CN115536850A - 一种芳纶浆粕改性方法及其增强橡胶复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，包括以下步骤：在溶剂中分别加入芳纶浆粕、偶联剂、脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂以及羟丙基‑β‑环糊精，所述芳纶浆粕占该溶液质量的15‑35wt%，所述偶联剂占该溶液质量的2‑5wt%，所述脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂占该溶液质量的2‑5wt%，所述壳羟丙基‑β‑环糊精占该溶液质量的1‑2.5wt%，搅拌使其分散均匀；将上述混合溶液静置，80至120℃下干燥12‑36h，得到干燥的改性芳纶浆粕材料。通过加入本发明方法改性的芳纶浆粕，对氢化丁腈橡胶的力学性能的提高效果显著。

Description

一种芳纶浆粕改性方法及其增强橡胶复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶增强的技术领域，具体涉及一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法。

背景技术

丁腈橡胶 (NBR) 具有耐油、易于改性等特点，广泛应用于密封件、活塞环以及水润滑轴承等多种摩擦材料，但其较低的耐磨损性限制了更广泛的应用。用无机填料、有机填料及纤维增强改性橡胶是提高其力学性能和摩擦性能的一种简单、效果良好的方法。

芳纶浆粕是芳纶纤维的一种差别化产品，既保留了芳纶纤维的绝大部分优异性能，如耐热、耐磨及尺寸稳定等；又具有一些区别于芳纶纤维长纤维的物性，如表面呈毛绒状微纤丛生，纤维轴向尾端原纤化成针尖状，从而使其比表面积巨大，因此与增强基体的潜在接触面大。

现有技术中，芳纶浆粕加入到氢化丁腈橡胶胶料后，其力学性能提高效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芳纶浆粕改性方法及其增强橡胶复合材料及制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

一方面，本发明提供一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，包括以下步骤：

在溶剂中分别加入芳纶浆粕、偶联剂、脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂以及羟丙基-β-环糊精，所述芳纶浆粕占该溶液质量的15-35wt%，所述偶联剂占该溶液质量的2-5wt%，所述脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂占该溶液质量的2-5wt%，所述壳羟丙基-β-环糊精占该溶液质量的1-2.5wt%，搅拌使其分散均匀；

将上述混合溶液静置，80至120℃下干燥12-36h，得到干燥的改性芳纶浆粕材料。

在一些实施方式中，所述偶联剂为KH-590、KH-580、KH-570、KH-560或KH-550中一种。

在一些实施方式中，所述溶剂为无水乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或卤代烷中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂为乙烯基双硬脂酰胺或硬脂酸单甘油酯。

另一方面，本发明提供一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料，按质量份数计，包括100份的氢化丁腈橡胶、20至50份的炭黑、1至5份的过氧化二异丙苯以及0.5至2份改性芳纶。

在一些实施方式中，按质量份数计，包括100份的氢化丁腈橡胶、30份的炭黑、1.5份的过氧化二异丙苯以及1份改性芳纶。

再一方面，本发明提供一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料的制备方法，包括：

密炼步骤：所述密炼的起始温度为60℃，转子转速为60r/min；密炼0min时，加入氢化丁腈橡胶；密炼1min时，加入的一半炭黑和一半改性芳纶；密炼2.5min时，另一半炭黑和改性芳纶；密炼4.0min时，打开上顶栓清扫依次，密炼6.5min时，排胶；

开炼步骤：开炼机的辊距1.0mm时，加入过氧化二异丙苯，左右割胶4次；开炼机的辊距0.2mm时，打三角包5次；开练机的辊距1.6mm时，下片、停放。

本发明的有益效果：

通过加入本发明方法改性的芳纶浆粕，对氢化丁腈橡胶的力学性能的提高效果显著。

附图说明

图1为配方1#、2#和3#的定伸应力的性能数据图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，包括以下步骤：

在700g溶剂中分别加入225g芳纶浆粕、30g的偶联剂KH-550、30g的硬脂酸单甘油酯以及15g的羟丙基-β-环糊精，所述芳纶浆粕占该溶液质量的22.5wt%，所述偶联剂KH-550占该溶液质量的3wt%，所述硬脂酸单甘油酯占该溶液质量的3wt%，所述壳羟丙基-β-环糊精占该溶液质量的1.5wt%，搅拌使其分散均匀；

将上述混合溶液静置，100℃下干燥24h，得到干燥的改性芳纶浆粕材料。

一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料的制备方法，包括：

密炼步骤：所述密炼的起始温度为60℃，转子转速为60r/min；密炼0min时，加入1Kg氢化丁腈橡胶；密炼1min时，加入的250g的炭黑和一10g的改性芳纶；密炼2.5min时，250g的炭黑和10g的改性芳纶浆粕；密炼4.0min时，打开上顶栓清扫依次，密炼6.5min时，排胶；

开炼步骤：开炼机的辊距1.0mm时，加入50g的过氧化二异丙苯，左右割胶4次；开炼机的辊距0.2mm时，打三角包5次；开练机的辊距1.6mm时，下片、停放。

对比例1：

一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料的制备方法，包括：

密炼步骤：所述密炼的起始温度为60℃，转子转速为60r/min；密炼0min时，加入1Kg氢化丁腈橡胶；密炼1min时，加入的250g的炭黑和一10g的改性芳纶；密炼2.5min时，250g的炭黑；密炼4.0min时，打开上顶栓清扫依次，密炼6.5min时，排胶；

开炼步骤：开炼机的辊距1.0mm时，加入50g的过氧化二异丙苯，左右割胶4次；开炼机的辊距0.2mm时，打三角包5次；开练机的辊距1.6mm时，下片、停放。

对比例2：

一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料的制备方法，包括：

密炼步骤：所述密炼的起始温度为60℃，转子转速为60r/min；密炼0min时，加入1Kg氢化丁腈橡胶；密炼1min时，加入的250g的炭黑和一10g的改性芳纶；密炼2.5min时，250g的炭黑和10g的未改性芳纶浆粕；密炼4.0min时，打开上顶栓清扫依次，密炼6.5min时，排胶；

开炼步骤：开炼机的辊距1.0mm时，加入50g的过氧化二异丙苯，左右割胶4次；开炼机的辊距0.2mm时，打三角包5次；开练机的辊距1.6mm时，下片、停放。

将对比例1记为配方1#，对比例2记为配方2#，实施例1记为配方3#。参照标准GB/T528- 1998，使用德国Zwick公司生产的电子拉力机测试橡胶1#、2#和3#的拉伸强度、定伸应力和断裂伸长率，撕裂强度按GB/T 529-1999测定。邵A硬度按GB/T 531-1999测定。

具体结果如下表：

配方	1#	2#	3#
				拉伸强度/MPa	19.6	20.9	22.5
拉断伸长率/%	583	590	613
				定伸应力（50％）/MPa	1.4	2.2	3.7
定伸应力（100％）/MPa	2.0	3.3	4.8
				定伸应力（200％）/MPa	6.1	7.0	8.8
定伸应力（300％）/MPa	11.7	11.0	13.1
				撕裂强度/N·mm-1	64	68	75
硬度	64	67	69

从上表和图1可知：

2#即加入芳纶浆粕和1#未加芳纶浆粕相比，氢化丁腈橡胶的拉伸强度、断裂伸长率、50％定伸应力、100％定伸应力、200％定伸应力、撕裂强度和硬度有所提高，但提高不明显，且300％的定伸应力差别不大；可能是由于芳纶浆粕表面含有氨基，磺酸基，酰胺基和羧酸基等极性基团，使得芳纶浆粕与氢化丁腈橡胶的相互作用差，而芳纶浆粕之间相互作用，缠结、絮凝成线团状，使其在氢化丁腈橡胶中分散很差。

3#即加入改性芳纶浆粕和2#加入未改性芳纶浆粕相比，氢化丁腈橡胶的拉伸强度、断裂伸长率、50％定伸应力、100％定伸应力、200％定伸应力、300％的定伸应力、撕裂强度和硬度均有显著的提升；可能是由于改性芳纶浆粕中加入羟丙基-β-环糊精材料，该材料具有外部亲水内部亲油的特性，可以硬脂酸单甘油酯包覆于羟丙基-β-环糊精内，且外部通过共价键固化于芳纶浆粕表面，将该改性芳纶纤维加入氢化丁腈橡胶炼化，在炼化过程中，被包裹的具有分散效果的硬脂酸单甘油酯逐渐释放，并能有效改善芳纶浆粕与氢化丁腈橡胶的相互作用，提升芳纶浆粕在氢化丁腈橡胶中的分散性。

综上，通过加入本发明方法改性的芳纶浆粕，对氢化丁腈橡胶的力学性能的提高效果显著。

以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种芳纶浆粕改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

在溶剂中分别加入芳纶浆粕、偶联剂、脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂以及羟丙基-β-环糊精，所述芳纶浆粕占该溶液质量的15-35wt%，所述偶联剂占该溶液质量的2-5wt%，所述脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂占该溶液质量的2-5wt%，所述壳羟丙基-β-环糊精占该溶液质量的1-2.5wt%，搅拌使其分散均匀；

将上述混合溶液静置，80至120℃下干燥12-36h，得到干燥的改性芳纶浆粕材料。

2.根据权利要求1所述的一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH-590、KH-580、KH-570、KH-560或KH-550中一种。

3.根据权利要求1所述的一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃或卤代烷中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种芳纶浆粕改性橡胶的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸类或脂肪族酰胺类分散剂为乙烯基双硬脂酰胺或硬脂酸单甘油酯。

5.一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括100份的氢化丁腈橡胶、20至50份的炭黑、1至5份的过氧化二异丙苯以及0.5至2份改性芳纶。

6.根据权利要求5所述的一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括100份的氢化丁腈橡胶、30份的炭黑、1.5份的过氧化二异丙苯以及1份改性芳纶。

7.根据权利要求5或6所述一种芳纶浆粕增强橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

密炼步骤：所述密炼的起始温度为60℃，转子转速为60r/min；密炼0min时，加入氢化丁腈橡胶；密炼1min时，加入的一半炭黑和一半改性芳纶；密炼2.5min时，另一半炭黑和改性芳纶；密炼4.0min时，打开上顶栓清扫依次，密炼6.5min时，排胶；

开炼步骤：开炼机的辊距1.0mm时，加入过氧化二异丙苯，左右割胶4次；开炼机的辊距0.2mm时，打三角包5次；开练机的辊距1.6mm时，下片、停放。

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