[发明专利]一种碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料及其制备方法，涉及橡胶/碳纤维复合材料技术领域。包括下述重量份原料：橡胶100，2,2'‑二烯丙基双酚A 5～10，液体丁腈橡胶8～15，短切碳纤维0.5～2.0，硫化活性剂3～5，表面活性剂0.5～2.0，交联剂0.5～2.5，硫化促进剂0.5～3.5，防老剂0.5～3.0，补强剂15～30。制备方法：短切碳纤维在110～140℃分散于2,2'‑二烯丙基双酚A和液体丁腈橡胶中，形成橡胶化碳纤维，再与橡胶经混炼、硫化交联后得产品。橡胶由天然橡胶和合成橡胶组成，合成橡胶为丁腈橡胶和丁苯橡胶，或者为丁腈橡胶和顺丁橡胶，或者为丁腈橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶。该复合材料性能稳定，制备工艺简单，效率高，成本低，碳纤维在橡胶中分散效果好。

技术领域

本发明涉及橡胶/碳纤维复合材料技术领域，尤其是一种碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

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增强性复合材料。SFRC既具有橡胶的弹性，同时又保持了纤维的强度和刚度，用其制造的制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能，既可沿用传统橡胶工艺加工，又能通过控制短纤维在制品中的取向实现对制品性能的设计。这种材料能够将橡胶的柔性和短纤维的刚性很好地结合在一起，从而赋予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂强度以及低伸长下的高应力和各向异性等特点。

目前碳纤维以其高模量、高强度、低密度、低热膨胀系数，尺寸稳定性高的特点，引起国内外的广泛关注。成为该领域的热点。开展短切碳纤维与橡胶复合材料的研究工作，对于提高我国橡胶工业的整体水平具有重要意义。然而，在实际生产加工过程中，碳纤维很难均匀分散到橡胶基体中，且由于自聚集的原因，使橡胶与碳纤维之间的界面结合力很低，极易相分离，从而使复合材料的性能大打折扣，远远达不到所期待的性能指标。

为了克服此难题，各国科学工作者采用多种途径对碳纤维表面进行化学修饰与改性，如电化学氧化、偶联剂涂层、溶胶-凝胶改性、化学接枝改性等。但上述方法均存在效率低、成本高、大规模工业化难度大等问题，且一些方法由于使用大量溶剂，也存在着溶剂回收及环境污染等问题。因此，开发绿色环保的碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料的制备新方法已成为特种工程橡胶复合材料领域急待解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料及其制备方法，该复合材料产品性能稳定，该制备工艺简单，易于实施，效率高，成本低，碳纤维在橡胶中分散效果好，生产过程无污染。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种碳纤维基抗穿刺橡胶复合材料，包括下述重量份的原料：橡胶100份，2,2'-二烯丙基双酚A 5～10份，液体丁腈橡胶8～15份，短切碳纤维0.5～2.0份，硫化活性剂3～5份，表面活性剂0.5～2.0份，交联剂0.5～2.5份，硫化促进剂0.5～3.5份，防老剂0.5～3.0份，补强剂15～30份；橡胶由天然橡胶和合成橡胶组成，其中，合成橡胶为丁腈橡胶和丁苯橡胶的混合物，或者，合成橡胶为丁腈橡胶和顺丁橡胶的混合物，或者，合成橡胶为丁腈橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶的混合物。

2,2'-二烯丙基双酚A的结构式如下：

优选的，液体丁腈橡胶的数均分子量为3000～3500。

优选的，短切碳纤维长度为2～10mm。

优选的，硫化活性剂为氧化锌，表面活性剂为硬脂酸，交联剂为硫磺，补强剂为炭黑。

优选的，硫化促进剂为二甲基二硫代氨基甲酸锌、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸锌、4,4'-二硫代二吗啉、二硫化二苯并噻唑、六硫化双五甲撑秋兰姆、四硫化双五甲撑秋兰姆中的任意一种或几种。