CN107573549A - 一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：超声波清洗、聚多巴胺修饰超高分子量聚乙烯纤维、天然橡胶NR塑炼、纤维及其他配料混炼、制得混炼胶胶片、混炼胶胶片硫化处理。多巴胺仿生修饰具有简便易行、环保无毒的特点。超高分子量聚乙烯纤维经过多巴胺仿生修饰后，在纤维表面沉积了一层富含酚羟基和氨基官能团的聚多巴胺，可提供二次功能化平台，乙二醇二环氧甘油醚及γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等单体进行二次功能化，使聚多巴胺的沉积和环氧、多硫等活性官能团的成功引入。提高了超高分子量聚乙烯纤维与橡胶的粘合性能，改性纤维/橡胶复合材料的界面粘合表现出优异的耐老化和抗疲劳性能。

Description

一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于橡胶复合材料制备技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的、以微观或宏观的形式复合而组成的多相材料。因单纯的天然橡胶或合成橡胶，不论是未硫化生胶还是硫化胶，其物理机械性能很差难以满足使用的要求。因此，提高纤维性能，将纤维复合化是橡胶材料发展的必然趋势之一。

我国是橡胶工业生产大国，轮胎、输送带、胶管等纤维/橡胶复合材料是重要的军民两用产品，而高性能纤维是橡胶制品的理想骨架材料，但目前高性能纤维在橡胶制品中的应用仍未普及。而影响纤维在橡胶制品中应用的主要因素为纤维在橡胶基质中的取向、分散以及纤维与橡胶基质之间的界面粘合水平。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，使得纤维在橡胶基质中分散更加均匀，且进一步提高了纤维与橡胶基质的界面粘合水平。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将超高分子量聚乙烯短切纤维用丙酮进行超声清洗，即放入35℃的超声波清洗仪中清洗45min，其中超声波频率为100kHz，共清洗3次，将处理后的超高分子量聚乙烯短切纤维用去离子水清洗3次，50℃下干燥后备用；

步骤二：配置质量浓度为2g/L的多巴胺盐酸盐溶液，并用三羟甲基氨基甲烷进行缓释，至溶液pH值达到8.5，将超高分子量聚乙烯短切纤维按浴比1:4浸入多巴胺盐酸盐溶液中，并向溶液中加入质量百分比1％的乙二醇二环氧甘油醚及质量百分比1％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在室温下磁力搅拌4h，反应结束后，进行过滤，用去离子水清洗3遍，在50℃烘箱内烘干，得聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤三：将天然橡胶NR在开炼机上塑炼15-20min，静置8h以上，以消除天然橡胶NR内部的轴向应力；

步骤四：按以下重量份数进行配料：天然橡胶NR100份、聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维5份、氧化锌3份、硬脂酸2份、促进剂NS1.2份、防老剂RD1.5份、防老剂4010NA1.5份、白炭黑30份、硫磺1.2份；将天然橡胶NR加入开炼机中进行混炼，待天然橡胶NR包辊后加入其他配料，加料顺序依次为氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、硫磺，最后加入聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤五：打三角包，待纤维分散均匀后，调整辊矩，对纤维进行取向然后下片，制得混炼胶胶片；

步骤六：将混炼胶胶片放置一夜，消除轴向应力，并在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为143℃、硫化时间为20分钟。

优选的，步骤四中所述的混炼温度为30-50℃。

优选的，步骤五中辊距调整为0.5mm，并采用一次下片的取向方法，然后两次对折，制成厚度为2.0mm的混炼胶胶片。

优选的，步骤五中所述的打包三角的时间控制在10min以内。

优选的，所述的超高分子量聚乙烯短切纤维的长度为1-25mm。

本发明的有益效果在于：

1)超高分子量聚乙烯纤维/橡胶复合材料将纤维与橡胶混合，并使之在橡胶基体中适当取向，以发挥短纤维的补强作用，从而有效结合了橡胶的柔性与纤维的刚性。在保证橡胶具有独特高弹性的同时，提高了橡胶的模量，使其具备高模量、高硬度、耐撕裂、耐切割、低生热、抗蠕变等一系列的优异性能，从而极大地拓宽了橡胶的使用范围。

2)多巴胺仿生修饰具有简便易行、环保无毒的特点。超高分子量聚乙烯纤维经过多巴胺仿生修饰后，在纤维表面沉积了一层富含酚羟基和氨基官能团的聚多巴胺，可提供二次功能化平台，乙二醇二环氧甘油醚及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等单体进行二次功能化，使聚多巴胺的沉积和环氧、多硫等活性官能团的成功引入。提高了超高分子量聚乙烯纤维与橡胶的粘合性能，改性纤维/橡胶复合材料的界面粘合表现出优异的耐老化和抗疲劳性能。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将超高分子量聚乙烯短切纤维用丙酮进行超声清洗，即放入35℃的超声波清洗仪中清洗45min，其中超声波频率为100kHz，共清洗3次，将处理后的超高分子量聚乙烯短切纤维用去离子水清洗3次，50℃下干燥后备用；

步骤二：配置质量浓度为2g/L的多巴胺盐酸盐溶液，并用三羟甲基氨基甲烷进行缓释，至溶液pH值达到8.5，将超高分子量聚乙烯短切纤维按浴比1:4浸入多巴胺盐酸盐溶液中，并向溶液中加入质量百分比1％的乙二醇二环氧甘油醚及质量百分比1％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在室温下磁力搅拌4h，反应结束后，进行过滤，用去离子水清洗3遍，在50℃烘箱内烘干，得聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤三：将天然橡胶NR在开炼机上塑炼15-20min，静置8h以上，以消除天然橡胶NR内部的轴向应力；

步骤四：按以下重量份数进行配料：天然橡胶NR100份、聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维5份、氧化锌3份、硬脂酸2份、促进剂NS1.2份、防老剂RD1.5份、防老剂4010NA1.5份、白炭黑30份、硫磺1.2份；将天然橡胶NR加入开炼机中进行混炼，待天然橡胶NR包辊后加入其他配料，加料顺序依次为氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、硫磺，最后加入聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤五：打三角包，待纤维分散均匀后，调整辊矩，对纤维进行取向然后下片，制得混炼胶胶片；

步骤六：将混炼胶胶片放置一夜，消除轴向应力，并在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为143℃、硫化时间为20分钟。

步骤四中所述的混炼温度为30-50℃。

步骤五中辊距调整为0.5mm，并采用一次下片的取向方法，然后两次对折，制成厚度为2.0mm的混炼胶胶片。

步骤五中所述的打包三角的时间控制在10min以内。所述的超高分子量聚乙烯短切纤维的长度为1-25mm。

Claims (5)

1.一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将超高分子量聚乙烯短切纤维用丙酮进行超声清洗，即放入35℃的超声波清洗仪中清洗45min，其中超声波频率为100kHz，共清洗3次，将处理后的超高分子量聚乙烯短切纤维用去离子水清洗3次，50℃下干燥后备用；

步骤二：配置质量浓度为2g/L的多巴胺盐酸盐溶液，并用三羟甲基氨基甲烷进行缓释，至溶液pH值达到8.5，将超高分子量聚乙烯短切纤维按浴比1:4浸入多巴胺盐酸盐溶液中，并向溶液中加入质量百分比1％的乙二醇二环氧甘油醚及质量百分比1％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，在室温下磁力搅拌4h，反应结束后，进行过滤，用去离子水清洗3遍，在50℃烘箱内烘干，得聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤三：将天然橡胶NR在开炼机上塑炼15-20min，静置8h以上，以消除天然橡胶NR内部的轴向应力；

步骤四：按以下重量份数进行配料：天然橡胶NR100份、聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维5份、氧化锌3份、硬脂酸2份、促进剂NS1.2份、防老剂RD1.5份、防老剂4010NA1.5份、白炭黑30份、硫磺1.2份；将天然橡胶NR加入开炼机中进行混炼，待天然橡胶NR包辊后加入其他配料，加料顺序依次为氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、白炭黑、硫磺，最后加入聚多巴胺沉积的聚乙烯纤维；

步骤五：打三角包，待纤维分散均匀后，调整辊矩，对纤维进行取向然后下片，制得混炼胶胶片；

步骤六：将混炼胶胶片放置一夜，消除轴向应力，并在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为143℃、硫化时间为20分钟。

2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的混炼温度为30-50℃。

3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五中辊距调整为0.5mm，并采用一次下片的取向方法，然后两次对折，制成厚度为2.0mm的混炼胶胶片。

4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五中所述的打包三角的时间控制在10min以内。

5.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯表面修饰橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯短切纤维的长度为1-25mm。