[发明专利]超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料及其制备。

背景技术

随着中国铁路向高速、重载方向快速、健康发展，轨道交通列车上所使用材料性能的涉及面更加广泛、要求更为苛刻。目前，高速铁路已贯穿北方严寒地区到南方湿热地带、高速行驶于高原与山川之间，不同地域的气候环境对高速列车上的材料，尤其是橡胶类高分子材料提出了较高要求。因为橡胶的玻璃化转变温度一般要低于室温，因此它可作为高弹性材料来使用，轨道交通列车上所用的聚合物材料中有40％是由橡胶来承担的，这些橡胶材料涉及悬挂减震系统和密封系统两大类，而项目产品高性能复合胶管属于悬挂减震系统，它大量地使用在列车外延及车厢的连接处，使用量约占了整个列车上橡胶材料用量的50％以上，主要是用于保护内部电线和通讯电缆，免遭外力碰撞及外部恶劣环境的侵蚀。

相对于一般的胶管材料，轨道交通列车上使用的外挂绝缘复合胶管在耐候性能、耐低温性能、阻燃性能及力学强度上有更高的要求。目前，常用于制备胶管的橡胶有乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。乙丙橡胶具有优异的弹性及耐低温性能，电绝缘性能也极为优越，但是属于易燃材料；氯丁橡胶的分子链中含有氯原子，因此在通用橡胶中具有最好的耐燃性，但由于分子结构的规整性，在低温下会出现明显的结晶倾向，致使材料变硬而影响使用；硅橡胶具有极为优异的耐低温性能，脆性温度达到-120℃，同时具有良好的耐臭氧、耐光老化性能，但若其作为列车上线缆保护的波纹伸缩管使用时，存在着压缩永久变形较大的问题；氟橡胶是近些年来发展较快的一种高性能橡胶，它是集耐腐蚀、耐高温、耐候、耐臭氧及阻燃于一体的高强度橡胶材料，然而它的耐低温性能一般，保持弹性的极限温度仅为-15℃。

因此，根据轨道交通列车运营环境需要，开发一种同时具备优异的耐低温性能、耐候、阻燃于一体的高弹性橡胶材料显得极为迫切。

发明内容

本发明提供了一种在保证了氟橡胶优异的耐老化、阻燃性能的同时，又具有较低脆性温度的超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料。

本发明还提供了一种超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料的制备方法，该方法简单，易于控制，适于工业化生产。

一种超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料，包括如下重量份的原料：

氟橡胶                           50～90份

超高分子量聚氯乙烯弹性体         9～30份

经硅烷偶联剂表面改性的纳米炭黑   1～20份；

所述的硅烷偶联剂为N′-乙烯基苄基-N-三甲氧基硅烷基丙基乙二胺盐(VTSD)，其结构式如下：

所述的经硅烷偶联剂表面改性的纳米炭黑的制备方法为：先将硅烷偶联剂溶于醇中配置成质量百分浓度为0.1％～2.0％的溶液，然后将溶液以雾化喷淋的方式喷淋在纳米炭黑表面形成一层水膜，经过干燥挥发和热处理，制得经硅烷偶联剂表面改性的纳米炭黑。

所述的醇可选用C₁～C₈的低级醇，优选甲醇、乙醇等中的一种或多种。

所述的干燥挥发和热处理主要是为了除去残留的醇，因而操作条件并没有严格的限定。

所述的氟橡胶采用本领域常用的各种型号的氟橡胶。

所述的超高分子量聚氯乙烯弹性体(UHMW-PVC)除具有普通聚氯乙烯(PVC)的特性外，还具有压缩永久变形小、耐热变形小、耐油浸、耐摩擦、耐老化、回弹性好、耐冻寒等一般橡胶所拥有的优异特性，优选K值大于80，平均分子量为15万～20万的超高分子量聚氯乙烯弹性体。

由于软质聚氯乙烯与氟橡胶两者的极性相差较大，为促进他们形成良好的硫化相容性较为困难，若采用不同硫化体系，则彼此之间的影响较大，容易导致某一相还未完全硫化而另一相已发生过硫化情况，使得复合材料应有的性能很难得以体现。同时，针对这种两相结构差异较大的复合材料体系，为保证亲水性纳米炭黑在该体系中的有效补强作用，采用经VTSD表面改性的纳米炭黑，利用经VTSD表面改性的纳米炭黑表层的-NH-C₂H₄-与聚氯乙烯弹性体的主链极性相近，使得改性纳米炭黑均匀地分散在聚氯乙烯弹性体基材中；一方面防止纳米炭黑的团聚，另一方面实现应力在超高分子量聚氯乙烯弹性体并用氟橡胶复合材料内的有效传递。

为了进一步改善复合材料的加工性能，所述的原料还可以包括增塑剂、稳定剂等加工助剂中的一种或多种。