CN105949528A - 一种高强度耐磨充气艇材料 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种高强度耐磨充气艇材料，由以下成分制成：聚酯纤维、竹纤维纳米晶须、羧甲基纤维素、聚氯乙烯、丁腈橡胶、纳米氧化铝、纳米碳化硅、天然橡胶、辅助剂。本发明制备的充气艇材料，柔韧性好，强度高，通过各成分的相互协同作用，材料的拉伸性能、硬度、断裂伸长率都有极大的提高；各成分之间界面相容性和分散性好，抗老化能力和对光和热的稳定性佳，抗冲击强度得到了极大的提高；本发明通过添加聚氯乙烯与丁腈橡胶的协同作用，使得充气材料的气密性提高了3.5倍,在20号机油中,拉伸弹性模量的残率提高了75%以上,耐盐水性拉伸强度残率达到100%,耐低温性由原来的‑30℃降低到‑45℃。

Description

一种高强度耐磨充气艇材料

技术领域

本发明涉及塑料领域，特别是涉及一种高强度耐磨充气艇材料。

背景技术

充气艇，体积小巧，船尾添加推进器，航行速度可以显著提高。广泛应用于水上休闲、娱乐、钓鱼、捕鱼等水上作业。一般来讲整艇的充气浮力胎被隔成多个独立气室，分隔设置有很高的气密性，在个别气室破损时，其它部分仍保持足够浮力，相邻两个气室甚至更多气室同时破损时，整艇仍有一定浮力。整艇具有很好的抗沉性，在整艇已处于最大载重（使用安全上的限定）时，即使整个船艇灌满水时，仍浮于表面！由于充气船艇两侧有浮力胎，艇体横向倾侧入水的可能程度很小，再加上产品设计制造中有专门的稳定性测试的保证，因此在最大载重即使还有较大的风浪）时，它也不会横向倾覆！充气船艇与木质、铝合金、玻璃钢小艇相比较，充气艇可拆解保存和灵活转移，并且备良好的抗撞击缓冲的作用。但是，现有的充气艇材料制成的充气艇气密性、耐磨性一般，使用寿命不是很长，达不到某些场合的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度耐磨充气艇材料，通过以下技术方案实现：

一种高强度耐磨充气艇材料，按重量份计由以下成分制成：聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

所述辅助剂按百分比计由以下成分制成：30%淀粉、50%环氧大豆油、12%钛酸酯、8%丙烯酰胺；所述淀粉为玉米淀粉，所述辅助剂的制备方法为：将淀粉、环氧大豆油、钛酸酯、丙烯酰胺按各自百分比添加到高混机中，在78℃下，以1000r/min速度搅拌30分钟，即可；

所述聚酯纤维经过预处理：将聚酯纤维放入质量浓度为12%的马来酸溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射30s，过滤，洗涤，再放入质量浓度为90%的乙醇溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射45s，过滤，洗涤，然后放入质量浓度为13.5%的丙烯酸溶液中，浸泡30分钟并采用紫外光照射1分钟，过滤，洗涤，干燥，即可；

所述纳米氧化铝的粒度为24-26nm，所述纳米氧化铝经过预处理：将纳米氧化铝添加到质量浓度为5.6%的马来酸溶液中，加热至44℃，搅拌10分钟，添加纳米氧化铝质量2%的聚甲基丙烯酸甲酯，加热至68℃，搅拌20分钟，然后，过滤，烘干，即可；

所述纳米碳化硅的粒度为18-20nm，所述纳米碳化硅经过预处理：将纳米碳化硅添加到质量浓度为6.5%的硬脂酸溶液中，常温浸泡30分钟后，过滤，烘干，即可；

所述天然橡胶经过预处理：将天然橡胶与其质量1.25%的高岭土与炭黑混合物在134℃下，进行混合，并以650r/min转速搅拌25分钟，自然冷却至室温，即可；所述高岭土与炭黑混合物中高岭土与炭黑按3:1质量比例混合而成，所述高岭土与炭黑混合物经过有机硅烷偶联剂si-6改性处理。经过处理，可以使得天然橡胶与聚酯纤维在一定程度上有助于增大复合材料界面粘结性能，改善与聚氯乙烯的界面粘结性能。

一种高强度耐磨充气艇材料的制备方法，包括：

1）按重量份分别称取，聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

2）将聚酯纤维、丁腈橡胶、竹纤维纳米晶须、天然橡胶、辅助剂均匀混合，初始温度加热至137℃，持续15分钟后，添加羧甲基纤维素、聚氯乙烯、纳米氧化铝、纳米碳化硅继续缓慢加热，在1小时内温度升高至180℃为止，开始缓慢冷却，当冷却至120℃时，直接添加到高速搅拌共混开始进行预塑化，再添加到挤出机中进行造粒，即可。

本发明通过大量的实验研究，研制出的聚酯纤维充气艇材料，并对其拉伸性能和摩擦磨损性能进行了研究，分析了拉伸断口和摩损表面的形貌。结果表明：通过对聚酯纤维和天然橡胶进行的预处理，配合添加的竹纤维纳米晶须和辅助剂使得制成的材料的经向和纬向的拉伸强度提高了5．1％、15．0％，经向和纬向的弹性模量提高了35．1％、27．0％；材料的耐磨损性能得到极大的提高，材料的摩擦因数降低了24．2％、磨损率减少了96．0％，并且，制成的材料气密性得到极大的提升。

通过大量实验研究，对不同粒径和不同处理的纳米碳化硅对本发明制备的充气艇材料的性能进行了分析，得出最佳纳米碳化硅粒径能够更加均匀的分布在充气艇材料中，对充气艇的拉伸强度、断裂伸长率和耐温性能具有极大的提高和对充气艇的寿命、耐腐蚀性都有补强效果，且本发明选用的碳化硅粒径及与其它成分分布匹配时有最好的补强效果，还可以有效提高充气艇的热稳定性。

添加经过处理的纳米氧化铝，能够降低充气艇的摩擦系数，减小摩擦损耗，具有优异的耐磨性；耐天候老化和臭氧老化性能好，经久耐用，极大的提高了充气艇的使用寿命。

本发明的有益效果是：本发明制备的充气艇材料，柔韧性好，强度高，通过各成分的相互协同作用，材料的拉伸性能、硬度、断裂伸长率都有极大的提高；各成分之间界面相容性和分散性好，抗老化能力和对光和热的稳定性佳，抗冲击强度得到了极大的提高，材料的接触角大于150°，疏水性极高，耐天候老化和臭氧老化性能好，经久耐用，极大的提高了充气艇的使用寿命；本发明通过添加聚氯乙烯与丁腈橡胶的协同作用，使得充气材料的气密性提高了3.5倍,在20号机油中,拉伸弹性模量的残率提高了75%以上,耐盐水性拉伸强度残率达到100%,耐低温性由原来的-30℃降低到-45℃；本发明充气艇材料制备的充气艇寿命比普通充气艇的寿命提高了70%。

具体实施方式

一种高强度耐磨充气艇材料，按重量份计由以下成分制成：聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

所述辅助剂按百分比计由以下成分制成：30%淀粉、50%环氧大豆油、12%钛酸酯、8%丙烯酰胺；所述淀粉为玉米淀粉，所述辅助剂的制备方法为：将淀粉、环氧大豆油、钛酸酯、丙烯酰胺按各自百分比添加到高混机中，在78℃下，以1000r/min速度搅拌30分钟，即可；

所述聚酯纤维经过预处理：将聚酯纤维放入质量浓度为12%的马来酸溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射30s，过滤，洗涤，再放入质量浓度为90%的乙醇溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射45s，过滤，洗涤，然后放入质量浓度为13.5%的丙烯酸溶液中，浸泡30分钟并采用紫外光照射1分钟，过滤，洗涤，干燥，即可；

所述纳米氧化铝的粒度为24-26nm，所述纳米氧化铝经过预处理：将纳米氧化铝添加到质量浓度为5.6%的马来酸溶液中，加热至44℃，搅拌10分钟，添加纳米氧化铝质量2%的聚甲基丙烯酸甲酯，加热至68℃，搅拌20分钟，然后，过滤，烘干，即可；

所述纳米碳化硅的粒度为18-20nm，所述纳米碳化硅经过预处理：将纳米碳化硅添加到质量浓度为6.5%的硬脂酸溶液中，常温浸泡30分钟后，过滤，烘干，即可；

所述天然橡胶经过预处理：将天然橡胶与其质量1.25%的高岭土与炭黑混合物在134℃下，进行混合，并以650r/min转速搅拌25分钟，自然冷却至室温，即可；所述高岭土与炭黑混合物中高岭土与炭黑按3:1质量比例混合而成，所述高岭土与炭黑混合物经过有机硅烷偶联剂si-6改性处理。

一种高强度耐磨充气艇材料的制备方法，包括：

1）按重量份分别称取，聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

2）将聚酯纤维、丁腈橡胶、竹纤维纳米晶须、天然橡胶、辅助剂均匀混合，初始温度加热至137℃，持续15分钟后，添加羧甲基纤维素、聚氯乙烯、纳米氧化铝、纳米碳化硅继续缓慢加热，在1小时内温度升高至180℃为止，开始缓慢冷却，当冷却至120℃时，直接添加到高速搅拌共混开始进行预塑化，再添加到挤出机中进行造粒，即可。

本发明经过大量实验研究对于聚氯乙烯与丁腈橡胶添加的量对本发明充气艇材料性能的影响（相对于普通充气艇材料）：

重量份	拉伸强度提高%	断裂伸长率提高%	耐温性提高%	寿命提高%	气密性提高（倍）	耐低温性降低（°）	耐磨性提高%
								聚氯乙烯5、丁腈橡胶1.5	20.7	21.6	23.5	30.6	1.2	-5	25.2
聚氯乙烯10、丁腈橡胶1	21.5	22.9	24.9	32.8	1.6	-6	26.4
								聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5	30.4	32.6	40.8	70.0	3.5	-15	58.4
聚氯乙烯14、丁腈橡胶2	26.8	27.9	29.5	36.7	0.6	-3	21.4
								聚氯乙烯8、丁腈橡胶1	25.6	26.2	27.7	35.8	1.3	-4	22.8
聚氯乙烯0、丁腈橡胶0	17.2	18.0	20.1	22.4	0.4	-1	10.8

表1

由表1可以看出本发明中聚氯乙烯与丁腈橡胶不同添加的量对本发明充气艇材料性能的影响不同。

Claims (2)

1.一种高强度耐磨充气艇材料，其特征在于，按重量份计由以下成分制成：聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

所述辅助剂按百分比计由以下成分制成：30%淀粉、50%环氧大豆油、12%钛酸酯、8%丙烯酰胺；所述淀粉为玉米淀粉，所述辅助剂的制备方法为：将淀粉、环氧大豆油、钛酸酯、丙烯酰胺按各自百分比添加到高混机中，在78℃下，以1000r/min速度搅拌30分钟，即可；

所述聚酯纤维经过预处理：将聚酯纤维放入质量浓度为12%的马来酸溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射30s，过滤，洗涤，再放入质量浓度为90%的乙醇溶液中浸泡20分钟并采用紫外光照射45s，过滤，洗涤，然后放入质量浓度为13.5%的丙烯酸溶液中，浸泡30分钟并采用紫外光照射1分钟，过滤，洗涤，干燥，即可；

所述纳米氧化铝的粒度为24-26nm，所述纳米氧化铝经过预处理：将纳米氧化铝添加到质量浓度为5.6%的马来酸溶液中，加热至44℃，搅拌10分钟，添加纳米氧化铝质量2%的聚甲基丙烯酸甲酯，加热至68℃，搅拌20分钟，然后，过滤，烘干，即可；

所述纳米碳化硅的粒度为18-20nm，所述纳米碳化硅经过预处理：将纳米碳化硅添加到质量浓度为6.5%的硬脂酸溶液中，常温浸泡30分钟后，过滤，烘干，即可；

所述天然橡胶经过预处理：将天然橡胶与其质量1.25%的高岭土与炭黑混合物在134℃下，进行混合，并以650r/min转速搅拌25分钟，自然冷却至室温，即可；所述高岭土与炭黑混合物中高岭土与炭黑按3:1质量比例混合而成，所述高岭土与炭黑混合物经过有机硅烷偶联剂si-6改性处理。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐磨充气艇材料的制备方法，其特征在于，包括：

1）按重量份分别称取，聚酯纤维48、竹纤维纳米晶须12、羧甲基纤维素1、聚氯乙烯10、丁腈橡胶1.5、纳米氧化铝0.6、纳米碳化硅0.4、天然橡胶112、辅助剂2；

2）将聚酯纤维、丁腈橡胶、竹纤维纳米晶须、天然橡胶、辅助剂均匀混合，初始温度加热至137℃，持续15分钟后，添加羧甲基纤维素、聚氯乙烯、纳米氧化铝、纳米碳化硅继续缓慢加热，在1小时内温度升高至180℃为止，开始缓慢冷却，当冷却至120℃时，直接添加到高速搅拌共混开始进行预塑化，再添加到挤出机中进行造粒，即可。