短尼龙弹力丝增强天然胶的超声硫化试验研究＋.PDF

短尼龙弹力丝增强天然胶的超声硫化实验研究 短尼龙弹力丝增强天然胶的超声硫化实验研究+ 曾海泉1闻邦椿2 (1．沈用化工学院沈阳110021；2．东北大学沈阳110006) 摘要本文提出用短尼龙弹力丝来增强天然胶，并用超声硫化工艺对增强材料进行硫化。 对普通尼龙短纤维与短尼龙弹力丝增强天然橡胶用传统热硫化度超声硫化两种工 艺得到试件的机械性能进行对比，用弹力丝表面形态厦试件断口形态分析了其增强 机理。结果表明，短尼龙弹力丝具有良好的增强效果，且易在橡胶中分散，用超声硫 化工艺对短尼龙弹力丝进行硫化时，不对弹力丝进行任何预处理时，得到的机械性 能最好。 关键词短尼龙弹力丝；普通尼龙短纤维；短纤维增强橡胶；超声硫化 1引言 短纤维增强橡胶，具有许多优异的力学性能，而且可用挤出法成型，特别容易实现生 产的连续化及自动化，现已开始得到不少实际应用-1．2，3J。但是短纤维的增强效果与长纤 维相比有较大差距，故其使用一直受到限制。怎样才能既保留短纤维增强橡胶的优点，又 得到长纤维那样的增强效果，便成了亟待解决的重要课题。 为了提高增强效果，有人革新纤维表面预处理方法L4j，试图通过更有效的预处理来 提高增强效果；有人提出新的粘合体系，力图用更好的粘合体系来解决问题E50；甚至有人 提出用超声波脉冲来控制一个专用机构，实现将纤维圆形截面周期性地砸扁，从而改变纤 维的截面形状，产生机械锚定效应，来提高增强效果【61；但上述所有努力均存在效果不明 显，可操作性差等弊病。故此项研究工作至今仍未取得突破性进展。根据这种情况，本人 在文献[7]中提出用短弹力丝来对橡胶进行增强。 弹力丝是由长丝经过变形处理后得到，其表面粗糙，形状卷曲，具有很强的机械锚定 效应，这由图1和图2可明显地看出。图1为普通尼龙长丝的扫描电镜图，它表面光滑， 直来直去；图2为尼龙弹力丝的扫描电镜图，其轮廓形状呈波浪形的卷曲，此外，纤维还绕 中心轴像麻花一样地拧劲，从而使表面状态凹凸不平。可以想象，一根迂回曲折多次而表 面坑凹不平的短纤维，埋人橡胶之中，肯定更不易将其抽出，从而具有更好的增强效果。 文献[7]中的实验结果也证实了以上推断，未经任何处理的弹力丝，其增强效果都能达到 经过传统RFL预处理液处理过的长丝的水平。 然而，用RFL预处理液处理后，弹力丝的增强效果却不见增加，这表明，虽然预处理 能增加亲和力，但粘稠的处理液使得弹力丝表面变得圆滑，降低了机械锚定效应，因此，对 外表现为整体增强效果变化不大。根据这种情况，本文采用由文献[8]提出的超声硫化工 科学基金项2001228—04—05。 -269· 振动利用技术的若干研究与进展 图1尼龙长丝表面形态的SEM照片 图2尼龙弹力丝表面形态的SEM照片 艺，来对短尼龙弹力丝增强橡胶进行硫化，并对结果进行了比较和分析。结果表明，该硫 化工艺能有效地改善橡胶与骨架之间的结合能力，提高界面强度。 2 实 验 2．1原材料及胶料配方 尼龙长丝和尼龙弹力丝为辽阳石油化学工业公司纤维一厂产品，直径为22tan。 脂酸2；防老剂A1．5；通用炭黑43。 2．2实验装置 实验装置由无锡太湖机械厂生产的超声塑料焊接机改造而成。如图3所示，它由超 声系统、气压系统、模具和机架组成。超声系统由超声波发生器、换能器组成及变幅杆组 成，它产生适当振幅和频率的超声运动，给胶料作用足够的超声能，使胶料得到足够的热 量并实现硫化。超声装置的输出功率为lkW，频率为20kHz，变幅杆当凸模，与下边的凹 模形成配合。气压传动部分用于向胶料施加足够的压力，防止出现脱空现象。凹模由电 木制成，以防止热量散失过快。在凹模的底部装有热电偶，用于测取胶料温度，并根据测 得的温度，控制超声波发生器的输出。 图3实验机器的写真图 橡胶的塑炼和混炼用沈阳橡塑机械厂生产的b160开炼机进行；混炼胶的普通热硫化 270· 短尼龙弹力丝增