棉短纖維改性及EPDM-短纖維復(fù)合材料的應(yīng)用研究.pdf

1、短纖維-橡膠復(fù)合材料(SFRC)能夠?qū)⑾鹉z的柔性和短纖維的剛性很好地結(jié)合在一起,從而賦予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂強度以及低伸長下的高應(yīng)力和各向異性等特點。為了制備高性能的SFRC,人們一直在致力于研究解決短纖維在橡膠中分散困難、界面粘合性差、取向困難這三大難題。
　　 三元乙丙橡膠(EPDM)具有優(yōu)良的耐熱和耐臭氧性能,EPDM/短纖維復(fù)合材料廣泛用來制備耐熱橡膠帶等制品。近年來,世界性的資源危機和生態(tài)問題,使人們越來越

2、重視對天然纖維增強高聚物復(fù)合材料的研究。其中,棉短纖維(SCF)來源于各種廢舊棉制品,來源豐富,價格低廉。但是,由于氫鍵或原纖化作用而易于集束,未經(jīng)處理的SCF在橡膠中分散困難而且與橡膠基體的粘合效果很差。
　　 本論文在以往研究的基礎(chǔ)上,嘗試新型的預(yù)處理工藝,分別選用硅烷偶聯(lián)劑KH-550(3-氨丙基三乙氧基硅烷)和Si-69(雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物)對親水性較強的SCF進行表面預(yù)處理,研究了預(yù)處理SCF對EP

3、DM的補強效果；通過原位增容的方法,采用三種具有增容和粘合作用的改性劑,研究了其用量對SCF與橡膠基體界面粘合性能以及對SFRC力學(xué)性能的影響；選用了包括60NSF(具有特定結(jié)構(gòu)的脂肪烴樹脂混合物)等幾種具有促進SCF分散、隔離、潤滑等作用的加工助劑,應(yīng)用于EPDM/SCF復(fù)合材料的制備。此外,分別對未處理SCF、5.0％KH-550預(yù)處理SCF、預(yù)處理尼龍短纖維(DN66)和木質(zhì)纖維素短纖維(E-140)在EPDM中的補強性能進行了對

4、比試驗。利用橡膠加工分析儀(RPA)和掃描電鏡(SEM)等現(xiàn)代分析測試方法,研究了偶聯(lián)劑改性SCF、原位增容以及添加加工助劑等方法對EPDM/SCF復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系。研究結(jié)果表明:
　　 (1)在0～20.0phr用量范圍內(nèi),與未處理SCF相比,填充KH-550和Si-69預(yù)處理SCF的SFRC的力學(xué)性能均有所提高；其中,經(jīng)5.0％KH-550預(yù)處理的SCF和2.5％Si-69預(yù)處理的SCF增強效果較佳；SEM結(jié)果表

5、明,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理后,SCF在橡膠基質(zhì)中的分散性及其與橡膠基質(zhì)的粘合性均有明顯的提高；RPA分析表明,在相同其他條件下對溫度、頻率和應(yīng)變掃描,填充5.0％KH-550預(yù)處理SCF硫化膠的彈性模量都比未添加SCF和添加未處理SCF的硫化膠要高。
　　 (2)在0～12.0phr用量范圍內(nèi),隨著增容劑改性酚醛樹脂(RM-1)、馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)和三聚氰胺低縮物(RC)用量的增加,SFRC的100％定

6、伸應(yīng)力不斷提高,拉伸強度也有一定程度的提高；在相同用量情況下,EPDM-g-MAH的加入有利于提高SFRC的100％定伸應(yīng)力、拉斷伸長率和撕裂強度；SEM結(jié)果表明,三種增容劑均可改善EPDM基體與棉短纖維之間的界面相容性。
　　 (3)在0～15.0phr用量范圍下,隨著未處理SCF用量的增大,EPDM/EPDM-g-MAH/SCF復(fù)合材料的拉伸強度呈下降趨勢,撕裂強度先增大后減小,硬度、永久變形和100％定伸應(yīng)力不斷升高；隨著

7、未處理SCF用量的增加,EPDM/EPDM-g-MAH/SCF復(fù)合材料的耐熱空氣老化性能變化不大。
　　 (4)隨著加工助劑用量的增加,SFRC混煉膠的最小轉(zhuǎn)矩ML和最大轉(zhuǎn)矩MH均呈下降趨勢；與蒎烯樹脂、TKM-80(不同結(jié)構(gòu)的烷基酚與甲醛和改性劑縮合物)和RX-80(二甲苯甲醛樹脂酯化后的大分子酯類混合物)相比,60NSF對SFRC的力學(xué)性能提高效果最佳；SEM結(jié)果顯示,60NSF的加入對SCF在橡膠基質(zhì)中的分散性改善明顯；R

8、PA分析表明,在溫度為70～120℃范圍內(nèi),在相同SCF用量下,60NSF的加入使混煉膠的彈性模量大大降低。
　　 (5)在0～15.0phr用量范圍內(nèi),隨著短纖維用量的增加,SFRC的硬度不斷上升,拉伸強度和拉斷伸長率不斷下降；與相同用量的未處理SCF、DN66和E-140相比,5.0％KH-550預(yù)處理的SCF填充EPDM硫化膠具有最高的撕裂強度；SEM結(jié)果顯示,5.0％KH-550預(yù)處理的SCF與DN66均能在EPDM基質(zhì)