[发明专利]一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法，首先高温加热去除纤维表面出厂所带的浸润剂，并且在纤维表面接枝马来酸酐，提高纤维与橡胶的界面结合能力。生胶与助剂例如抗氧化剂、促进剂等，进行塑炼后倒入螺杆挤出机，同时从螺杆挤出机的进料口插入连续纤维。利用螺杆挤出机螺杆的剪切作用将纤维剪断，并且与橡胶及其他助剂混合均匀。同时向螺杆挤出机中加入石蜡，在橡胶表面形成一层蜡保护膜，防止橡胶与空气中的氧气接触，减缓橡胶在空气中的老化，本发明中的方法具有工艺简单、成型性好的优点，能实现生产的连续化和自动化；纤维质量分数可控；大大提高了橡胶材料的强度和模量。

技术领域

本发明属于橡胶复合材料制备技术领域，具体涉及一种短切纤维增强橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

固体橡胶材料是一种具有可逆变形的高弹性聚合物，在很小的外力下即能产生很大的变形，卸去外力后弹性能迅速恢复。而在硫化形成三维网状结构后，除高弹性、大变形之外，还具有一定的承载能力。因此，橡胶材料被广泛用于市政、交通、管道、桥梁等领域。

随着社会化工业的发展，对橡胶材料的性能提出了更高的要求。采用短切纤维增强橡胶材料，取得了良好的效果。短切纤维具有强度和模量高、力学和热学性能稳定等优点，能赋予橡胶材料更高的强度和模量、以及良好的耐撕裂、抗溶胀能力。一般而言，短切纤维增强橡胶基复合材料的制备过程如图1所示【武卫莉,蔡金跃.玄武岩纤维增强橡胶复合材料的研究进展[J].高分子通报,2014(1):68-71.】。橡胶先经过塑炼和混炼，再与经过处理的短切纤维混合，之后硫化、制样。

但目前短切纤维增强橡胶依然存在着以下问题：(1)纤维与橡胶界面结合差，纤维难以发挥稳定的作用；(2)橡胶粘度大，短切纤维难以在橡胶中分散均匀，反而易成为应力集中区域，造成材料的提前破坏。这些问题严重制约了短切纤维增强复合材料在工程中的应用。

发明内容

为了解决上述在制备短切纤维增强橡胶材料的技术问题时，本发明提供了一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法，具体步骤为：

(1)在一定温度下去除连续纤维表面的浸润剂，通过在纤维表面接枝合适PH值下的马来酸酐水溶液；

(2)通过添加一定量的抗氧化剂、促进剂到生胶中，进行塑炼预处理获得混合物料1；

(3)将步骤(2)中混合物料1倒入螺杆挤出机中，将步骤(1)中的连续纤维插入螺杆挤出机进料口中，调整螺杆挤出机的转速及温度，均匀地加入一定量的石蜡，进行剪切、搅拌，从螺杆挤出机料口挤出混合物料；

(4)对步骤(3)中获得混合物料进行硫化处理，获得复合材料。

作为改进，步骤(1)中，连续纤维在空气环境下于260-300℃干燥4-8小时，去除表面浸润剂，用去离子水洗涤并烘干；其中连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、亚麻纤维中任一种或至少两种组合。

作为改进，步骤(1)中，接枝马来酸酐具体为：先在马来酸酐的水溶液中浸泡2-4小时，马来酸酐的水溶液中滴加醋酸，调节pH值为4-6，再在60-80℃马弗炉中干燥24小时以上，其中马来酸酐与水的质量比为(20-40)：100。

作为改进，步骤(2)中，橡胶生胶溶于少量的有机溶剂中，添加抗氧化剂、促进剂，45℃-50℃塑炼5-8min，得混合物料1；其中，有机溶剂包括但不限于汽油，二甲苯中任一种或任两种组合；抗氧化剂包括但不限于抗氧化剂168、抗氧化剂1076、抗氧化剂1010、防老剂124中任一种或任几种组合；促进剂包括但不限于硬脂酸钡、硫化促进剂MBT、橡胶促进剂M中任一种或任几种组合；抗氧化剂和促进剂的量分别不大于生胶总质量的1.5wt.％。

作为改进，步骤(3)中将混合物料1倒入螺杆挤出机，设置温度50-60℃，调整螺杆挤出机转速80-120r/min；纤维的质量与混合物料1的体积比为(2.5-15):100。