CN107686569A - 一种超细二氧化硅纤维橡胶复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种超细二氧化硅纤维橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶复合材料制备技术领域，包括以下步骤：制备超细二氧化硅纤维、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。通过静电纺丝技术制备了超细二氧化硅纤维，其直径为300‑500nm，具有较大的长径比，在橡胶中的分散性较好，提高了纤维与橡胶基质的界面粘合水平，提高了纤维橡胶复合材料的综合性能，超细二氧化硅纤维具有良好的应用前景。

Description

一种超细二氧化硅纤维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，具体涉及一种超细二氧化硅纤维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细二氧化硅纤维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：
一种超细二氧化硅纤维橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将正硅酸乙酯、无水乙醇、浓盐酸按质量比2:7:1混合搅拌，得到凝胶液；然后将聚乙烯吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜按质量比1:1:1混合均匀，得透明溶液，最后将凝胶液和透明溶液按质量比3:1混合均匀，得纺丝前驱液；
步骤二：将纺丝前驱液装入20mL注射器内，置于注射泵上进行静电纺丝，静电纺丝条件为：电压16kV，注射速率1.5mL·h-1，接收距离20cm，得纤维薄膜并置于马弗炉中加热到325℃保温6h，然后继续升温到800℃煅烧1h，充分煅烧以去除有机成分，取出纤维薄膜自然冷却到室温，得到二氧化硅纤维薄膜，将此纤维薄膜在球磨机上研磨，得到硅纤维粉末，然后置于水中，超声粉碎40min，再干燥至恒重，即得超细二氧化硅纤维；
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、超细二氧化硅纤维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，最后加入超细二氧化硅纤维；
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，所述的超细二氧化硅纤维的直径为300-500nm。
本发明的有益效果在于：
1)超细二氧化硅纤维/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)通过静电纺丝技术制备了超细二氧化硅纤维，其直径为300-500nm，具有较大的长径比，在橡胶中的分散性较好，提高了纤维与橡胶基质的界面粘合水平，提高了纤维橡胶复合材料的综合性能，超细二氧化硅纤维具有良好的应用前景。
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
一种超细二氧化硅纤维橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将正硅酸乙酯、无水乙醇、浓盐酸按质量比2:7:1混合搅拌，得到凝胶液；然后将聚乙烯吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜按质量比1:1:1混合均匀，得透明溶液，最后将凝胶液和透明溶液按质量比3:1混合均匀，得纺丝前驱液；
步骤二：将纺丝前驱液装入20mL注射器内，置于注射泵上进行静电纺丝，静电纺丝条件为：电压16kV，注射速率1.5mL·h-1，接收距离20cm，得纤维薄膜并置于马弗炉中加热到325℃保温6h，然后继续升温到800℃煅烧1h，充分煅烧以去除有机成分，取出纤维薄膜自然冷却到室温，得到二氧化硅纤维薄膜，将此纤维薄膜在球磨机上研磨，得到硅纤维粉末，然后置于水中，超声粉碎40min，再干燥至恒重，即得超细二氧化硅纤维；
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、超细二氧化硅纤维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，最后加入超细二氧化硅纤维；
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。
所述的超细二氧化硅纤维的直径为300-500nm。

Claims (5)

1.一种超细二氧化硅纤维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：将正硅酸乙酯、无水乙醇、浓盐酸按质量比2:7:1混合搅拌，得到凝胶液；然后将聚乙烯吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜按质量比1:1:1混合均匀，得透明溶液，最后将凝胶液和透明溶液按质量比3:1混合均匀，得纺丝前驱液；
步骤二：将纺丝前驱液装入20mL注射器内，置于注射泵上进行静电纺丝，静电纺丝条件为：电压16kV，注射速率1.5mL·h-1，接收距离20cm，得纤维薄膜并置于马弗炉中加热到325℃保温6h，然后继续升温到800℃煅烧1h，充分煅烧以去除有机成分，取出纤维薄膜自然冷却到室温，得到二氧化硅纤维薄膜，将此纤维薄膜在球磨机上研磨，得到硅纤维粉末，然后置于水中，超声粉碎40min，再干燥至恒重，即得超细二氧化硅纤维；
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、超细二氧化硅纤维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，最后加入超细二氧化硅纤维；
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所述的一种超细二氧化硅纤维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所述的一种超细二氧化硅纤维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所述的一种超细二氧化硅纤维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所述的一种超细二氧化硅纤维橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述的超细二氧化硅纤维的直径为300-500nm。
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