂，配合剂由9g氧化锌、6g硬脂酸、5.13份促进剂M，4.41份促进剂DM、1.5g促进剂D、0.96g促进剂TMTD及3g防老剂SP-C组成。薄通4～6次，得到混炼胶；将混炼胶按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制备获得改性芳纶增强硫化天然橡胶复合材料。
空白对照的制备：将芳纶长丝切成13mm小段，置于恒温于310℃的马弗炉中烧制3.5分钟取出，冷却至常温待用。将其直接与天然橡胶等混炼制备芳纶增强硫化天然橡胶复合材料，其步骤与改性芳纶增强硫化天然橡胶复合材料的配方和制备方法相同。
不同球磨时间的改性芳纶与液体橡胶和天然橡胶混合并硫化后的复合材料性能检测结果见表1。
由试验结果，本专利工艺方法制备的芳纶增强硫化天然橡胶复合材料的100%定伸应力和撕裂强度明显好于没有经表面形态改造的芳纶增强硫化天然橡胶复合材料的性能，表明了本专利方法的有效性。

Claims (5)

1.一种芳纶的表面形态改造方法，其特征在于：将芳纶长纤维纱剪短至5-20mm，在300-320℃下空气中热氧化3-4分钟后，自然冷却至室温，再将经热氧化处理的的芳纶纤维放入球磨机中球磨20-60分钟，球磨机的筒体转速20-80转/分，取出后在空气中室温放置；获得改性芳纶。
2.根据权利要求1所述的芳纶的表面形态改造方法，其特征在于：所述的球磨机为间歇式球磨机。
3.一种基于如权利要求1所述的改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括100份天然橡胶、1.5-5份改性芳纶、1.5-5份分子量为45000-55000的端羟基液体聚异戊二烯橡胶、1.5-2份硫磺硫化剂及8-12份配合剂；其中，改性芳纶与端羟基液体聚异戊二烯橡胶等量。
4.根据权利要求3所述的改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料，其特征在于：每10份配合剂由3份氧化锌、2份硬脂酸、1.71份促进剂M，1.47份促进剂DM、0.5份促进剂D、0.32份促进剂TMTD及1份防老剂SP-C组成。
5.一种如权利要求3所述改性芳纶与硫化天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：按上述的质量份数取各组分，将天然橡胶、端羟基液体聚异戊二烯橡胶及改性芳纶投入110～140℃的密炼机中混炼6～8分钟，然后在60～80℃的双辊开炼机上混炼，加入硫磺硫化剂及配合剂，薄通4～6次，得到混炼胶；将混炼胶按照硫化仪测定的正硫化时间tc90硫化，制备获得改性芳纶增强硫化天然橡胶复合材料。
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