一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯纖維是自上個世紀80年代發(fā)展起來的一種高性能纖維，工業(yè)化生產(chǎn)采用凝膠紡絲超倍拉伸技術(shù)，是凝膠紡絲技術(shù)中的代表產(chǎn)品。傳統(tǒng)的交聯(lián)方法是輻射交聯(lián)和熱化學(xué)交聯(lián)，但是這2種交聯(lián)方法都會使纖維的力學(xué)性能受到損傷，高能輻射使纖維的分子鏈斷裂，并且纖維強度隨輻射劑量的增加而下降。熱化學(xué)交聯(lián)是在高溫下通過引發(fā)劑的熱分解產(chǎn)生交聯(lián)，這會使已經(jīng)高度取向的大分子鏈產(chǎn)生不同程度的松弛，同樣會對纖維的強度和模量產(chǎn)生不利影響。由于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維化學(xué)性質(zhì)不活潑，表面能低，表面缺乏極性基團，而且是高度對稱的亞甲基結(jié)構(gòu)，因此纖維具有很高的結(jié)晶度和取向度。這一方面雖然保證其具有較高的力學(xué)強度，但另一方面也造成纖維表面的化學(xué)惰性，因此與樹脂基體制成復(fù)合材料后，界面結(jié)合力較差。為改善其界面結(jié)合性能開展了大量的研究工作。
[0003]許多通用橡膠拉伸性能與耐壓縮性能較差，而在潮濕條件下，橡膠的撕裂性能、挺性、抗刺穿性能尤其差。這些性能可以通過加入適量聚合物短纖維來改善，目
前工業(yè)上能夠用作橡膠配合的纖維包括高性能的芳綸、碳纖維與性能較為普通的劍麻纖維、棉纖維等等，使用領(lǐng)域包擴高度專業(yè)化的領(lǐng)域如密封圈、摩擦產(chǎn)品、汽車膠管、火箭襯里等。這些纖維的共同特征是擁有相對較好的機械性能與耐熱性能，與彈性體材料進行復(fù)合后在靜態(tài)或動態(tài)條件下都有較好的相互作用。超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)異的物理機械性能，是與碳纖維、芳綸纖維并列的世界三大高性能纖維之一，其主要特點就是密度小，強度高，模量高，耐腐蝕，抗沖擊，在國防建筑醫(yī)療航空航天都擁有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對聚乙烯纖維不耐高溫，表面加工困難，不易染色，不易與其他材料粘接，耐蠕變性能差，通用橡膠拉伸性能與耐壓縮性能較差，而在潮濕條件下，橡膠的撕裂性能、抗刺穿性能差的問題，提供了一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明用超高分子量聚乙烯纖維制得聚乙烯纖維半稀溶液，將其放入等離子發(fā)生裝置中進行表面改性得改性聚乙烯纖維半稀溶液，將其和硅酸乙酯和無水乙醇等制得二氧化硅溶膠混合，得聚乙烯纖維二氧化硅混合液，取天然橡膠加入氧化鋅、硬脂酸切刀后將聚乙烯纖維二氧化硅混合液倒入，再加入促進劑等進行混煉、烘干、粉碎得一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料，本發(fā)明利用橡膠的柔性高、高彈性和纖維剛性比較強的特點，將二者的特性有效地結(jié)合在一起，復(fù)合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的橡膠制品，不僅耐高溫，而且拉伸、耐壓縮性能好。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: (1)稱取200?300g超高分子量聚乙烯纖維放入2L燒杯中，加入500?600mL煤油，放置在磁力攪拌機上，以400?500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌至聚乙烯纖維完全溶解，制得聚乙烯纖維半稀溶液；
(2 )將聚乙烯半稀溶液放入等離子發(fā)生裝置中，啟動裝置，使其處于等離子氛圍中，進行表面改性5?lOmin，處理功率為1000?1500W，改性結(jié)束后取出于30?40°C下靜置2?3h，得改性聚乙烯纖維半稀溶液；
(3)量取15?20mL硅酸乙酯和10?15mL無水乙醇倒入200mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，之后放置在磁力攪拌機上，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200?300r/min，邊攪拌邊按順序緩慢滴加10?15mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液、15?20mL去離子水和1?2mL質(zhì)量濃度為30%的鹽酸溶液，繼續(xù)攪拌30?40min得到二氧化娃溶膠；
(4)量取400?500mL改性聚乙烯纖維半稀溶液倒入1L燒杯中，放置在磁力攪拌機上以500?600r/min的轉(zhuǎn)速進行攪拌，邊攪拌邊將20?30mL 二氧化硅溶膠逐滴滴入燒杯中，控制滴加速度在20?30min內(nèi)滴加完畢，之后得到聚乙烯纖維二氧化硅混合液；
(5)稱取50?100g天然橡膠倒入雙輥筒開煉機中，先以5°C/min的速率升溫至120?150°C，保溫10?15min后，加入3?5g氧化鋅粉末、1?3g硬脂酸，用40?45_直徑的割刀切割5?8次，再將200?300mL聚乙烯纖維二氧化硅混合液倒入，割刀吃料后，再加入1?2g乙烯硫脲促進劑，混煉10?15min后，繼續(xù)加入1?2g 二硫代氨基甲酸鈉，調(diào)整棍距為2?4mm，升溫至150?160°C混煉20?30min后，移入烘箱在105?110°C下干燥，經(jīng)氣流粉碎機粉碎后過40?50目標準篩即得一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制備耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料應(yīng)用在輪胎、膠管、膠帶、膠鞋等橡膠制品上，與普通的橡膠材料相比，在65kg/cm2的伸長負荷作用下，經(jīng)20?24h后，復(fù)合材料的蠕變?yōu)樵汲叽绲?.5?5%，普通橡膠僅為原始尺寸的0.5?
0.7%，而且其耐溫性也比普通橡膠高出10?20°C。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明利用橡膠的柔性高、高彈性和纖維剛性比較強的特點，將二者的特性有效地結(jié)合在一起，復(fù)合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的橡膠制品；
(2 )本發(fā)明制備出復(fù)合材料不僅耐高溫，而且拉伸、耐壓縮性能好。
【具體實施方式】
[0008]首先稱取200?300g超高分子量聚乙烯纖維放入2L燒杯中，加入500?600mL煤油，放置在磁力攪拌機上，以400?500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌至聚乙烯纖維完全溶解，制得聚乙烯纖維半稀溶液；將聚乙烯半稀溶液放入等離子發(fā)生裝置中，啟動裝置，使其處于等離子氛圍中，進行表面改性5?lOmin，處理功率為1000?1500W，改性結(jié)束后取出于30?40°C下靜置2?3h，得改性聚乙烯纖維半稀溶液；量取15?20mL硅酸乙酯和10?15mL無水乙醇倒入200mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，之后放置在磁力攪拌機上，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200?300r/min，邊攪拌邊按順序緩慢滴加10?15mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液、15?20mL去離子水和1?2mL質(zhì)量濃度為30%的鹽酸溶液，繼續(xù)攪拌30?40min得到二氧化硅溶膠；量取400?500mL改性聚乙烯纖維半稀溶液倒入1L燒杯中，放置在磁力攪拌機上以500?600r/min的轉(zhuǎn)速進行攪拌，邊攪拌邊將20?30mL 二氧化硅溶膠逐滴滴入燒杯中，控制滴加速度在20?30min內(nèi)滴加完畢，之后得到聚乙烯纖維二氧化硅混合液；稱取50?100g天然橡膠倒入雙輥筒開煉機中，先以5°C /min的速率升溫至120?150°C，保溫10?15min后，加入3?5g氧化鋅粉末、1?3g硬脂酸，用40?45mm直徑的割刀切割5?8次，再將200?300mL聚乙烯纖維二氧化硅混合液倒入，割刀吃料后，再加入1?2g乙烯硫脲促進劑，混煉10?15min后，繼續(xù)加入1?2g 二硫代氨基甲酸鈉，調(diào)整輥距為2?4mm，升溫至150?160°C混煉20?30min后，移入烘箱在105?110°C下干燥，經(jīng)氣流粉碎機粉碎后過40?50目標準篩即得一種耐高溫聚乙烯纖維橡膠復(fù)合材料。
[0009]實例1
首先稱取200g超高分子量聚乙烯纖維放入2L燒杯中，加入500mL煤油，放置在磁力攪拌機上，以400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌至聚乙烯纖維完全溶解，制得聚乙烯纖維半稀溶液；將聚乙烯半稀溶液放入等離子發(fā)生裝置中，啟動裝置，使其處于等離子氛圍中，進行表面改性5min，處理功率為1000W，改性結(jié)束后取出于30°C下靜置2h，得改性聚乙烯纖維半稀溶液；量取15mL硅酸乙酯和10mL無水乙醇倒入200mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，之后放置在磁力攪拌機上，設(shè)置轉(zhuǎn)速為200r/min，邊攪拌邊按順序緩慢滴加10mL質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液、15mL去離子水和lmL質(zhì)量濃度為30%的鹽酸溶液，繼續(xù)攪拌30min得到二氧化硅溶膠；量取400mL改性聚乙