[发明专利]一种汽车传动带用微纳米短纤维橡胶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种汽车传动带用微纳米短纤维橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

过去，汽车传动带橡胶基体主要采用天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、和氯丁橡胶(CR)等作为主体材料。但随着汽车工业的发展，对汽车传动带耐热性能的要求也越来越高。目前，汽车同步带和多楔带一般在-40～150℃下长期使用，传统的天然橡胶、氯丁橡胶等显然已不适合现代汽车工业对传送带的苛刻要求。在对橡胶基体的选择上，人们开始使用氢化丁腈橡胶(HNBR)作为传动带的弹性主体材料，用于耐高温和耐油环境。但同时由于氢化丁腈橡胶昂贵的价格，限制了其广泛应用。于是在一些对耐油和润滑脂要求不高的应用中，则可以使用较为廉价、耐热性更好的三元乙丙橡胶(EPDM)代替氢化丁腈橡胶。同时也可使用其它乙烯-α-烯烃合成橡胶与氢化丁腈橡胶的组合物等。

短纤维增强橡胶复合材料(SFRC)，是将短纤维分散在橡胶基质中，使之与橡胶复合制成类似聚合物共混体的补强性复合材料。短纤维增强橡胶复合材料把橡胶的柔性与纤维的刚性有机地结合起来，使之既保持橡胶独特的高弹性，又兼具低伸长下高模量的特点，同时还具有硬度高、弹性高、耐磨、耐切割、耐疲劳、抗蠕变、耐溶胀、耐热老化等优异性能。短纤维增强橡胶复合材料具有较高的横向刚度和纵向柔性(力学性能各向异性)，能使传动带传递效率和耐曲挠疲劳性能得以提高，所以广泛用于传动带的底层橡胶材料(齿轮胶)。

在对传动带耐热性能要求越来越高的情况下，不仅需选用耐热的橡胶基体，同时对短纤维耐热性的要求也应随之提高。

最初使用的短纤维为强度较低、耐热性差的棉短纤维，然后发展到使用尼龙、聚酯短纤维等有机短纤维，在近些年的发展中，耐热、力学性能更优异的芳纶短纤维也逐渐得到了应用。奥野茂树在专利“高负荷传动皮带用橡胶组合物及使用该橡胶组合物的高负荷传动皮带”(公开号CN1615337)中橡胶组合物就是添加芳纶短纤维增强的。

但上述短纤维多为表面惰性的有机短纤维，与橡胶基体的界面结合较差，使用时需经过表面的预处理，微米短纤维的预处理通常使用浸渍法，采用的浸渍液是以天然橡胶或合成橡胶(主要为丁吡胶乳)—甲醛间苯二酚树脂(RFL)的体系浸渍，对于对大多数橡胶都呈惰性的聚酯和芳纶短纤维，应先用高活性化合物的浸渍液浸涂，然后使用RFL体系浸渍。短纤维的预处理还可采用胶乳-短纤维共沉降预处理、纤维浆混合、干胶共混以及D法预处理等方法。即使使用经过预处理的短纤维增强时，不良的界面结合仍是影响增强效果的一个重要因素，而且这些短纤维的预处理工艺复杂。

同时这些有机短纤维的另一个缺点是耐热性能差，高温模量低，增强效果明显受影响，所以在高温条件下使用有明显的局限性。虽然芳纶短纤维的耐热性远高于尼龙和聚酯的短纤维，并且芳纶短纤维的拉伸强度约是聚酰胺和聚酯纤维的3倍，弹性模数则比聚酰胺高约10倍以上。但芳纶短纤维价格昂贵，明显增加成本。

另一方面上述均为微米短纤维增强橡胶复合材料，为使复合材料具备了一定的各向异性，短纤维则须有一定的长径比，纤维的绝对长度就会要求足够长(一般为1～5mm)。在这种情况下，短纤维就易结团，不易分散，从而增加加工过程难度，并且使材料的表面粗糙，表观性能差。对于传动带使用该复合材料，则会影响胶带的耐磨性。而在使用无机的纳米短纤维(绝对长度小)和少量微米短纤维并用增强时，由于只需少量的微米短纤维，则不具备上述问题。