棉短纖維預(yù)處理及其對(duì)三元乙丙橡膠復(fù)合材料的應(yīng)用研究.pdf

1、短纖維.橡膠復(fù)合材料(SFRC)具有高模量、高抗刺扎性、高撕裂強(qiáng)度、高尺寸穩(wěn)定性、抗蠕變等特點(diǎn)。但是短纖維在橡膠中分散困難以及界面粘合性不好一直是SFRC應(yīng)用上的兩大難題。尤其是未經(jīng)處理的棉短纖維(SCF)，由于氫鍵或原纖化作用而易于集束，在橡膠中難以均勻分散。 對(duì)于SCF補(bǔ)強(qiáng)橡膠復(fù)合材料的研究在以往未受到應(yīng)有的關(guān)注。近年來(lái)世界性的資源危機(jī)和生態(tài)問(wèn)題，使人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)以SCF為主的天然纖維增強(qiáng)高聚物復(fù)合材料的研究。 本

2、論文通過(guò)選擇多種分散劑和改性劑，采用簡(jiǎn)易而獨(dú)特的方法對(duì)SCF進(jìn)行預(yù)處理，并應(yīng)用于三元乙丙橡膠(EPDM)/SCF復(fù)合材料的制備。利用橡膠加工分析儀(RPA)和電子掃描電鏡(SEM)等現(xiàn)代分析測(cè)試方法，研究了預(yù)處理SCF對(duì)SFRC的結(jié)構(gòu)和性能的影響，并與木素纖維素短纖維和預(yù)處理尼龍短纖維進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。 研究結(jié)果表明： (1)使用合適的分散劑和改性劑并用，對(duì)廢舊SCF進(jìn)行預(yù)處理，改善了SCF在EPDM中的分散及其與EPDM

3、的粘合，明顯提高了SCF對(duì)EPDM的增強(qiáng)效果，而且預(yù)處理SCF對(duì)混煉膠的硫化特性和硫化膠的熱空氣老化性能沒(méi)有明顯的影響。 (2)在相同SCF用量情況下，與未處理SCF相比，分散劑FP(一種含有醚鍵和環(huán)氧基團(tuán)的化合物)預(yù)處理SCF增強(qiáng)SFRC的撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都有所提高，扯斷伸長(zhǎng)率基本保持不變；而分散劑FK(一種高級(jí)脂肪酸衍生物化合物)預(yù)處理SCF增強(qiáng)SFRC的定伸應(yīng)力有明顯提高，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度基本保持不變；分散劑FC(一種脂

4、肪酸酯磺酸鹽)、分散劑FJ(一種高級(jí)脂肪醇)處理的SCF增強(qiáng)的SFRC撕裂強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率有明顯的提高，但拉伸強(qiáng)度有所降低；分散劑FS、FZ預(yù)處理SCF的SFRC力學(xué)性能都明顯下降。分散劑的用量在2.5％～5.0％預(yù)處理SCF范圍就可以使SCF達(dá)到較好的分散效果。 (3)在相同SCF用量情況下，在2.5％～5.0％預(yù)處理SCF用量范圍內(nèi)，與未處理SCF相比，改性劑ZF(一種含有多硫鍵的硅烷偶聯(lián)劑)、改性劑GL(一種鈦酸酯偶聯(lián)劑)

5、和改性劑YQ(一種鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑)能提高預(yù)處理SCF與橡膠基質(zhì)的粘合性，其中改性劑ZF預(yù)處理SCF的SFRC力學(xué)性能提高最為明顯。 (4)在相同SCF用量情況下，與未處理SCF相比，分散劑FK與分散劑ZF并用以及分散劑FP、分散劑FC、分散劑FJ與改性劑YQ并用預(yù)處理SCF增強(qiáng)SFRC的撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都有明顯的增加。其中分散劑FK與改性劑ZF預(yù)處理SCF的SFRC扯斷伸長(zhǎng)率明顯降低，定伸應(yīng)力有較大提高。而分散劑FP、分散劑

6、FC、分散劑FJ與改性劑YQ并用預(yù)處理SCF的SFRC的扯斷伸長(zhǎng)率比未處理SCF的SFRC可提高2～3倍。 (5)在2.5～20.0phr用量范圍內(nèi)，與相同用量的預(yù)處理尼龍短纖維DN66、木素纖維素短纖維E-140相比，2.5％分散劑FC與2.5％改性劑YO并用預(yù)處理SCF的SFRC的拉伸強(qiáng)度最高，撕裂強(qiáng)度在預(yù)處理尼龍短纖維DN66、木素纖維素短纖維E-140的SFRC之間，扯斷伸長(zhǎng)率大于預(yù)處理尼龍短纖維DN66的SFRC，與木

7、素纖維素短纖維E-140的SFRC相當(dāng)。 (6)RPA分析表明，與未添加SCF和添加相同用量未處理SCF的SFRC相比，在相同其他條件下對(duì)溫度、頻率和應(yīng)變掃描，5.0％分散劑FK和5.0％改性劑ZF并用預(yù)處理SCF的SFRC混煉膠和硫化膠彈性模量有明顯的提高。 (7)SEM分析SFRC斷面結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未處理SCF在SFRC分散困難，與橡膠基質(zhì)粘合差；而5.0％分散劑FK與5.0％改性劑ZF、2.5％分散劑FC與2.5％改性