新型預(yù)處理芳綸短切纖維系列產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用

1、優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔PAGEPAGE10優(yōu)選文檔PAGE新式預(yù)辦理芳綸短切纖維系列產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用朱新軍哈德爾別克許濤王文波欽煥宇吳衛(wèi)東（1.黑龍江弘宇短纖維新資料股份有限公司富錦457100；2.北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體資料研究中心北京100029）大綱：本文比較研究了各種表面粘合預(yù)辦理浸漬液配方和工藝對不同樣廠家生產(chǎn)的對位芳綸長絲和間位芳綸長絲纖維進(jìn)行表面預(yù)辦理獲取的預(yù)辦理芳綸短切纖維對三元乙丙橡膠（）的增強(qiáng)性能，經(jīng)過研究為高性能芳綸短切纖維系列產(chǎn)品的開發(fā)及其在耐熱橡膠傳動帶中的詳盡應(yīng)用供應(yīng)參照，同時(shí)比較研究了外國同類產(chǎn)品的性能。研究結(jié)果表示，采用特其他活化浸漬辦理液系統(tǒng)和熱辦理工藝可以有效改進(jìn)

2、預(yù)辦理芳綸短切纖維與三元乙丙橡膠之間的界面粘合水平。要點(diǎn)詞：芳綸纖維預(yù)辦理短纖維界面粘合傳動帶序言芳綸（芳香族聚酰胺纖維）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新式高性能產(chǎn)業(yè)纖維，芳綸纖維主要分為兩種：間位聚酰胺纖維（meta-aramidfiber,國內(nèi)名稱芳綸1313）和對位聚酰胺纖維（para-aramidfiber,國內(nèi)名稱芳綸1414）。間位芳綸擁有優(yōu)異的熱牢固性、阻燃性、電絕緣性、化學(xué)牢固性以及耐輻射性等，但模量和強(qiáng)度明顯不如對位芳綸，對位芳綸擁有較好的耐熱性、高彈性模量、高強(qiáng)力及很好的尺寸牢固性等。芳綸纖維是橡膠工業(yè)理想的骨架資料之一，由于其擁有很高的取向度和結(jié)晶度，并且沒有無定形區(qū)，

3、而分子鏈段中有大量苯環(huán)，位阻較大，因此酰胺基團(tuán)較難與其他原子或基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反響，因此對于芳綸纖維表面進(jìn)行粘合浸漬預(yù)辦理比較困難，預(yù)辦理的芳綸纖維與橡膠基質(zhì)的界面粘合相對較差一些?；诖藝鴥?nèi)外專家學(xué)者對芳綸纖維的表面粘合改性進(jìn)行了大量研究，目前表面涂層辦理方法在工業(yè)中已經(jīng)獲取廣泛的應(yīng)用。近來弘宇新材-北化短纖維預(yù)辦理技術(shù)研究中心進(jìn)行了高性能芳綸纖維表面粘合預(yù)辦理技術(shù)的開發(fā)，在多年尼龍、聚酯、棉纖維的表面預(yù)辦理技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)上，采用先活化再RFL增粘辦理的二浴法浸漬預(yù)辦理技術(shù)，不但在第一浴的纖維表面活化預(yù)辦理技術(shù)進(jìn)步行改進(jìn)，更在第二浴的RFL增粘預(yù)辦理配方和工藝方面進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，可滿足不

4、同樣橡膠基體特別是表面難以粘合的非極性三元乙丙橡膠（EPDM）對粘合性能的特別要求?；谏鲜黾夹g(shù)開發(fā)的預(yù)辦理芳綸短切纖維系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于氯丁橡膠CR、EPDM、氫化丁腈HNBR等橡膠基的汽車傳動帶壓縮層膠料的配合中，可以明顯提高壓縮層膠料的抵抗側(cè)向壓縮變形能力，同時(shí)由于與基體橡膠之間擁有優(yōu)異的界面粘合水平，提高了傳動帶的高溫疲倦使用壽命。其他，目前在國內(nèi)外市場上還沒有經(jīng)過預(yù)辦理的間位芳綸短纖維產(chǎn)品，盡管間位芳綸纖維的模量和強(qiáng)度比對位芳綸要差很多，但由于間位芳綸纖維表面更易于增粘預(yù)辦理以及耐熱性與對位芳綸相當(dāng)，經(jīng)過上述技術(shù)開發(fā)的預(yù)辦理間位芳綸短纖維產(chǎn)品對照于目前市場上的各種預(yù)辦理對位芳綸短纖

5、維產(chǎn)品，與各種基體橡膠之間擁有更好的界面粘合水平。本文比較研究了各種表面粘合預(yù)辦理浸漬液配方和工藝對不同樣廠家生產(chǎn)的對位芳綸、間位芳綸纖維進(jìn)行表面預(yù)辦理獲取的預(yù)辦理芳綸短切纖維對三元乙丙橡膠（）的增強(qiáng)性能，希望為高性能芳綸短纖維產(chǎn)品的開發(fā)及其在耐熱橡膠傳動帶中的詳盡應(yīng)用供應(yīng)參照。實(shí)驗(yàn)部分原資料及配方：實(shí)驗(yàn)采用黑龍江弘宇短纖維新資料股份有限公司生產(chǎn)的三種不同樣表面粘合水平的預(yù)辦理對位芳綸和間位芳綸短切纖維共六種產(chǎn)品：-未辦理；-老例粘合辦理；-高活性粘合表面辦理,間位芳綸，對位芳綸，短纖維長度均為1mm；作為比較還采用了外國廠家生產(chǎn)的纖維長度為1毫米的芳綸短切纖維DCAF-1以及弘宇公司生產(chǎn)的1

6、毫米長的高活性尼龍66短切纖維HFN66-1。EPDM橡膠配方為：EPDM4045：100；SA：；ZnO：；S:；促進(jìn)劑M：；促進(jìn)劑TT:；促進(jìn)劑BZ:；白炭黑silica：20；短纖維：變量。2加工工藝及試樣制備：采用開煉機(jī)混煉，第一將除了短纖維以外的生膠和配合劑在米輥距下混煉制備出一段EPDM母膠（可一次性混煉出10-20個(gè)測試配方需要的混煉膠量），依照配方用量，1毫米輥距下一段母膠包輥后加入配方用量的芳綸短切纖維進(jìn)行混煉，基散均勻后，打三個(gè)三角包、三個(gè)卷，爾后出1毫米的膠片對折成2毫米的混煉膠拉伸樣除了特別注明取向角度外，需要嚴(yán)格依照拉伸方向與開煉機(jī)壓延方向一致進(jìn)行混煉膠片1毫爾后本分

7、片，的剪裁；平板硫化制樣，硫化時(shí)間依照硫化特點(diǎn)曲線顯示的t90時(shí)間再加5分鐘；拉伸力學(xué)性能測試依照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，除了特別注明外，拉伸沿纖維取向方向進(jìn)行（取向角為0度，MD方向）。性能測試及表征：硫化膠的拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能、撕破強(qiáng)度、硬度等靜態(tài)力學(xué)性能的測試均依照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，拉伸性能按GBT528-1998測試；撕破強(qiáng)度按GBT529-1999測試，直角型試樣；邵爾A型硬度按GBT531-1999測試；采用深圳新三思試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的CMT4104型全能資料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測試，芳綸短纖維表面微觀結(jié)構(gòu)面貌的察看采用日本Hitachi公司生產(chǎn)的HITACHIS-4700型掃描電鏡（SEM

8、）進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果與談?wù)?.預(yù)辦理對位芳綸短切纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠的性能研究3aa2-NPAFPP23-HPAFM3Ms1s10phrAF/EPDMs2se1-CPAFeMDrrtts2-NPAFs13-HPAFAF/EPDMMD1-CHAFstrain%strain%圖1的CPAF,NPAF,HPAF短纖維填充圖210phr的CPAF,NPAF,HPAF短纖維填充EPDM硫化膠MD向的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線EPDM硫化膠MD向的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線在我們以前的研究中發(fā)現(xiàn)，在短纖維填充的硫化橡膠拉伸過程中，隨著拉伸應(yīng)變逐漸增加，短纖維與基質(zhì)橡膠之間逐漸發(fā)生界面滑移，直至發(fā)生界面滑脫，出現(xiàn)拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

9、的拐點(diǎn)現(xiàn)象，因此拐點(diǎn)處對應(yīng)的拉伸信服應(yīng)力也可以稱為界面滑脫應(yīng)力TSy，信服應(yīng)力處對應(yīng)的信服伸長率也可以稱為界面滑脫伸長率；我們定義界面滑脫應(yīng)力與界面滑脫伸長率乘積的1/2為相對界面滑脫能RISE（RelativeInterfaceSlipEnergy）,實(shí)質(zhì)上RISE數(shù)值就是拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線與橫坐標(biāo)軸所圍成的近似三角形圖形的面積，相對反響了拉伸過程中短纖維與基質(zhì)橡膠發(fā)生界面滑脫所需要的能量大小，以前的實(shí)驗(yàn)研究表示，相對界面滑脫能RISE數(shù)值與短纖維用量、長度、纖維取向程度、纖維取向角度、膠料配方中增強(qiáng)填料用量等不影響纖維表面粘合特點(diǎn)的因素關(guān)系不大，而與預(yù)辦理纖維品種、表面粘合辦理水平、膠料配方

10、中HRH粘合助劑用量、過硫化等影響纖維表面粘合特點(diǎn)的因素關(guān)系很大，這說明采用RISE數(shù)值可以表征短纖維表面粘合特點(diǎn)，而對于長絲纖維骨架資料（紗、線繩、簾線、帆布等結(jié)構(gòu)形式）而言，既可以切斷為1-5毫米長的短纖維來增強(qiáng)橡膠，經(jīng)過測試獲取的硫化膠RISE數(shù)值來表征長絲纖維骨架資料的表面粘合狀況（老例的長絲纖維表面粘合測試方法有H抽出、T抽出、剝離粘結(jié)等），也可以借鑒短纖維增強(qiáng)橡膠系統(tǒng)采用的過硫化、熱老化等方法，結(jié)合老例的H抽出、T抽出、剝離粘結(jié)等測試方法，進(jìn)一步表征纖維骨架資料（包括鋼絲）與橡膠基質(zhì)之間粘合長久性。第一我們來比較和10phr纖維用量的未辦理對位芳綸短切纖維（CPAF、）一般粘合處理

11、的對位芳綸短切纖維（NPAF、）高活性粘合辦理的對位芳綸短切纖維（HPAF增強(qiáng)的EPDM硫化膠的拉伸力學(xué)性能，分別如圖1和圖2所示，可以看出，短纖維的加入明顯提高了硫化膠的彈性模量和小形變下的定伸應(yīng)力（平時(shí)采用10%定伸應(yīng)力TS10來表征硫化膠的模量和抵抗變形的能力，采用25%定伸應(yīng)力TS25以及界面滑脫應(yīng)力TSy來表征短纖維對基質(zhì)橡膠的增強(qiáng)能力），對于表面粘合水平不高的短纖維（比方CPAF短纖維）所填充的EPDM硫化膠拉伸過程中很快發(fā)生近似于塑料拉伸信服現(xiàn)象，即應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，此后經(jīng)過一段屈服拉伸過程，硫化膠發(fā)生斷裂也許拉伸應(yīng)力連續(xù)提高后，再發(fā)生斷裂，此時(shí)的拉伸斷裂強(qiáng)度有可能還高于信服

12、應(yīng)力TSy，因此我們談?wù)摱汤w維對橡膠增強(qiáng)性能一般察看拉伸信服前的這一段應(yīng)力-應(yīng)變性能。圖3顯示了不同樣用量的HPAF短纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，從圖4顯示的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著纖維用量增加，硫化膠的TS10、TS25和TSy等增強(qiáng)性能指標(biāo)逐漸提高，拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的信服現(xiàn)象越來越明顯，信服伸長率相應(yīng)逐漸降低，研究結(jié)果表示，相對界面滑脫能RISE的數(shù)值確基本保持不變，這也說了然RISE數(shù)值不過跟纖維表面粘合狀況和采用的橡膠配方有關(guān)，可能跟纖維用量、纖維取向程度和取向角度、纖維長度等不影響纖維表面特點(diǎn)的因素關(guān)系不大。圖3不同樣用量的高粘合HPAF增強(qiáng)EPDM硫化膠MD向的拉

13、伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)辦理間位芳綸短切纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠的性能研究圖4不同樣表面粘合水平的MAF短纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖（1#-未辦理MAF,2#-A-MAF，3#-B-MAF，4#-C-MAF）目前在國內(nèi)外市場上還沒有經(jīng)過預(yù)辦理的間位芳綸1313短纖維產(chǎn)品（MAF），弘宇公司自主研發(fā)出了浸漬預(yù)辦理的芳綸1313短纖維產(chǎn)品，芳綸1313纖維與尼龍和聚酯纖維對照，物理性能方面有很多的優(yōu)勢，特別是耐熱性能和高溫下的模量和強(qiáng)度保持率很高，因此盡管與對位芳綸1414對照，其強(qiáng)度和模量要差些，但是該預(yù)辦理間位芳綸短纖維產(chǎn)品依舊擁有很大的應(yīng)用潛力。從圖4顯示的4種不同樣表面粘合水平預(yù)辦理

14、的間位芳綸1313短纖維增強(qiáng)EMPDM硫化膠MD方向的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)可以看出，未辦理AF1313增強(qiáng)EPDM硫化膠的拉伸滑脫應(yīng)力只有左右，滑脫伸長率在20%左右，相對界面滑脫能RISE數(shù)值不過為；三種不同樣粘合辦理方法（A法，B法，C法）進(jìn)行浸漬預(yù)辦理獲取的三種短纖維樣品所增強(qiáng)的EPDM硫化膠的拉伸力學(xué)性能明顯提高，其RISE數(shù)值分別為、，可以看出，經(jīng)過科學(xué)的浸漬粘合預(yù)辦理工藝，可以生產(chǎn)出表面粘合性能優(yōu)異的預(yù)辦理間位芳綸短纖維產(chǎn)品，這是由于間位芳綸1313纖維自己分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，相對于對位芳綸1414來講，進(jìn)行增粘預(yù)辦理相對來說簡單得多。表110phr用量的不同樣品種短纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠

15、的硬度、撕破強(qiáng)度和拉伸應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)等性能數(shù)據(jù)項(xiàng)目預(yù)辦理短纖維種類（纖維長度1毫米）不加短纖維HPAF/EPDMHMAF/EPDM尼龍F(tuán)N66/EPD的硫化膠硫化膠M邵爾A硬度/60817676撕破強(qiáng)度35424640/TSy（MPa）/20%50%50%RISE/12111024391-0phra82-10phrHPAF7P63-10phrHMAFM54-10phrFN66,s4sEPDM,MDert3s12100255075100stain,%圖510phr用量HPAF,HMAF,FN66三種短纖維增強(qiáng)EPDM硫化膠MD向的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖5顯示了10phr用量的三種短纖維（對位芳綸HP

16、AF，間位芳綸HMAF和高活性尼龍F(tuán)N66）增強(qiáng)的EPDM硫化膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，表1列出了詳盡的拉伸力學(xué)性能數(shù)據(jù)和硫化膠硬度及直角撕破強(qiáng)度性能數(shù)據(jù)，可以看出，不同樣品種的高粘合活性辦理的短切纖維對三元乙丙橡膠的增強(qiáng)性能差別較大；依照我們以前對預(yù)辦理尼龍66短纖維增強(qiáng)三元乙丙橡膠的研究結(jié)果，高活性尼龍66短纖維擁有很好的表面粘合活性，尼龍66纖維表面浸漬預(yù)辦理平時(shí)不需要活化浸漬辦理，不過采用特其他RFL浸漬辦理膠液即可，比較性能數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，高活性間位芳綸短切纖維HMAF的相對界面滑脫能RISE與尼龍66短纖維周邊，高于高活性對位芳綸HPAF近100%；同時(shí)，HMAF/EPDM硫化膠硬度相對較低，直角撕破強(qiáng)度比HPAF/EPDM硫化膠也高近10%，表示了預(yù)辦理間位芳綸短切纖維在耐熱橡膠制品應(yīng)用的巨大潛力，盡管間位芳綸短切纖維的模量和強(qiáng)度明顯低于對位芳綸，但耐熱性相當(dāng)，斷裂伸長率又高出很多，同時(shí)間位