[发明专利]一种改性芳纶纳米纤维补强橡胶硫化胶及其制备方法

说明书

一种含改性芳纶纳米纤维的橡胶硫化胶及其制备方法，特征在于由下列质量份组成：橡胶基体100份，改性芳纶纳米纤维3‑7份，防老剂1‑4份，氧化锌1‑5份，硬脂酸1‑3份，促进剂1‑3份，硫化剂1‑3份。制得的橡胶硫化胶兼具优异力学、热稳定性。

技术领域

本发明属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域，特别是一种芳纶纳米纤维补强橡胶硫化胶的制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），是一种高性能芳纶纤维，基本重复单元为-[-CO-C₆H₄-CONH-C₆H₄NH-]-，酰胺基团在苯环对位上连接。宏观的对位芳纶纤维分子之间存在结合作用力，不同酰胺基团上的羰基与氨基之间可以结合形成氢键，除此之外，苯环之间的π-π 堆叠共轭相互吸引。然而，强劲的分子间作用力导致了PPTA 纤维具有较高的结晶度，与异相聚合物之间的界面结合力弱，限制了其在复合材料领域的进一步应用。

纳米芳纶纤维是通过化学改性破坏掉纤维之间的氢键和π-π作用力，形成单根的纳米纤维。这种纳米纤维具有高强度、高模量、耐高温、质量轻、耐化学腐蚀、阻燃性强、绝缘性好、抗疲劳、稳定性强等诸多优点，可以补强聚合物复合材料。文献《ACS nano, 2011, 5(9): 6945-6954》报道了通过氢氧化钾的去质子化作用，将对位芳纶纤维溶解在二甲基亚砜中，得到了长度约为5-10μm，直径为10-20 nm的芳纶纳米纤维，文献《CompositesScience and Technology, 2017, 144: 193-201》中报道了采用溶液共混法将对位芳纶纳米纤维填充到聚乙烯醇中，制备出一种具有高力学强度和热稳定性的聚合物材料。文献《Nature communications, 2015, 6: 6152-6158》中报道了采用将对位芳纶纳米纤维与聚环氧乙烷复合，采用层层自组装的方法，得到的纳米复合薄膜具有高模量，高离子电导率以及良好的热稳定性等特点。

发明人注意到，与其他的纤维相比，芳纶纳米纤维具有更高的强度，稳定性和长径比，对橡胶应该具有更好的增强效果，然而芳纶纳米纤维补强橡胶复合材料的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含芳纶纳米纤维的高力学强度、高热稳定性的橡胶硫化胶的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含改性芳纶纳米纤维的橡胶硫化胶，以质量份计，包括如下组分：

橡胶100份，防老剂1-4份，氧化锌（ZnO）1-5份，硬脂酸（SA）1-3份，促进剂1-3份，硫化剂1-3份，改性的纳米芳纶纤维3-7份。

进一步的，改性芳纶纳米纤维的平均尺寸为：直径5nm，长度5μm。

进一步的，改性的纳米芳纶纤维中，芳纶纳米纤维：改性剂的质量比为1：0.5～1：2；改性剂采用碘甲烷、环氧氯丙烷、溴代丙烷或3-溴丙炔。

进一步的，橡胶采用羧基丁腈橡胶或丁苯橡胶；防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺（4010NA）或2, 2, 4-三甲基-1, 2-二氢化喹啉聚合体（RD），促进剂为2, 2'-二硫代二苯并噻唑（DM）或N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ），硫化剂为硫黄。

上述含改性芳纶纳米纤维的橡胶硫化胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，在芳纶纳米纤维的二甲基亚砜（DMSO）溶液中加入改性剂，反应24h以上得到改性的芳纶纳米纤维的DMSO溶液，用去离子水进行透析，至溶液pH值为7，得到改性的芳纶纳米纤维的水分散液，其中，所述水分散液中改性的纳米芳纶纤维为3-7质量份；