新型预处理芳纶短切纤维系列产品开发应用

1、优选文档优选文档PAGEPAGE10优选文档PAGE新式预办理芳纶短切纤维系列产品的开发和应用朱新军哈德尔别克许涛王文波钦焕宇吴卫东（1.黑龙江弘宇短纤维新资料股份有限公司富锦457100；2.北京化工大学先进弹性体资料研究中心北京100029）大纲：本文比较研究了各种表面粘合预办理浸渍液配方和工艺对不同样厂家生产的对位芳纶长丝和间位芳纶长丝纤维进行表面预办理获取的预办理芳纶短切纤维对三元乙丙橡胶（）的增强性能，经过研究为高性能芳纶短切纤维系列产品的开发及其在耐热橡胶传动带中的详尽应用供应参照，同时比较研究了外国同类产品的性能。研究结果表示，采用特其他活化浸渍办理液系统和热办理工艺可以有效改进

2、预办理芳纶短切纤维与三元乙丙橡胶之间的界面粘合水平。要点词：芳纶纤维预办理短纤维界面粘合传动带序言芳纶（芳香族聚酰胺纤维）是20世纪70年代发展起来的一种新式高性能产业纤维，芳纶纤维主要分为两种：间位聚酰胺纤维（meta-aramidfiber,国内名称芳纶1313）和对位聚酰胺纤维（para-aramidfiber,国内名称芳纶1414）。间位芳纶拥有优异的热牢固性、阻燃性、电绝缘性、化学牢固性以及耐辐射性等，但模量和强度明显不如对位芳纶，对位芳纶拥有较好的耐热性、高弹性模量、高强力及很好的尺寸牢固性等。芳纶纤维是橡胶工业理想的骨架资料之一，由于其拥有很高的取向度和结晶度，并且没有无定形区，

3、而分子链段中有大量苯环，位阻较大，因此酰胺基团较难与其他原子或基团发生化学反响，因此对于芳纶纤维表面进行粘合浸渍预办理比较困难，预办理的芳纶纤维与橡胶基质的界面粘合相对较差一些。基于此国内外专家学者对芳纶纤维的表面粘合改性进行了大量研究，目前表面涂层办理方法在工业中已经获取广泛的应用。近来弘宇新材-北化短纤维预办理技术研究中心进行了高性能芳纶纤维表面粘合预办理技术的开发，在多年尼龙、聚酯、棉纤维的表面预办理技术研究和产品开发基础上，采用先活化再RFL增粘办理的二浴法浸渍预办理技术，不但在第一浴的纤维表面活化预办理技术进步行改进，更在第二浴的RFL增粘预办理配方和工艺方面进行了创新改进，可满足不

4、同样橡胶基体特别是表面难以粘合的非极性三元乙丙橡胶（EPDM）对粘合性能的特别要求。基于上述技术开发的预办理芳纶短切纤维系列产品可广泛应用于氯丁橡胶CR、EPDM、氢化丁腈HNBR等橡胶基的汽车传动带压缩层胶料的配合中，可以明显提高压缩层胶料的抵抗侧向压缩变形能力，同时由于与基体橡胶之间拥有优异的界面粘合水平，提高了传动带的高温疲倦使用寿命。其他，目前在国内外市场上还没有经过预办理的间位芳纶短纤维产品，尽管间位芳纶纤维的模量和强度比对位芳纶要差很多，但由于间位芳纶纤维表面更易于增粘预办理以及耐热性与对位芳纶相当，经过上述技术开发的预办理间位芳纶短纤维产品对照于目前市场上的各种预办理对位芳纶短纤

5、维产品，与各种基体橡胶之间拥有更好的界面粘合水平。本文比较研究了各种表面粘合预办理浸渍液配方和工艺对不同样厂家生产的对位芳纶、间位芳纶纤维进行表面预办理获取的预办理芳纶短切纤维对三元乙丙橡胶（）的增强性能，希望为高性能芳纶短纤维产品的开发及其在耐热橡胶传动带中的详尽应用供应参照。实验部分原资料及配方：实验采用黑龙江弘宇短纤维新资料股份有限公司生产的三种不同样表面粘合水平的预办理对位芳纶和间位芳纶短切纤维共六种产品：-未办理；-老例粘合办理；-高活性粘合表面办理,间位芳纶，对位芳纶，短纤维长度均为1mm；作为比较还采用了外国厂家生产的纤维长度为1毫米的芳纶短切纤维DCAF-1以及弘宇公司生产的1

6、毫米长的高活性尼龙66短切纤维HFN66-1。EPDM橡胶配方为：EPDM4045：100；SA：；ZnO：；S:；促进剂M：；促进剂TT:；促进剂BZ:；白炭黑silica：20；短纤维：变量。2加工工艺及试样制备：采用开炼机混炼，第一将除了短纤维以外的生胶和配合剂在米辊距下混炼制备出一段EPDM母胶（可一次性混炼出10-20个测试配方需要的混炼胶量），依照配方用量，1毫米辊距下一段母胶包辊后加入配方用量的芳纶短切纤维进行混炼，基散均匀后，打三个三角包、三个卷，尔后出1毫米的胶片对折成2毫米的混炼胶拉伸样除了特别注明取向角度外，需要严格依照拉伸方向与开炼机压延方向一致进行混炼胶片1毫尔后本分

7、片，的剪裁；平板硫化制样，硫化时间依照硫化特点曲线显示的t90时间再加5分钟；拉伸力学性能测试依照国家标准进行，除了特别注明外，拉伸沿纤维取向方向进行（取向角为0度，MD方向）。性能测试及表征：硫化胶的拉伸应力应变性能、撕破强度、硬度等静态力学性能的测试均依照相应的国家标准执行，拉伸性能按GBT528-1998测试；撕破强度按GBT529-1999测试，直角型试样；邵尔A型硬度按GBT531-1999测试；采用深圳新三思试验仪器厂生产的CMT4104型全能资料试验机进行拉伸力学性能测试，芳纶短纤维表面微观结构面貌的察看采用日本Hitachi公司生产的HITACHIS-4700型扫描电镜（SEM

8、）进行。试验结果与谈论1.预办理对位芳纶短切纤维增强EPDM硫化胶的性能研究3aa2-NPAFPP23-HPAFM3Ms1s10phrAF/EPDMs2se1-CPAFeMDrrtts2-NPAFs13-HPAFAF/EPDMMD1-CHAFstrain%strain%图1的CPAF,NPAF,HPAF短纤维填充图210phr的CPAF,NPAF,HPAF短纤维填充EPDM硫化胶MD向的拉伸应力应变曲线EPDM硫化胶MD向的拉伸应力应变曲线在我们以前的研究中发现，在短纤维填充的硫化橡胶拉伸过程中，随着拉伸应变逐渐增加，短纤维与基质橡胶之间逐渐发生界面滑移，直至发生界面滑脱，出现拉伸应力应变曲线

9、的拐点现象，因此拐点处对应的拉伸信服应力也可以称为界面滑脱应力TSy，信服应力处对应的信服伸长率也可以称为界面滑脱伸长率；我们定义界面滑脱应力与界面滑脱伸长率乘积的1/2为相对界面滑脱能RISE（RelativeInterfaceSlipEnergy）,实质上RISE数值就是拉伸应力应变曲线与横坐标轴所围成的近似三角形图形的面积，相对反响了拉伸过程中短纤维与基质橡胶发生界面滑脱所需要的能量大小，以前的实验研究表示，相对界面滑脱能RISE数值与短纤维用量、长度、纤维取向程度、纤维取向角度、胶料配方中增强填料用量等不影响纤维表面粘合特点的因素关系不大，而与预办理纤维品种、表面粘合办理水平、胶料配方

10、中HRH粘合助剂用量、过硫化等影响纤维表面粘合特点的因素关系很大，这说明采用RISE数值可以表征短纤维表面粘合特点，而对于长丝纤维骨架资料（纱、线绳、帘线、帆布等结构形式）而言，既可以切断为1-5毫米长的短纤维来增强橡胶，经过测试获取的硫化胶RISE数值来表征长丝纤维骨架资料的表面粘合状况（老例的长丝纤维表面粘合测试方法有H抽出、T抽出、剥离粘结等），也可以借鉴短纤维增强橡胶系统采用的过硫化、热老化等方法，结合老例的H抽出、T抽出、剥离粘结等测试方法，进一步表征纤维骨架资料（包括钢丝）与橡胶基质之间粘合长久性。第一我们来比较和10phr纤维用量的未办理对位芳纶短切纤维（CPAF、）一般粘合处理

11、的对位芳纶短切纤维（NPAF、）高活性粘合办理的对位芳纶短切纤维（HPAF增强的EPDM硫化胶的拉伸力学性能，分别如图1和图2所示，可以看出，短纤维的加入明显提高了硫化胶的弹性模量和小形变下的定伸应力（平时采用10%定伸应力TS10来表征硫化胶的模量和抵抗变形的能力，采用25%定伸应力TS25以及界面滑脱应力TSy来表征短纤维对基质橡胶的增强能力），对于表面粘合水平不高的短纤维（比方CPAF短纤维）所填充的EPDM硫化胶拉伸过程中很快发生近似于塑料拉伸信服现象，即应力应变曲线出现拐点，此后经过一段屈服拉伸过程，硫化胶发生断裂也许拉伸应力连续提高后，再发生断裂，此时的拉伸断裂强度有可能还高于信服

12、应力TSy，因此我们谈论短纤维对橡胶增强性能一般察看拉伸信服前的这一段应力-应变性能。图3显示了不同样用量的HPAF短纤维增强EPDM硫化胶拉伸应力应变曲线，从图4显示的拉伸应力应变特点数据发现，随着纤维用量增加，硫化胶的TS10、TS25和TSy等增强性能指标逐渐提高，拉伸应力应变曲线的信服现象越来越明显，信服伸长率相应逐渐降低，研究结果表示，相对界面滑脱能RISE的数值确基本保持不变，这也说了然RISE数值不过跟纤维表面粘合状况和采用的橡胶配方有关，可能跟纤维用量、纤维取向程度和取向角度、纤维长度等不影响纤维表面特点的因素关系不大。图3不同样用量的高粘合HPAF增强EPDM硫化胶MD向的拉

13、伸应力-应变曲线预办理间位芳纶短切纤维增强EPDM硫化胶的性能研究图4不同样表面粘合水平的MAF短纤维增强EPDM硫化胶的应力-应变曲线图（1#-未办理MAF,2#-A-MAF，3#-B-MAF，4#-C-MAF）目前在国内外市场上还没有经过预办理的间位芳纶1313短纤维产品（MAF），弘宇公司自主研发出了浸渍预办理的芳纶1313短纤维产品，芳纶1313纤维与尼龙和聚酯纤维对照，物理性能方面有很多的优势，特别是耐热性能和高温下的模量和强度保持率很高，因此尽管与对位芳纶1414对照，其强度和模量要差些，但是该预办理间位芳纶短纤维产品依旧拥有很大的应用潜力。从图4显示的4种不同样表面粘合水平预办理

14、的间位芳纶1313短纤维增强EMPDM硫化胶MD方向的拉伸应力应变特点可以看出，未办理AF1313增强EPDM硫化胶的拉伸滑脱应力只有左右，滑脱伸长率在20%左右，相对界面滑脱能RISE数值不过为；三种不同样粘合办理方法（A法，B法，C法）进行浸渍预办理获取的三种短纤维样品所增强的EPDM硫化胶的拉伸力学性能明显提高，其RISE数值分别为、，可以看出，经过科学的浸渍粘合预办理工艺，可以生产出表面粘合性能优异的预办理间位芳纶短纤维产品，这是由于间位芳纶1313纤维自己分子结构的特点，相对于对位芳纶1414来讲，进行增粘预办理相对来说简单得多。表110phr用量的不同样品种短纤维增强EPDM硫化胶

15、的硬度、撕破强度和拉伸应力应变特点等性能数据项目预办理短纤维种类（纤维长度1毫米）不加短纤维HPAF/EPDMHMAF/EPDM尼龙FN66/EPD的硫化胶硫化胶M邵尔A硬度/60817676撕破强度35424640/TSy（MPa）/20%50%50%RISE/12111024391-0phra82-10phrHPAF7P63-10phrHMAFM54-10phrFN66,s4sEPDM,MDert3s12100255075100stain,%图510phr用量HPAF,HMAF,FN66三种短纤维增强EPDM硫化胶MD向的拉伸应力-应变曲线图5显示了10phr用量的三种短纤维（对位芳纶HP

16、AF，间位芳纶HMAF和高活性尼龙FN66）增强的EPDM硫化胶拉伸应力应变曲线，表1列出了详尽的拉伸力学性能数据和硫化胶硬度及直角撕破强度性能数据，可以看出，不同样品种的高粘合活性办理的短切纤维对三元乙丙橡胶的增强性能差别较大；依照我们以前对预办理尼龙66短纤维增强三元乙丙橡胶的研究结果，高活性尼龙66短纤维拥有很好的表面粘合活性，尼龙66纤维表面浸渍预办理平时不需要活化浸渍办理，不过采用特其他RFL浸渍办理胶液即可，比较性能数据发现，高活性间位芳纶短切纤维HMAF的相对界面滑脱能RISE与尼龙66短纤维周边，高于高活性对位芳纶HPAF近100%；同时，HMAF/EPDM硫化胶硬度相对较低，直角撕破强度比HPAF/EPDM硫化胶也高近10%，表示了预办理间位芳纶短切纤维在耐热橡胶制品应用的巨大潜力，尽管间位芳纶短切纤维的模量和强度明显低于对位芳纶，但耐热性相当，断裂伸长率又高出很多，同时间位