芳綸短纖維與三元乙丙橡膠界面粘合研究（可編輯）

1、 北京化。工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文目題 羞綸短紅絲皇三丞圣研究生哈侵筮赳直監(jiān)逾型?一業(yè)專絲魁型堂皇互程麥些?一二。一一年五月十二日期:日四朋啪北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明小人始盱:咧:所生交的學(xué)位論義,足本人征導(dǎo)帥的指導(dǎo)卜.,獨(dú)立:進(jìn)行研究:作所義褂的成果。除丈?已經(jīng)事明引川勺內(nèi)容外,術(shù)論文/龠仃, 他個(gè)人戈集已經(jīng)發(fā)喪或攢,;過的;?成果。對(duì)小義門研究做;。嬰 “尺,個(gè),、,:休,勺二:丈?以 朔力弋柏:。,小人:,個(gè)意州小?,:;律結(jié)小人承.,作者簽名:嗡艋垃:蟛日期:?型型衛(wèi)丘上墨一一關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文:者完全了解北京化二:大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:研究生在校攻讀學(xué)

2、位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬:匕京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤,允許學(xué)位論文被查閱和借閱;學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容,可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密論文注釋:本學(xué)位論文屬于保密范圍,在上年解密后適用本授學(xué)位論文數(shù)據(jù)集.學(xué)科分類號(hào)中圖分類號(hào)密 級(jí) 公開論文編號(hào)北京化工大學(xué)學(xué)位授予單位名稱學(xué)位授予單位代碼學(xué) 號(hào)哈得爾別克哈依沙作者姓名獲學(xué)位專業(yè)代碼材料科學(xué)與工程獲學(xué)位專業(yè)名稱研究方向 彈性體材料加工工程自選課題來源芳綸短纖維與三元乙丙橡膠界面粘合的研究論文題目芳綸短纖維,橡膠增強(qiáng),拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性,預(yù)處理,相對(duì)界面滑脫

3、能關(guān)鍵詞王? 開發(fā)研究論文類型論文答辯日期學(xué)位論文評(píng)閱及答辯委員會(huì)情況工作單位 學(xué)科專長(zhǎng)姓名 職稱高分子材料吳衛(wèi)東 講師 北京化工大學(xué)指導(dǎo)教師北京化工大學(xué) 高分子材料吳絲竹 教授評(píng)閱人北京化工大學(xué) 高分子材料劉力 教授評(píng)閱人評(píng)閱人評(píng)閱人評(píng)閱人北京橡膠工業(yè)研高分子材料張強(qiáng) 教授橢員蝴究設(shè)計(jì)院北京化工大學(xué) 高分子材料教授答辯委員 閏壽科北京化工大學(xué) 高分子材料教授答辯委員 劉力高分子材料教授 北京化工大學(xué)答辯委員 吳絲竹高分子材料副教授 北京師范大學(xué)答辯委員 董永強(qiáng)高分子材料北京化工大學(xué)盧詠來 教授答辯委員注:一.論文類型:.基礎(chǔ)研究.應(yīng)用研究.開發(fā)研究.其它二.中圖分類號(hào)在中國(guó)圖書資料分類法查詢

4、.?學(xué)科分類與代碼中三.學(xué)科分類號(hào)在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)/查詢.四.論文編號(hào)由單位代碼和年份及學(xué)號(hào)的后四位組成。芳綸短纖維與三元乙丙橡膠界面粘合的研究摘要芳綸足具有高強(qiáng)度,高模量,耐高溫,尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異的高性能產(chǎn)業(yè)化纖維,足芳香族聚酰胺纖維的總稱,它是一種有高度取向結(jié)晶微區(qū)的材料,具有一些缺陷和空隙,但沒有無定形區(qū)。由于分子鏈段中龐大苯環(huán)的位阻作用,酰胺基團(tuán)較難與其他原子或基團(tuán)發(fā)生作用,其表面缺少活性官能團(tuán),形成氫鍵能力較低,具有化學(xué)惰性,因次芳綸纖維同橡膠基體的粘合性很差。必須要對(duì)其表面進(jìn)行一定的改性處理使纖維表面粘合活性有效改善。本論文主要研究不同表面粘合預(yù)處理改性的芳綸短纖維對(duì)三元乙丙

5、橡膠的增強(qiáng)特性,期望與合作企業(yè)共同開發(fā)出高性能的預(yù)處理芳綸短纖維產(chǎn)品,重點(diǎn)探討了芳綸短纖維與三元乙丙橡膠之間界面粘合水平評(píng)價(jià)方法和界面粘合機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究了表面粘合預(yù)處理方法、芳綸纖維品種、纖維用量、短纖維長(zhǎng)度和混煉程度、纖維取向角度、纖維取向程度、外加直接粘合劑體系等因素對(duì)芳綸短纖維增強(qiáng)三元乙丙橡膠復(fù)合材料加工性能、拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性等機(jī)械力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)壓縮疲勞和等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能等性能的影響,研究結(jié)果表明:本文首次采用短纖維填充硫化橡膠拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線上的界面滑脫應(yīng)力與界面滑脫伸長(zhǎng)率乘積的/所得到的相對(duì)界面滑脫能,來對(duì)短纖維與基質(zhì)橡膠的界面粘合水平進(jìn)行評(píng)價(jià),研究發(fā)現(xiàn),纖維不同用量、不同取向程度和

6、取向角度、不同長(zhǎng)徑比等因素對(duì)相對(duì)界面滑脫能的數(shù)值影響不大,而表面粘合處理方法和外加直接粘合劑等因素對(duì)相對(duì)界面滑脫能的數(shù)值影響很大,綜合分析認(rèn)為,采用相對(duì)界面滑脫能完全能夠科學(xué)評(píng)價(jià)短纖維與基質(zhì)橡膠之間的界面粘合水平,同時(shí)對(duì)纖維骨架材料與橡膠之間界面粘合以及橡膠配方設(shè)計(jì)合理性提供了重要的評(píng)價(jià)方法;芳綸纖維表面經(jīng)過活化和浸漬處理,能夠明顯提高芳綸短纖維對(duì)橡膠的增強(qiáng)性能,活化液和處理液的配方和熱處理工藝對(duì)預(yù)處理芳綸短纖維表面粘合活性影響很大,通過本論文實(shí)驗(yàn)研究,為預(yù)處理芳綸短纖維產(chǎn)品科學(xué)應(yīng)用于汽車傳動(dòng)帶行業(yè)提供應(yīng)用基礎(chǔ);不同芳綸纖維品種對(duì)預(yù)處理的芳綸短纖維增強(qiáng)硫化膠的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性影響較大,尤其是預(yù)

7、處理的間位芳綸短纖維與三元乙丙橡膠之間界而粘合水平明硅好于預(yù)處理的對(duì)位芳綸短纖維,這為耐熱橡膠制釬行業(yè)提供,一利,新型耐高溫短纖維?種;纖維取向程度越高,芳綸短纖維填充的三元乙丙硫化膠的拉伸強(qiáng)度越大,斷裂仲長(zhǎng)率越低;纖維取向角度對(duì)芳綸短纖維填充的三元乙丙硫化膠的拉仲力學(xué)性能影響很大,但纖維取向程度和取向角度對(duì)相對(duì)界而滑脫能工的數(shù)值幾乎沒有影響。關(guān)鍵詞:芳綸短纖維,橡膠增強(qiáng),拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性,預(yù)處理,相對(duì)界面滑脫能舶 曲 ,曲?伽, ? , . , 平瑪 硒如, ., 如.,肋 ,/. , 、仃、 、腩 、 . : . 、, / . 彘 、 絕、 腩 肋 觚 . 如 . ,化:人幀。似滄艾. ,

8、氍略, , ? :. . , . ,., ; ,對(duì) .:心鋤肋,?,口錄目 錄第一章緒論.前言?.芳香族聚酰胺纖維的合成方法?.芳香族聚酰胺纖維的紡絲制備工藝?.芳香族聚酰胺纖維的兩步法制備工藝.芳香族聚酰胺纖維的一步法制備工藝.芳香族聚酰胺纖維直接成纖工藝.芳綸纖維的表面預(yù)處理方法?.芳綸纖維表面的物理改性?.芳綸纖維表面的化學(xué)改性?.短纖維與橡膠基質(zhì)界面粘合的評(píng)價(jià)方法?.測(cè)試?yán)w維與基質(zhì)材料的界面粘合強(qiáng)度的方法.掃描電鏡方法:?.投射電鏡方法.動(dòng)態(tài)粘彈譜的證明?.傅里葉變換紅外光譜差示放大?.“等效界面厚度”新概念?.纖維骨架材料與橡膠的粘合機(jī)理.纖維織物與橡膠的粘合?.芳綸纖維在橡膠工業(yè)中

9、的應(yīng)用?.芳綸在輪胎中的應(yīng)用.芳綸纖維在膠管中的應(yīng)用?.芳綸在傳動(dòng)帶、輸送帶中的應(yīng)用?:.芳綸在其他方面的應(yīng)用.論文選題的立論、目的和意義?.本課題難點(diǎn)分析?.預(yù)期的研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)第二章實(shí)驗(yàn)部分.實(shí)驗(yàn)原材料與配方?北京化人學(xué)碩:學(xué)位論義.實(shí)驗(yàn)原材料?. .實(shí)驗(yàn)配方?.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器?.實(shí)驗(yàn)加工工藝?.芳綸短纖維表面預(yù)處理工藝:.芳綸短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料試樣的制備?.性能測(cè)試及表征?.硫化膠常規(guī)力學(xué)測(cè)試.微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)測(cè)試.加工性能測(cè)試?.纖維與橡膠界面粘合測(cè)試評(píng)價(jià)方法?一第三章試驗(yàn)結(jié)果與討論.芳綸短纖維增強(qiáng)三元乙丙橡膠復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的研究?.前言.預(yù)處理芳綸短纖維的表面微觀結(jié)構(gòu)特征分析.

10、表面預(yù)處理方法對(duì)芳綸短纖維增強(qiáng)硫化膠拉伸力學(xué)性能影響研究?.纖維用量對(duì)芳綸短纖維增強(qiáng)硫化膠拉伸力學(xué)性能影響研究?.不同品種的預(yù)處理芳綸短纖維對(duì)增強(qiáng)硫化膠性能的影響研究?.不同長(zhǎng)徑比的預(yù)處理短纖維硫化膠的性能研究.纖維取向?qū)Ψ季]短纖維增強(qiáng)硫化膠性能的影響研究?.芳綸短纖維增強(qiáng)蹦膠料加工性能的研究?.芳綸短纖維與三元乙丙橡膠界面粘合水平的評(píng)價(jià)方法研究?.第四章結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝?.作者簡(jiǎn)介.研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文?.?”. 鉞, 助?“.印 撇.脅 鉚。一印?鋤丘 印. 印鋤舳舭舶. 撕?丘. 缸. 廿鋤舳鋤陷矗 毗. 缸幽。吼時(shí) . 缸. 齜瑚.丘.田 廿商. 舢 讞柏.丑 吐 韶.?”. 仃?

11、.?咖鋤冊(cè)矗砸.的觚撕. 懿”.“. 髓?. 矗.鋤丘. 巧?一.?.?. ,鋤?.?.舯,. 蚤錙吐?“鵲.疵 髓.北京化人學(xué)顧:學(xué)位論文.?.?一.?。?。.?.?.嘶.姍 舳 . 柏 耐.?. .。. 姐 潞?.舐耐 仇: .心舶. .?. 齜卸舶?. 】咖舳.?.?. . 角; .毹脅 矧.刪肋. 鋤 . 枷.?.腫?.:?】?一塑型型墮?一印北京化丁人學(xué)頌:學(xué)位論文嚶焚義縮。,;符沈主要英文縮寫符號(hào)說明釋 義縮寫符號(hào)?短纖維一橡膠復(fù)合材料芳綸短纖維表面經(jīng)活化一浸漬預(yù)處理的對(duì)位芳綸短切纖維表面僅經(jīng)活化預(yù)處理的對(duì)位芳綸短切纖維浸漬預(yù)處理的尼龍短切纖維掌. 表面未經(jīng)預(yù)處理芳綸短切纖維棗.

12、表面未經(jīng)預(yù)處理芳綸短切纖維表面經(jīng)活化預(yù)處理芳綸短切纖維.表面經(jīng)活化預(yù)處理芳綸短切纖維. 表面經(jīng)活化一浸漬預(yù)處理芳綸短切纖維? 表面經(jīng)活化一浸漬預(yù)處理芳綸短切纖維硫化膠%定伸應(yīng)力試樣拉伸屈服應(yīng)力拉伸屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)率硫化膠%定伸應(yīng)力相對(duì)界面滑脫能試樣拉伸方向平行于纖維取向方向向、向試樣拉伸方向垂直于纖維取向方向向、向橡膠焦燒時(shí)間橡膠正硫化時(shí)間硫化曲線最小轉(zhuǎn)矩硫化曲線最大轉(zhuǎn)矩三元乙丙橡膠白炭黑六亞甲基四胺一苯二酚一白炭黑粘合體系間苯二酚甲醛膠乳粘合體系,匕工化:人;訌論義?一一掃描予.微鏡動(dòng)念力學(xué)分析儀熱重分析儀訊。啊緒論第一章緒論.前言自從年脂肪族聚酰胺纖維的問世,世界工業(yè)用要以聚酰胺纖維為主,這類纖

13、維在各領(lǐng)域也發(fā)揮了很人的作用。直到世紀(jì)的年代,相繼出現(xiàn)了很多種聚酰胺的系列產(chǎn)品,這其中美國(guó)杜邦公司于年發(fā)明的纖維?聚間苯二甲酰間苯二胺,可以說是項(xiàng)最重大的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)該產(chǎn)品被稱之為一,后來商品化后下式改名為,在我國(guó)稱之為芳綸間位芳綸纖維。杜邦公司又在年發(fā)明了一種高性能聚合物纖維?聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺,當(dāng)時(shí)稱之為,后商品名改為,在我國(guó)稱之為芳綸對(duì)位芳綸纖維。在年,美國(guó)通商會(huì)統(tǒng)一將芳香族聚酰胺定名為心鋤用于區(qū)別脂肪族聚酰胺。由聚間苯二甲酰間苯二胺制造的纖維不會(huì)熔融,耐高溫性好。由聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺制造的纖維強(qiáng)度和模量都很高,也耐高溫。這兩種高性能纖維的丌發(fā)應(yīng)用使得纖維行業(yè)發(fā)生了很大的變化,最開始由

14、于生產(chǎn)芳綸纖維的工藝步驟復(fù)雜,無論是合成技術(shù)還是纖維紡絲工藝都是困擾其發(fā)展的原因,再加上芳綸短纖維的造價(jià)過高,無法應(yīng)用于民用領(lǐng)域,只在國(guó)防軍工領(lǐng)域應(yīng)用,市場(chǎng)需求量并不大。但隨著各國(guó)各公司對(duì)技術(shù)的掌握,出現(xiàn)不少公司競(jìng)相生產(chǎn)芳綸纖維使得芳綸纖維得到了飛速的發(fā)展,也從國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用到了民用領(lǐng)域。芳綸纖維開始在工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用到一些需要特殊性能和特殊要求的制品中,被人們稱之為特種纖維。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展芳綸纖維合成等技術(shù)研究得到很大的發(fā)展,引入了很多新的概念,例如剛性鏈大分子結(jié)構(gòu),高分子液晶理論,干濕法紡絲成形技術(shù)等,還有其他研究工作目前還在深入下去。芳綸的丌發(fā)應(yīng)用主要是在脂肪族聚酰胺研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,

15、在芳論纖維生產(chǎn)領(lǐng)域,有鄰,問,對(duì)三種芳綸纖維,其中對(duì)位芳綸商用價(jià)值最大,發(fā)展最快,同本、美國(guó)和歐洲等國(guó)家是主要的生產(chǎn)國(guó)家。世界芳綸纖維市場(chǎng)和關(guān)鍵技術(shù)也被這幾個(gè)國(guó)家所壟斷。出這些國(guó)家之外還有像韓國(guó),俄羅斯,德國(guó)等國(guó)家也在積極研發(fā)和生產(chǎn)芳綸短纖維。出現(xiàn)了一系列的芳綸產(chǎn)品,比如對(duì)位芳綸就有共聚型對(duì)位芳綸、紐世達(dá)等品牌讓。問位芳綸有、等品牌。這些芳綸系列產(chǎn)品性質(zhì)和用途與普通聚酰胺纖維有很大的區(qū)別。纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),并且對(duì)橡膠有良好的粘著力。”。我國(guó)對(duì)芳綸纖維的研究起步也較早,從起先后就有中科院化學(xué)所、上海市合成纖維研究所、晨光化工研究院、清華大學(xué)和東華大學(xué)等研究單位進(jìn)行了芳綸的研

16、發(fā),化丘化:人;。訌論爻工作。襯,七“”期,這些科研院所共刷承:了凼家火于芳香族聚酰胺樹脂的合成,紡絲等技術(shù)的:發(fā)和研究,并墩得了十 澎的托.:發(fā)和研制:.【:作的成功。先后于年和年分別通過了芳綸問位芳綸、芳綸對(duì)位芳綸的鑒定,產(chǎn)品性能接近國(guó)際水平。年山東氨綸股份有限公司通過技術(shù)攻關(guān),引進(jìn)俄羅斯先進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)建設(shè)了第一條芳綸生產(chǎn)線,產(chǎn)品質(zhì)量及性能達(dá)到了國(guó)際水平。填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空?。化足舊內(nèi)芳綸纖維產(chǎn)量枷陀能。九足?擾閑內(nèi)行業(yè)的火問題,目大部分需求還要靠進(jìn)口,原兇足多方而的仉主要是斟為國(guó)內(nèi)棚關(guān)技術(shù)不過關(guān),特別是工程化技術(shù)落后是關(guān)鍵?,再者就是美幽杜邦公叫、本帝人公司等國(guó)外大型國(guó)際公司對(duì)全球芳綸纖維產(chǎn)業(yè)

17、技術(shù)以及市場(chǎng)的壟斷。進(jìn)入世紀(jì)以來,隨著芳綸纖維應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,世界對(duì)芳綸纖維的需求量以每年%的速度在遞增。使得生產(chǎn)國(guó)家和廠家不斷提高生產(chǎn)能力,競(jìng)相擴(kuò)產(chǎn),芳綸纖維進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。隨著橡膠工業(yè)、纖維工業(yè)的發(fā)展以及人們對(duì)橡膠性能的加深,人們丌始研究利用橡膠與纖維材料的綜合性能來丌發(fā)更多的新型復(fù)合材料,這也是得芳綸短纖維應(yīng)用到了更多的領(lǐng)域,從而滿足了更多行業(yè)需要特殊性能要求的產(chǎn)品的丌發(fā)和研究婿。芳綸短纖維具有高強(qiáng)度、高模量。尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的性能,而橡膠作為很多復(fù)合材料的基質(zhì)材料也有其很多優(yōu)良的性能,比如本身獨(dú)特的彈性,氣密性和電絕緣性。橡膠基質(zhì)材料與纖維的這些優(yōu)異特性的結(jié)合將給復(fù)合材料帶來

18、很大的進(jìn)步,兩者有機(jī)結(jié)合又不失各自的特點(diǎn)這就是纖維增強(qiáng)橡膠基質(zhì)材料的最終目的。所以,如何將纖維與橡膠很好的粘合在一起一直是橡膠制品行業(yè)的難題之一。纖維作為理想的骨架材料,.現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于高級(jí)輪胎簾線、帶、高壓軟管、繩纜、密封墊和膠布等橡膠工業(yè)制品中嘲。短纖維作為橡膠工業(yè)的一種原材料,早在世紀(jì)年代就已經(jīng)得到應(yīng)用,國(guó)內(nèi)的吳貽珍等人在世紀(jì)年代丌始積極推廣短纖維應(yīng)用于傳動(dòng)帶底膠的配方設(shè)計(jì),目前已經(jīng)大量應(yīng)用于汽車傳動(dòng)帶的底膠配方中舊?;北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體研究中心周彥豪、張立群、吳衛(wèi)東等人自從年以來,就丌始了短纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能及其應(yīng)用的研究,先后研究了尼龍短切纖維?、聚酯短切纖維別、芳

19、綸短切纖維等直徑在微米之間的微米級(jí)短纖維以及具有獨(dú)特次微米超細(xì)短纖維結(jié)構(gòu)特征的芳綸漿粕纖維?砌等各種類型短纖維的預(yù)處理技術(shù)及其對(duì)不同基質(zhì)橡膠增強(qiáng)的橡膠復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能及其制備技術(shù)的研究。短纖維的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)自從年北京化工大學(xué)與黑龍江弘宇短纖維新材料股份有限公司合作丌始得到持續(xù)發(fā)展,陸續(xù)推出了基于高速攪拌表面直粘法專利技術(shù)的系列預(yù)處理尼龍短纖維產(chǎn)品、基于傳統(tǒng)浸漬粘合表面預(yù)處理技術(shù)的和系列的預(yù)處理短纖維產(chǎn)品、預(yù)處理的蘭棉短切纖維和高分散性棉粉短纖維系列產(chǎn)品等,目前又推出了適合于難粘合三元乙丙橡膠體系的高粘合性預(yù)處理尼龍短切纖維和芳綸短切纖維系列產(chǎn)品以及基于高速混合潤(rùn)滑隔離技術(shù)的預(yù)處理芳綸漿粕纖維系

20、列產(chǎn)品,不僅能夠滿足耐熱多鍥帶底膠配铘啦緒論合刈界粘合的苛刻要求,而且還能應(yīng)用于其它耐熱橡膠制品的配方設(shè)計(jì),比如耐高;輸送帶覆蓋膠、氫化丁腈橡膠汽車同步帶齒膠等等。本課題研究?jī)?nèi)容是對(duì)比研究國(guó)內(nèi)外不同表面預(yù)處理的芳綸短切纖維增強(qiáng)三元乙丙橡膠復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。探討芳綸短纖維的增強(qiáng)機(jī)理及其增強(qiáng)的橡膠復(fù)合材料的特殊性能。還對(duì)比研究了不同品種、不同用量、纖維不同取向、不同長(zhǎng)徑比刈纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料的性能影響,提出了采用“界面滑脫能評(píng)價(jià)方法來評(píng)價(jià)芳綸短纖維與橡膠界面粘合的牢固程度。.芳香族聚酰胺纖維的合成方法分子主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構(gòu)成,且其%的酰胺鍵與苯環(huán)相連,并且酰胺鍵上的氮原子以及羰基

21、與苯環(huán)上的碳原子置換出一個(gè)氫原子的高分子聚合物我們稱之為芳香族聚酰胺纖維。在我國(guó)稱之為芳綸纖維剛。圖卜芳綸纖維分類】舳.?自從芳綸纖維的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化后,對(duì)它的成形過程的研究一直沒有佃斷。大家都在尋求一種既簡(jiǎn)單,成本低,效益好的生產(chǎn)工藝。從芳綸的合成以及結(jié)構(gòu)方面的研究一直是研究的重點(diǎn)。芳綸成形研究中最多的是對(duì)位芳綸的合成工藝,目前主要以下幾種合成的方法界面縮聚合成法:界面縮聚法于年由美國(guó)杜邦公司發(fā)明。是兩種單體在兩個(gè)不相混溶的溶劑中即把對(duì)苯二甲酰氯溶解于與水不相溶的有:匕石化:人。學(xué)順:訌論文機(jī)溶劑中,對(duì)苯二胺溶解在水相中,當(dāng)兩種溶液相互混合時(shí),在相的界面就發(fā)生縮聚反應(yīng)牛成聚合物。兇為聚合物不溶

22、解在兩個(gè)溶劑艱,兇此以衫淀形式析?,在界新縮聚反應(yīng)時(shí),單體及聚合物等各相濃度是不同的。界面層是縮聚反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域,水相中高濃度的二胺向有機(jī)相擴(kuò)散,擴(kuò)散速率決定著縮聚的速度,在界面產(chǎn);卜聚合物的沉淀,其濃度最小。低溫溶液縮聚法:低溫溶液縮聚法足采用反應(yīng)活性大的單體如二:酰氯和胺。在非質(zhì)了:極性溶劑如、一甲麟吡符烷酮、六?鑒磷酰三胺等酰胺型溶劑,在溫和的條件下進(jìn)行縮聚反應(yīng)的辦法稱之為低泓溶液縮聚法。適合于反應(yīng)活性大,熱敏性高的單體,在室溫以下進(jìn)行反應(yīng),可以避免副反應(yīng)的發(fā)生,得到高的相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物,這個(gè)方法符合芳香族聚酰胺合成的要求。是目前工藝最成熟的合成芳綸纖維的方法。其工藝示意圖如下:圖卜

23、低溫溶液縮聚藝示意圖鋤.玎. 目前已工業(yè)化的,纖維的合成均采用此種方法。同本帝人公司是采取直接溶液紡絲引。國(guó)內(nèi)宋才生瞳砌等的研究采用對(duì)人體無害的:,做酸吸收劑,用這種方法得到的聚合物與采用吡啶作為酸吸收劑所得到的產(chǎn)物完全一致。固相縮聚制備方法:縮聚過程物料以固體形式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),得到高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物的方法稱之為固相縮聚,一般先把單體縮聚成低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物,再進(jìn)一步在高真空下或在惰性氣氛保護(hù)下加熱到熔點(diǎn)附近,發(fā)生鏈增長(zhǎng)的縮聚反應(yīng),這個(gè)方法在芳香族聚酰胺合成中用的很少比。酯交換反應(yīng)制備方法:工藝過程示意圖如下第。齲綃淪圖卜酯交換反應(yīng)制箭艿綸纖維:藝過槲示意圖 .?氣相聚合制備方法:工藝過

24、程示意圖如下圖氣相聚合制備芳綸纖維。:藝過程示意圖舳豫. 嬲 此法制得的芳香族聚酰胺,可以直接經(jīng)過干法,濕法或干一濕法紡絲制成芳香族聚酰胺纖維。直接低溫法制備對(duì)位芳綸:此方法是先將對(duì)苯二甲酸,三苯基膦六氯乙烷,吡啶三者混合,然后加入對(duì)苯二胺發(fā)生聚合反應(yīng)的過程。此反應(yīng)可在室溫下進(jìn)行,反應(yīng)生成的聚合物先用丙酮沈去副產(chǎn)物,過濾得到聚合物。聚合物用丙酮水洗后減壓干燥即可。六氯乙烷,單體羧基,三苯基膦三者摩爾比為.:.。.芳香族聚酰胺纖維的紡絲制備工藝.芳香族聚酰胺纖維的兩步法制備工藝美國(guó)杜邦公司的芳綸纖維用的就是兩步法制備工藝池,其簡(jiǎn)化工藝示意圖如下:北化:人;?；撐脑褏^(qū)互丑回?田一一圖卜芳綸纖維兩

25、步法紡絲:藝硝意劃.?.芳香族聚酰胺纖維的一步法制備工藝一步法制備芳香族聚酰胺纖維是在兩步法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法,此方法是由聚合物紡絲液直接進(jìn)行紡絲制纖維的新工藝手法。這種工藝方法紡絲制備出來的聚酰胺纖維本身結(jié)構(gòu)保護(hù)良好,能保持很好的強(qiáng)度和模量瞳,而且制備過程較兩步法簡(jiǎn)單,污染少,環(huán)保經(jīng)濟(jì)。.芳香族聚酰胺纖維直接成纖工藝直接成纖工藝與上面所述的一步法制備一樣制備工藝較簡(jiǎn)易,是不通過紡絲直接處理得到纖維的方法。此工藝國(guó)內(nèi)褚鳳奎等人有研究報(bào)道,他們用此方法制備對(duì)位芳綸纖維短纖維得到了很好的應(yīng)用。此方法主要是依據(jù)低溫溶液縮聚后的聚合物溶液在流動(dòng)過程中發(fā)生反應(yīng),隨著反應(yīng)的進(jìn)行聚合物分子量增大,分子鏈取向

26、凍結(jié)在凝膠中,再在沉析過程中直接成纖。此工藝過程可獲得一定長(zhǎng)徑比的短纖維,工藝過程主要受聚合物濃度、反應(yīng)過程中所加吡啶用量、.反應(yīng)過程中攪拌速度等影響,.圖卜對(duì)位芳綸直接成纖:藝流程. .芳綸纖維的表面預(yù)處理方法芳綸纖維是一種耐高溫,高模量,高強(qiáng)度,尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異的高性能產(chǎn)業(yè)化纖維,它是一種有高度取向結(jié)晶微區(qū)的材料,分子結(jié)構(gòu)具有一些缺陷和空隙,但沒有無定形區(qū)洶。由于分子鏈段中龐大苯環(huán)的位阻作用,酰胺基團(tuán)較難與其他原子或基團(tuán)發(fā)生作用,其表面缺少活性官能團(tuán),形成氫鍵能力較低,具有化學(xué)惰性,因而芳綸纖維同橡膠一?一筇啦緒淪基體的粘合性微籌舊,必須要對(duì)其表面進(jìn)行一定的改性處理使纖維表面粘合活性有效改善

27、?。.芳綸纖維表面的物理改性芳綸纖維:身糾構(gòu)內(nèi)限制,在增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)很雉與材料界面粘合良好,因此在復(fù)合材料叢質(zhì)與芳綸材料進(jìn)行粘合之前必須對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面預(yù)處理,主要是針對(duì)芳綸的惰性進(jìn)行表改性。目的就是增加芳綸材料的表面粗糙度或在芳綸材料表面上引入一些活性的官能團(tuán)。通過采用這些改性促進(jìn)芳綸材料表面活性的增加,提高芳綸與橡膠的粘結(jié)力,保證利用新的復(fù)合材料生產(chǎn)出的制品具備高的力學(xué)性能,具有較長(zhǎng)的使用壽命。芳綸纖維表面的物理改性方法主要是通過一些如冷等離子體、電子束、超聲波等高能離子體去轟擊纖維表面從而對(duì)纖維表面進(jìn)行刻蝕和清洗,此過程可以在纖維表面引入一些極性或活性反應(yīng)基團(tuán)而發(fā)生表面接枝反應(yīng),通過以

28、上各種方法的綜合作用可以改善芳綸纖維表面的物理和化學(xué)狀態(tài),從而使纖維與復(fù)合材料基體之間的相互作用加強(qiáng)。芳綸纖維表面的化學(xué)改性則是通過一些化學(xué)反應(yīng)硝化/還原、氯磺化在纖維表面引入活性或極性基團(tuán),這些活性基團(tuán)與復(fù)合材料基體通過極性作用或化學(xué)鍵合來提高纖維與復(fù)合材料基體之間的界面粘合強(qiáng)度。芳綸纖維表面物理改性方法目前最普遍的改性方法是等離子體表面改性方法。此方法目前可分為冷等離子體表面改性和等離子體表面接枝技術(shù)兩種,啪等人研究了用冷等離子體改性芳綸纖維表面,此方法改性后的芳綸纖維與橡膠界面的粘合效果得到了一定的改善。而且此方法改性過程中對(duì)纖維本身結(jié)構(gòu)保護(hù)良好,改性成本低,環(huán)保。 研究表明通過用氨氣,

29、氧氣進(jìn)行等離子體改性處理,同樣可以改善纖維與基質(zhì)橡膠的界面粘合強(qiáng)度。馴。另外一種等離子體表面接枝方法表面改性過程分為兩個(gè)階段,首先用等離子體對(duì)纖維表面進(jìn)行改性,然后與氣體接觸使單體發(fā)生接枝反應(yīng)。另外還有利用超聲波的超聲技術(shù)改性方法門以及射線輻照處理。他方法等。.芳綸纖維表面的化學(xué)改性芳綸纖維另外一類表面改性方法是表面化學(xué)改性方法,它是在纖維表面引入可與基質(zhì)材料或粘合劑反應(yīng)的活性基團(tuán),從而使纖維在與基體材料界面粘合時(shí)產(chǎn)生化學(xué)共價(jià)鍵,提高纖維與基質(zhì)材料的界面粘合性能。由于芳綸纖維表面因其分子結(jié)構(gòu)高度結(jié)晶,所以纖維表面比較光滑,缺少活性反應(yīng)基團(tuán),表面浸潤(rùn)性較差等原因影響纖維與基質(zhì)材料的界面粘合性能,

30、因此要對(duì)纖維表面進(jìn)行一定的化學(xué)改性處理?；瘜W(xué)改性處理是從芳綸分子結(jié)構(gòu)出發(fā),用一些強(qiáng)氧化劑在纖維表面產(chǎn)生刻蝕作用啪來預(yù)處理纖維化:人; 。訌論文表面,刻蝕作用使得纖維表詛結(jié)晶狀態(tài)遭到破壞,纖維表變得比以阿秈糙。這種卡糙的界面有利于纖維與橡膠牡質(zhì)良好的界面粘合。農(nóng)化。節(jié)刎蝕剮表化接枝灶化學(xué)改性方法常用的兩種方法。表面化學(xué)刻蝕改性方法改性芳綸纖維是利用?些化學(xué)試劑引起芳綸纖維表面的酰胺鍵發(fā)生水解反應(yīng),從而使得芳綸纖維表面變得孝燥,不再光滑,這種粗糙的界面有利于纖維與橡膠基質(zhì)良好的界而粘合。表面化學(xué)刻蝕和表面化學(xué)接枝是化學(xué)改性方法常用的兩種方法。化學(xué)改性方法中的表面刻蝕處理技術(shù)是用一些化學(xué)試劑,如酞胺

31、類試劑。和。例等人的研究采用了甲慕丙烯酰氯的溶液來對(duì)芳綸纖維表面進(jìn)行表面刻蝕處理,改性結(jié)果表明處理后的纖維表面比未處理的纖維表面更加粗糙,這種粗糙界面有利于纖維與基體復(fù)合材料之間的界面粘合。.。等人研究了采用乙酸酐作為化學(xué)刻蝕試劑來刻蝕預(yù)處理芳綸纖維表面,結(jié)果表明刻蝕后的纖維與基體材料的界面剪切強(qiáng)度有所提高。還有先用溴蝕刻阱刪纖維表面,再利用一些活性基團(tuán)接枝同樣可以使纖維表面變米糙,增加纖維與基質(zhì)材料間的剝離強(qiáng)度。有人先用二甲基亞砜和氫化鈉處理芳綸纖維表面,再接枝溴代乙酸,使得芳綸纖維與環(huán)氧樹脂間的層間剪切強(qiáng)度提高了近%。采用化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)芳綸表面進(jìn)行改性所需工藝條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。這

32、種方法在對(duì)材料強(qiáng)度要求不高的前提下是一種很好的表面改性方法。但這種方法反應(yīng)速度不好控制,很多時(shí)候容易破壞纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而使纖維表面與基質(zhì)材料界面粘合強(qiáng)度降低。另外一種化學(xué)改性方法是纖維表面化學(xué)接枝技術(shù),它是芳綸表面化學(xué)改性方法中應(yīng)用最多的技術(shù)。此技術(shù)是將一些反應(yīng)活性基團(tuán)或者相容性分子連接到芳綸分子鏈上,從而增加芳綸纖維表面的反應(yīng)活性、相容性和表面浸潤(rùn)性。改善其與基質(zhì)材料間的粘合性能。根據(jù)芳綸纖維表面接枝不同的活性官能團(tuán),表面接枝技術(shù)可以分為一下兩大類:第一類是接枝反應(yīng)發(fā)生在芳香族苯環(huán)上的接枝技術(shù),這一過程苯環(huán)上有硝化還原反應(yīng)和氯磺化反應(yīng)兩種接枝反應(yīng)。第二類是發(fā)生在芳香族聚酰胺酰胺鍵上的水解和

33、金屬化兩種接枝反應(yīng)。表面接枝技術(shù)改性就是一種通過在纖維表面引入一些活性官能團(tuán)和活性基團(tuán),使它們與基質(zhì)材料表面發(fā)生反應(yīng)從而提高纖維與基質(zhì)材料的界面粘合強(qiáng)度的一種方法。鋤 伽等人研究了采用不同的硝化介質(zhì),不同的還原劑表面預(yù)處理芳綸纖維,從而使芳綸纖維與復(fù)合材料的界面粘合強(qiáng)度有所提高。氯磺化反應(yīng)也是一種往芳綸表面接枝一些極性基團(tuán)的反應(yīng),是一種發(fā)生在苯環(huán)上的取代反應(yīng),這種反應(yīng)首先是在纖維表面引入反應(yīng)基團(tuán)一,而此基團(tuán)接著與一些活性官能團(tuán)發(fā)生接枝反應(yīng)從而使纖維表面反應(yīng)活性增加。芳香族聚酰膿纖維表面分子中酰胺鍵上的氫鍵很容易被一些親電基團(tuán)所取代從而在纖維表面引入了一些可改善纖維表面活性的極性基團(tuán)。這些基團(tuán)可

34、提高纖維與基體材料的界面粘合強(qiáng)度。.門等人研究了在對(duì)位芳綸纖維表面接枝上己胺,結(jié)果發(fā)現(xiàn)芳綸纖維表?筇齲緒淪碡引入了胺基,可.娃著提高纖維與基質(zhì)材料日的界面粘合強(qiáng)度。除,:述辦法之外還彳.諍涂敷浸漬液及膠乳的纖維表面改性方法,纖維表面進(jìn)行涂覆浸漬液及膠乳的過程就是用一些涂覆劑或者膠乳等聚合物在纖維表面涂層處理,使得纖維與基體形成良好的粘合界面。常用于表面涂覆處理的聚合物溶液有:問苯二酚一甲醛一膠乳浸漬液、由間苯二酚、六貶甲基四胺、自碳黑、氧化鋅、硬脂酸、硫磺、促進(jìn)劑、促進(jìn)劑配制而成、甲蔡丙烯酰氯化物等。用浸漬液處理纖維表麗時(shí),乳液中的膠乳分子通過御朗運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散到纖維表面,增加了纖維表面的粗糙度,這

35、些膠乳提高了纖維與基體材料粘合層的柔性,使得纖維不易團(tuán)聚。而問苯二酚與甲醛聚合生成了具有一定粘合作用的酚醛預(yù)聚體,而這個(gè)預(yù)聚體的一端會(huì)吸附在膠乳的表面,一端會(huì)與纖維表面的一些活性基團(tuán)相結(jié)合,這樣一來可明顯提高纖維與復(fù)合材料基質(zhì)材料的界面粘合程度剴。宋月賢等人幻用研究開發(fā)的環(huán)氧樹脂改性浸漬液來處理芳綸簾線,處理后的簾線粘合活化效果得到了明顯提高。還有一些采用偶聯(lián)劑處理纖維表面也能使得纖維表面與復(fù)合材料的界面粘合強(qiáng)度提高們。還有一種采用物理與化學(xué)相結(jié)合的方法:先采用丫射線輻照,再在材料表面進(jìn)行化學(xué)接枝。國(guó)際著名的大公司如杜邦公司、日本帝人公司均采用化學(xué)的處理方法。.短纖維與橡膠基質(zhì)界面粘合的評(píng)價(jià)方

36、法短纖維增強(qiáng)橡膠基質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用研究早在二十世紀(jì)六七十年代就開始了,美國(guó)孟山都公司與年發(fā)表了第一個(gè)“纖維素補(bǔ)強(qiáng)彈性體”的專利,并成功將其應(yīng)用到膠管等橡膠制品中。在橡膠工業(yè)發(fā)展過程中,短纖維的應(yīng)用范圍越來越廣泛,橡膠制品行業(yè)中幾乎都能見到纖維增強(qiáng)橡膠基質(zhì)的產(chǎn)品。尤其是近幾年,短纖維應(yīng)用廣泛深入的輪胎行業(yè)中,對(duì)纖維補(bǔ)強(qiáng)輪胎的研究特比較突出,輪胎行業(yè)里短纖維的應(yīng)用包括不同類型的輪胎,比如特種輪胎、工程越野輪胎以及高性能飛機(jī)子午線輪胎等,對(duì)輪胎的補(bǔ)強(qiáng)部位也幾乎包括了輪胎的所有部位副。短纖維補(bǔ)強(qiáng)材料長(zhǎng)用短纖維主要有尼龍、芳綸、聚酯、玻璃纖維以及美國(guó)孟山都公司的纖維素纖維。這些纖維因其各自結(jié)構(gòu)和性能的不

37、同與橡膠基質(zhì)材料粘合性能也不同,纖維素纖維因其表面含有羥基等活性基團(tuán),較容易與橡膠基質(zhì)粘合,是一種很好的補(bǔ)強(qiáng)短纖維。芳綸,聚酯等合成纖維因其表面光滑,缺少反應(yīng)活性基團(tuán)故粘合性比較差,在與橡膠基質(zhì)材料粘合時(shí),事先要進(jìn)行一定的表面活化或者浸漬預(yù)處理才能達(dá)到很好的粘合效果引。而玻璃纖維等無機(jī)纖維比較脆,加工過程中容易斷裂影響補(bǔ)強(qiáng)效果,因此對(duì)此類纖維的補(bǔ)強(qiáng)對(duì)加工工藝要求比較嚴(yán)格引。短纖維增強(qiáng)橡膠基質(zhì)材料有很多種特性,主要取決于纖維品種、纖維長(zhǎng)徑比、纖.:糸化:人。形淪義維補(bǔ)強(qiáng)用量份數(shù)、纖維取向程度、橡膠膠種以及纖維.橡膠基質(zhì)材料的朱合力等?！咀钪饕膯栴}是短纖維在橡膠基質(zhì)材料的分敞性和袖合、題,解決分

38、敞、題之后,粘合問題就成了重中之重。纖維與復(fù)合材料基質(zhì)材料的粘合界面層對(duì)復(fù)合材料的粘合性能有很人的影響,長(zhǎng)期以來也是人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。纖維表面活性的不同使得添加的纖維與基質(zhì)之州的粘合界面層粘合作用也不同,這種界面層的結(jié)構(gòu)和性能與其他聚合物界而層組分不同。我們可以從纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抗溶脹性能以及力學(xué)性能拉仲應(yīng)力一應(yīng)變曲線的好壞可初步看出短纖維與橡膠基質(zhì)的粘合性能。表面經(jīng)過預(yù)處理的短纖維與復(fù)合材料基質(zhì)之間存在有物理或者化學(xué)作用的粘合作用帕:短纖維與橡膠基質(zhì)復(fù)合材料的界面粘合作用及其表征已有很多種方法。.測(cè)試?yán)w維與基質(zhì)材料的界面粘合強(qiáng)度的方法工業(yè)制備過程中直接測(cè)定短纖維與橡膠的粘合性比較困難,

39、采用與短纖維同材質(zhì)的片材并對(duì)其表面進(jìn)行粘合劑預(yù)處理,然后與橡膠膠片疊合硫化成試樣,通過測(cè)定試樣片材與橡膠的剝離強(qiáng)度來考察短纖維與橡膠基質(zhì)的粘合強(qiáng)度;或者用同材質(zhì)的簾線對(duì)其進(jìn)行表面粘合預(yù)處理,再利用單根簾線做抽出試驗(yàn),通過測(cè)定簾線與橡膠的抽出強(qiáng)度來進(jìn)行判斷。例如王作齡等人研究的由氮等離子體表面預(yù)處理后的聚酯片橡膠的剝離強(qiáng)度比未經(jīng)預(yù)處理的聚酯片大。王衛(wèi)東等人研究跚利用長(zhǎng)絲簾線進(jìn)行抽出試驗(yàn)考察了表面經(jīng)不同粘合預(yù)處理的短纖維和橡膠的粘合作用,結(jié)果顯示經(jīng)表面粘合處理的尼龍短纖維與橡膠基質(zhì)粘合強(qiáng)度大于未粘合處理的尼龍纖維。.掃描電鏡方法此方法是采用掃描電鏡直接觀察纖維補(bǔ)強(qiáng)橡膠基質(zhì)復(fù)合材料硫化膠拉伸斷面掃描

40、電鏡圖進(jìn)行判斷的方法。未經(jīng)預(yù)處理的短纖維如尼龍短纖維、芳綸短纖維等,表面非常光滑,表面活性較差難以與橡膠基質(zhì)材料粘合牢固,但短纖維經(jīng)預(yù)處理后環(huán)氧異氰酸酯活化,浸漬液等方法,與橡膠基質(zhì)之間就會(huì)發(fā)生粘合和共硫化反應(yīng),形成牢固的粘合界面層啼。通過纖維增強(qiáng)橡膠基質(zhì)硫化膠拉伸斷面掃描電鏡照片,我們可以看出表面未經(jīng)預(yù)處理的短纖維補(bǔ)強(qiáng)的短纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料硫化膠拉伸斷面,在基質(zhì)橡膠表面可看到有很多形狀規(guī)則光滑的圓孔,這些是短纖維從基質(zhì)橡膠中被拔出來后留下的孔洞,而且發(fā)現(xiàn)被拔出來的短纖維的表面無附膠,這說明表面未處理的短纖維與橡膠基質(zhì)問的粘合性很差,粘合界面強(qiáng)度很弱。而表面經(jīng)過活化一浸漬等預(yù)處理后的短纖維的

41、復(fù)合材料硫化膠拉伸斷面,幾乎看不到光滑的孔洞,即使有一些孔洞但其周圍能看到有明顯受力變形的痕跡,有些短纖維還被拔斷了,短纖維的表面附一?一訛啦緒論著有一定的璀質(zhì)膠,這說明了經(jīng)活化一浸漬等預(yù)處理后的短纖維與橡膠基質(zhì)界面粘合誕好,界而粘合層有很姒的粘合強(qiáng)度。.投射電鏡方法此方法啞是將采用法表預(yù)處理的聚酯短纖維添加到三元乙丙橡膠和聚內(nèi)烯的共混熱塑性彈性體中,用透射乜顯微鏡觀察其粘合界面層的粘合情況,可以發(fā)現(xiàn)投射電子顯微鏡所照來的照片垠有黑白區(qū)域,且很明顯。我么可以對(duì)比照片中的右上角和左上角黑白區(qū)域來區(qū)別纖維、連續(xù)相的界面。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)短纖維與橡膠之間有非常明顯的界面粘合層,可通過用四氧化鋨對(duì)橡膠

42、基質(zhì)染色使得纖維與橡膠基質(zhì)問的界面粘合層能很好的觀察到。觀察到的結(jié)果也說明了短纖維與橡膠之間的粘合界面層很牢固。.動(dòng)態(tài)粘彈譜的證明此方法是用經(jīng)表面預(yù)處理后的短纖維補(bǔ)強(qiáng)橡膠基質(zhì)復(fù)合材料地,通過與溫度的關(guān)系,可以測(cè)試硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,考察內(nèi)耗正切看到在內(nèi)耗正切廬與溫度關(guān)系曲線附近出現(xiàn)了一個(gè)新的小峰,該內(nèi)耗峰是粘合界面峰,這是因?yàn)槎汤w維與橡膠基質(zhì)材料之間存在粘合界面層,而此界面影響了界面層鄰近的大分子運(yùn)動(dòng)而形成了新阻尼機(jī)理。.傅里葉變換紅外光譜差示放大此方法是在短纖維補(bǔ)強(qiáng)橡膠的混煉膠中抽取經(jīng)法表面預(yù)處理的短纖維,把它與肌行純短纖維表面未經(jīng)預(yù)處理比較,通過誠(chéng) 們觀察它們的圖譜,粗略地看圖譜基本上一致

43、,是典型的尼龍一紅外光譜圖,這就能說明短纖維經(jīng)過與橡膠混煉后,預(yù)處理短纖維的表面粘合層變薄了。但是當(dāng)將圖譜經(jīng)差示放大后發(fā)現(xiàn),除了短纖維的特征基團(tuán)以外,從混煉膠中抽取的短纖維表面有新的基團(tuán),它們是纖維表面早預(yù)處理時(shí)粘合劑成分與短纖維表面起反應(yīng)從而在短纖維表面產(chǎn)生的粘合劑基團(tuán),這也能說明纖維表面預(yù)處理后粘合界面層是如何形成的。.“等效界面厚度新概念短纖維與橡膠基質(zhì)之間粘合時(shí)會(huì)形成具有一定厚度和強(qiáng)度的粘合界面層,纖維與相較之間會(huì)有一個(gè)過渡層存在,為了定量地評(píng)估這過度層的粘合強(qiáng)度,周彥豪等腳,人提出了等效界面厚度這個(gè)新概念,他們認(rèn)為就是這個(gè)過渡層導(dǎo)致了短纖維,匕糸化:人。跚吹一化淪義增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料性

44、能的變化,可近似地認(rèn)為是由短纖維半徑增火起的。楸掂復(fù)合材料的微觀力學(xué)有對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,短纖維取向方向的儲(chǔ)能校.進(jìn)以及矩纖維體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系應(yīng)符合.方程,再有實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的不同短纖維體積分?jǐn)?shù)和橡膠摹質(zhì)的儲(chǔ)能模量以/吼一/阱/對(duì)。作圖,求出直線斜率,可推導(dǎo)和算出。研究表明,表面經(jīng)預(yù)處理的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比表而未經(jīng)預(yù)處理的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的大很多,而且的值赴隨玨度升高而下降的,這可能是因?yàn)闇囟鹊奶岣邥?huì)使界面發(fā)生層軟化或者被破壞的原兇睇。.纖維骨架材料與橡膠的粘合機(jī)理在橡膠工業(yè)中,粘合是一項(xiàng)極其重要的技術(shù),因?yàn)檎澈侠喂膛c否直接影響著橡膠制品的質(zhì)量。粘合是兩種物體接觸界面問的一種現(xiàn)象,已為人

45、們所熟悉和利用。在橡膠工業(yè)中,粘合是指橡膠與橡膠或橡膠與其它異質(zhì)材料表面相接觸,靠分子問范德華力物理作用或化學(xué)鍵作用所產(chǎn)生的結(jié)合瞄引。粘合的方法目前主要有硬質(zhì)膠法、鍍銅法、膠粘劑法和直接粘合法四種。硬質(zhì)膠法和鍍銅法是較早用于解決橡膠與金屬粘合問題,至至今仍有使用價(jià)值,并且還在繼續(xù)深化。膠粘劑法是當(dāng)前最常用的一種粘合方法,它能將不易粘合的橡膠與橡膠以及橡膠與其它材料牢固地粘合在一起,且能得到性能優(yōu)良的粘合件,解決了前兩種無法解決的粘合問題,在橡膠粘合工藝中得到了廣泛的應(yīng)用。直接結(jié)合法是年代出現(xiàn)的新方法,此法是橡膠中加入某些增粘劑后,使橡膠在熱硫化過程中直接與金屬或織物等產(chǎn)生牢固的粘合,因而可省去

46、浸漬或涂膠的繁瑣工藝,消除膠粘劑施工過程中帶來的溶劑毒性和溶劑的浪費(fèi),是一種很有前途的粘合方法,但不適用于硫化膠的粘合。從膠粘劑的應(yīng)用開始,人們就非常重視粘合理論的研究,許多科學(xué)工作者從不同的實(shí)驗(yàn)條件出發(fā),提出了一系列對(duì)粘合現(xiàn)象的解釋,盡管這些理論到目前還沒有基本統(tǒng)一和完滿的結(jié)論,但這些理論都能不同程度地解釋一些粘合現(xiàn)象,并在實(shí)際應(yīng)用中起到一定的理論指導(dǎo)作用,對(duì)于提高粘合強(qiáng)度和粘合技術(shù)具有十分重要的意義。在提出粘合理論之前首先我們得知道產(chǎn)生粘合的條件?浸潤(rùn)或者叫潤(rùn)濕。兩種材料之間無論是“自粘相同材料之問的粘合還是“互粘不同材料之間的粘合,如果兩相之問能達(dá)到完全分子接觸,單靠范德華力就能夠獲得足

47、夠的粘合力,可是在實(shí)際情況下很難達(dá)到完全的分子接觸,這就牽涉到兩種材料間接觸界面的相互潤(rùn)濕問題。要獲得較理想的粘附力,界面間的良好潤(rùn)濕是必要的條件。一般可以用一滴液體滴在固體表面上所產(chǎn)生的現(xiàn)象來說明浸潤(rùn),當(dāng)液滴在某一接觸角。建立平衡時(shí)如圖.液滴在固體表面上平衡示意圖所示,根據(jù)久普利方程:?丫?丫式中固體與液體之間的粘附力夠啊緒論?氣體介質(zhì)中的固體表面張力丫?固體介質(zhì)巾的液體襲麗張力一固體與液體相接觸的表面張力圖卜液滴住體表面上平衡示意圖嘲 堙.從圖卜可知,當(dāng)三個(gè)張力達(dá)到平衡時(shí),和丫的差值可以通過潤(rùn)濕角求出:?丫丫?木秒將式卜帶入式卜得:卜爿臼從式卜可以看出:當(dāng)時(shí),則:卜爿“:札在這種情況下,固

48、體表面完全被液體所潤(rùn)濕。這是達(dá)到最好的粘附力的必要條件。從式卜看出,當(dāng)。時(shí),則:卜鼎一在這種情況下,固體表面完全不潤(rùn)濕,粘附力等于。從式卜看出,當(dāng)。時(shí),則:卜爿在這種情況下,固體表面部分潤(rùn)濕,粘附力居于前兩者之間。從上面的討論中可見,當(dāng)時(shí),乩達(dá)到最大值?？墒?這個(gè)值還是相當(dāng)小的。因此,兩相界面間產(chǎn)生強(qiáng)大的粘附力,用浸潤(rùn)就難于解釋。如玻璃纖維或無機(jī)填料用硅烷類偶聯(lián)劑處理后,其界面的張力急劇下降,但粘附力卻大大增加。由此可見浸潤(rùn)尚不能全部揭示粘附的本質(zhì)。浸潤(rùn)只是構(gòu)成粘合結(jié)構(gòu)的必要條件,但不是唯一的條件,更重要的是被粘附材料問有較大的分子間力,這種分子問力的來源可以是多樣的,而以化學(xué)力為最強(qiáng)。不少研

49、究學(xué)者從各種不同角度進(jìn)行了研究,歸納起來有如下幾種粘合理論:機(jī)械理論,此理論認(rèn)為,任何材料表面都不可能是絕對(duì)光滑、平整的。在粘合過程中,由于橡膠或膠粘劑具有流動(dòng)性和對(duì)固體材料表面的浸潤(rùn)性,很容易滲入材料表面的微小空隙和凹陷中。當(dāng)橡膠或膠粘劑硫化后,就被“鑲嵌”在孔隙中,形成了無數(shù)微小的“銷釘”,將兩個(gè)被粘合物連接起來。吸附理論,吸附理論認(rèn),匕工化:人學(xué)塒學(xué)化論文為,粘合作用是山粘合界面上的分子接觸并產(chǎn)生次價(jià)力所引起的。當(dāng)橡膠或膠粘刷分子與被粘物表面分距離接近以下時(shí),次價(jià)力便,:始起作用,這種作川隨距離的縮短而增加。化學(xué)鍵理論,此理論認(rèn)為,某些橡膠或膠粘劑與被粘物表面能夠形成化學(xué)鍵。化學(xué)鍵是分子

50、原子問的引力,它比一般的分子問的范德華力大卜個(gè)數(shù)量級(jí)。這種化學(xué)鍵對(duì)于粘合力,特別是對(duì)粘合界面抵抗老化的能力是有貢獻(xiàn)的。近年來廣泛應(yīng)】的硅烷偶聯(lián)劑“講,就是基于這?理論研制成功的。這利,偶聯(lián)荊既可以和橡膠或膠粘劑起化學(xué)反應(yīng),又能夠與被粘物分子起化學(xué)反邂,形成牢固的化學(xué)鍵。 擴(kuò)散理論,擴(kuò)散理論認(rèn)為產(chǎn)生粘附力的主要因素是粘合表面的分子相互擴(kuò)散。如膠粘劑涂于可被它溶解或溶脹的高分子表面時(shí),界面附近將逐漸形成膠粘劑與被粘高分子相互“交織”的擴(kuò)散層,其粘合強(qiáng)度隨著時(shí)間的增加和溫度的升高而增至最大值。如果膠粘劑和被粘物同屬一種高分子,這種擴(kuò)散作用就容易進(jìn)行,甚至?xí)构桃航缑嫦?這種現(xiàn)象稱之為高分子的自粘嘞。靜電理論,此理論認(rèn)為橡膠或膠粘劑和被粘物表面具有