[发明专利]一种芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料及其制备方法，具体制备工艺为：将芳纶纳米纤维加入强碱溶液中，加热搅拌，得到芳纶纳米纤维分散溶液；将芳纶纳米纤维分散溶液一边搅拌一边滴加超分子聚合物粘合剂，混合均匀后，加入橡胶母粒，过滤，烘干，得到芳纶纳米纤维表面改性的橡胶母粒；将芳纶纳米纤维表面改性的橡胶母粒与微晶蜡、硬脂酸和助剂，混炼均匀，制成胶条，加入到单螺杆橡胶挤出机中挤出成条，然后切断、造粒，得到芳纶纳米纤维改性胶料；将芳纶纳米纤维分散溶液烘干后，与聚乙烯醇和芳纶纳米纤维改性胶料混合均匀，经硫化和黏合，得到含有芳纶纳米纤维片状网络结构的芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料。

技术领域

本发明属于橡胶材料技术领域，具体涉及一种芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

芳纶，也称为芳族聚酰胺纤维，具有独特的分子结构及分子间作用，其中间位芳纶和对位芳纶因具有高强高模、耐高温、耐腐蚀和耐绝缘性等，具有很高的实用价值，但是芳纶的直径一边在微米级，且表面光滑，活性基团少，界面结合弱，因此在复合领域方面的领域应用有局限。将芳纶的直径达到纳米级，制备的芳纶纳米纤维可同时具有芳纶优异的性能和纳米效应，制备的聚合物复合材料具有很高的研究价值。

芳纶纤维的内部具有高结晶度和高取向度等，因此，对芳纶纤维进行改性用于聚合物基体改性中有一定的难度。中国文献(芳纶纤维表面改性及其与橡胶黏合性能的研究，罗鹏，青岛科技大学，2018年硕士学位论文)具体公开了将芳纶纤维先后经甲苯/多亚甲基多苯基对异氰酸酯PAPI/环氧树脂组成的一浴溶液、RF树脂/氨水/丁吡胶乳/甲醛/水组成的二浴溶液和增粘树脂或黏合助剂组成的三浴溶液，然后将长度为1cm的改性处理的芳纶纤维与橡胶胶料进行硫化和黏合，以提高芳纶纤维与橡胶之间的结合力，提高了黏合界面的强度和模量。中国专利CN108530716A公开的一种改性芳纶纳米纤维补强橡胶硫化胶及其制备方法，在芳纶纳米纤维的二甲基亚砜溶液中加入改性剂，反应24h以上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，然后将改性芳纶纳米纤维水分散液超声分散，然后与橡胶胶乳进行混合，搅拌2小时以上，调节pH值≈1，采用NaCl水溶液作为絮凝剂，将胶乳进行凝胶，水洗除去絮凝剂，烘干，得到含改性芳纶纳米纤维的橡胶的混合物，最后将混合物加入防老剂、ZnO、SA、促进剂和硫化剂组分后在开炼机上混炼，混炼胶停胶24h以上，硫化后制得高力学强度、高热稳定性的含改性芳纶纳米纤维的橡胶硫化胶。由上述现有技术可知，目前多是对芳纶纤维进行溶液化学处理以提高芳纶纤维或者芳纶纳米纤维与橡胶树脂之间的界面结合力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料及其制备方法，本发明将芳纶纳米纤维在橡胶母粒表面形成片状网络结构后，再进行混炼和挤出，得到改性胶料，再与芳纶纳米纤维和聚乙烯醇复合，得到综合性能优异的芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将芳纶纳米纤维加入强碱溶液中，加热搅拌，得到芳纶纳米纤维分散溶液；

(2)将步骤(1)制备的芳纶纳米纤维分散溶液一边搅拌一边滴加超分子聚合物粘合剂，混合均匀后，加入橡胶母粒，过滤，烘干，得到芳纶纳米纤维表面改性的橡胶母粒；

(3)将步骤(2)制备的芳纶纳米纤维表面改性的橡胶母粒与微晶蜡、硬脂酸和助剂，混炼均匀，制成胶条，加入到单螺杆橡胶挤出机中挤出成条，然后切断、造粒，得到芳纶纳米纤维改性胶料；

(4)将步骤(1)制备的芳纶纳米纤维分散溶液烘干后，与聚乙烯醇和步骤(3)制备的芳纶纳米纤维改性胶料混合均匀，经硫化和黏合，得到芳纶纳米纤维改性的橡胶复合材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，强碱溶液中包括体积比为30-40：10-20：50-60的氨水、叔丁醇钾和正丙醇。