芳纶浆粕增强NR%2fBR复合材料结构与性能的研究.pdfVIP

芳纶浆粕增强NR／BR复合材料结构与性能的研究 吴卫东1t2赵冬梅3周彦豪4张立群h2程安仁3 (1北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室，北京化工大学，100029) (2教育部纳米材料重点实验室，北京化工大学，100029) (3北京首创轮胎有限责任公司，北京市，100096) (4广东工业大学材料与能源学院，广东省广州市，510090) 文摘： 研究了具有独特微／纳米纤维结构的芳纶浆粕增强NR／BR基复合材料的结构与性能， 同时对比了芳纶浆粕对复合材料的增强特性；采用RPA研究复合材料的加工性能，采用 RPA和DMTA研究复合材料的动态力学性能，采用EsEM观察复合材料的微观结构，通过研 究复合材料的静态拉伸应力一应变特性和撕裂强度一应变特性，论证了芳纶浆粕增强NR／ BR复合材料具有良好的“模量一滞后平衡效应”，仅仅加入3份芳纶浆粕，复合材料20％应 变的拉伸模量提高近二倍，而复合材料的动态力学损耗和硬度几乎没有变化，同时胶料的加 工性能没有不利影响。DMTA和RPA测试表明，AP增强的NR／BR复合材料0摄氏度下的 内耗值有所升高而60摄氏度下的内耗值略有降低，这对于轮胎胎面胶的抗湿滑性和降低滚 动阻力很有意义。 关键词：芳纶浆粕，复合材料，轮胎胎面肢，汽车弹性体 一前言 来就对尼龙、聚酯、维尼纶、纤维素等各种有机短纤维增强橡胶复合材料的结构、 性能及其应用进行了大量的研究，研究侧重于短纤维的预处理方法、短纤维与橡 胶基质的界面粘合、sFRc的力学性能预测、SFRc的各向异性表征、sFRc的加工 流变性能和动态力学性能等方面[““，最近又对具有独特微／纳米纤维结构的高 性能芳纶浆粕增强橡胶复合材料的结构与性能进行了深入的研究m”。 关于高性能芳纶短纤维在轮胎中的应用研究表明㈤”，在工程轮胎和载重轮 ·160· 胎胎面中采用1—3份间位和对位芳纶短切纤维，可以改善胶料的屈挠疲劳性 能、耐磨性能、滞后损失和升热，降低轮胎滚动阻力。DuPont公司这几年对其产 品KEVLAR(r)芳纶浆粕增强弹性体的性能及其应用进行了大量研究‘”川，应 用芳纶浆粕增强弹性体的胶料，具有优异的模量一滞后损失的平衡，可以改善胶 料的抗撕裂性能进而提高产品的使用寿命，还能够提高胶料的生胶强度，因为在 胶料中具有良好的分散性，使其在高性能橡胶制品中广泛应用。但国内在这方 面的研究基本上还是空白。芳纶浆粕在橡胶中具有良好的加工特性，分散性良 好的芳纶浆粕徽／纳米纤维与橡胶基质之间界面结合优异，并具有高效率的模量 增强特性，因此，高性能芳纶浆粕在新轮胎制造以及旧轮胎胎面翻新领域的应 用潜力很大。本论文试图通过研究芳纶浆粕对NR—BR橡胶复合材料微观结构 和宏观性能的影响，探讨芳纶浆粕用于轮胎胎面和其它部件的可能性。 二试验部分 NR／BR复合材料的制备：以北京首创轮胎公司的NR／BR胎面胶配方为基 分散体的形式加人，AP用量是指HAP中的活性AP纤维含量，HAP预分散体是 工大学专利申请技术进行“润滑渗透隔离”预处理得到的，活性AP纤维含量为 30％；作为性能对比的微米短切纤维，分别加入3pllr尼龙(NF)或者1Phr芳纶 (AF)，NF采用黑龙江富锦市橡胶公司生产的FN66—1型浸渍预处理短切尼龙 预处理短切芳纶纤维，纤维长度3mm。复合材料混炼胶和硫化胶试样均有北京 首创轮胎公司提供。 DMTA测试：研究复合材料在一60～100摄氏度的温度扫描特性，拉伸应变 模式，频率lOHz，分析内耗和储能模量的变化规律。 RPA测试：研究复合材料混炼胶100摄氏度的频率扫描特性以及复合材料 硫化胶的频率扫描特性(60摄氏度，7％应变)。 EsEM测试：考察复合材料硫化胶冷冻断面中AP纤维的分散性和界面结 r】6】· 合。 ， 静态拉伸试验：考察复合材料的拉伸应力一应变特性以及c型撕裂和直角 撕裂的撕裂强度一应变特性。 三结果与讨论 1 AP／NR—BR复合材料的微观结构 图l AP3／NR—BR复合材料冷冻掰断断面的EsEM照片 (左图：AP纤维的分散状况；右图：AP纤维与基质橡胶的界面结合状况) 由图1显示