CN109503960B - 一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料及其制备方法，主要包括以下步骤：首先将聚酰亚胺短切纤维浸泡在分散剂中，用标准纤维解离器处理，得到均匀分散成单丝的聚酰亚胺纤维浆料；利用纸业成型器将分散好的聚酰亚胺纤维浆料抄制成聚酰亚胺短切纤维原纸；将橡胶基体在开炼机上薄通得到较薄的橡胶片；最后，将聚酰亚胺原纸和橡胶片彼此间隔的叠加，在平板硫化仪上热压成型即得到聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料。本发明解决了聚酰亚胺纤维在橡胶基体中分散性差的问题，制备的复合材料具有优异的力学性能。

Description

一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚酰亚胺纤维是一种新型的高性能特种纤维，其主链中含有酰亚胺基团和苯环，具有较好的热稳定性能，分解温度可达600℃以上，同时具有绝佳的电绝缘性、自熄性和优异的力学性能，抗张强度可以和玻璃纤维、芳纶甚至碳纤维相媲美。采用聚酰亚胺纤维增强的橡胶复合材料，具有良好的耐烧蚀性和优异的力学性能，可广泛应用于航空航天领域。
由于聚酰亚胺纤维在橡胶中的分散性较差，现有技术中聚酰亚胺纤维在橡胶中的填充量一般不超过10％。发明专利CN 104231348 A公开了一种高阻尼聚酰亚胺纤维增强复合材料的制备方法，聚酰亚胺纤维填充量为5％时，材料的阻尼损耗因子达到0.05以上，阻尼比达到16％以上；发明专利CN 107573601 A公开了一种聚酰亚胺纤维填充的抗烧蚀三元乙丙绝热材料，聚酰亚胺纤维填充量为7％时，其氧乙炔线烧蚀率为0.08㎜/s。由此可见，聚酰亚胺纤维能显著改善材料的综合性能，难点是在橡胶中的分散性较差，现有制备方法很难得到性能更为优异的高填充聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料。
CN101469759A公开了一种纤维增强橡胶隔振器的制备方法，是由橡胶层和加劲层在厚度方向上相互交错叠合并经硫化粘接而成一体构成，所述的加劲层或是由纤维增强材料构成的纤维层，或是由上、下表面的橡胶层以及位于中间的纤维增强材料进行共硫化后形成的纤维增强橡胶层，所述构成纤维层或纤维增强橡胶层的纤维增强材料是在与橡胶硫化或与橡胶复合前经过RFL(间苯二酚甲醛)树脂表面处理后的纤维材料。所用的纤维为玻纤，碳纤维，芳纶纤维，玄武岩纤维或聚酯纤维。缺点在于引入了RFL树脂，即间苯二酚、甲醛、丁苯吡胶乳和水在碱的催化作用下加速反应生成的合成树脂，成本增加明显，且VOC含量增加，不环保。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中聚酰亚胺纤维在橡胶中填充量较低的难题，提供一种具有良好力学性能的高填充聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料及其制备方法。其是通过先将聚酰亚胺(PI)纤维解纤后用分散剂分散成单丝的PI短切纤维浆料，然后抄制成PI短切纤维原纸；将基体橡胶薄通成尽可能薄的橡胶片(um级或mm级)；然后将PI短切纤维原纸和橡胶片裁成模具大小，彼此间隔的叠加，用平板硫化仪热压成型即得到聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料；聚酰亚胺纤维在橡胶中的填充量不低于10％。优选地，聚酰亚胺纤维在橡胶中的填充量不低于30％。
为实现上述目的，本发明涉及的一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料的制备方法，其制备方法如下：
(1)将一定量的聚酰亚胺短切纤维置于标准纤维解离器中，加入一定量的分散剂，以2000-3000r/min的转速处理约10-100min，得到均匀分散成单丝的聚酰亚胺短切纤维浆料；
(2)利用纸业成型器将分散好的聚酰亚胺短切纤维浆料抄制成聚酰亚胺短切纤维原纸，加热条件下烘干；优选加热温度为70-90℃，更为优选80℃；
(3)将基体橡胶在开炼机上用最小辊距薄通，得到尽可能薄的橡胶片；
(4)将聚酰亚胺短切纤维原纸和橡胶片裁成模具大小，彼此间隔的叠加，用平板硫化仪热压成型即得到聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料。
其中，所述聚酰亚胺短切纤维直径为5-15μm，长度为3-10㎜；
其中，所述分散剂包括但不限于去离子水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、稀盐酸中的一种或几种；
其中，所述基体橡胶包括但不限于天然橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶中的一种或几种；
本发明的有益效果：
本发明通过将聚酰亚胺纤维抄制成各向同性的原纸，原纸和橡胶片间隔叠加得到高填充的聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料，原纸中聚酰亚胺纤维彼此搭建形成网状结构，赋予复合材料优异的力学性能。
附图说明
附图1是聚酰亚胺纤维原纸和橡胶片间隔叠加方式说明图。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
将事先按某配方制得的三元乙丙橡胶复合材料在开炼机上以最小辊距薄通，得到尽可能薄的橡胶片，裁成模具大小待用。
对比例1
将上述橡胶片叠加放置在模具中，在压强为15Mpa，温度为160℃平板硫化仪上模压3min。裁成哑铃状标准拉伸样条，测试拉伸强度。
对比例2
按照CN101469759A实施例1的方式，采用芳纶纤维制得纤维增强橡胶。测试拉伸强度。由橡胶层1和纤维层2相互交错叠合并经硫化粘接而成一体构成，所述的纤维层2采用经过间苯二酚甲醛RFL树脂处理过的芳纶纤维织物，橡胶层1为三元乙丙橡胶。
对比例3
按照CN101469759A实施例1的方式，采用PI纤维制得纤维增强橡胶。测试拉伸强度。采用PI纤维制得纤维增强橡胶。测试拉伸强度。由橡胶层1和纤维层2相互交错叠合并经硫化粘接而成一体构成，所述的纤维层2采用经过间苯二酚甲醛RFL树脂处理过的PI纤维织物，橡胶层1为三元乙丙橡胶。
对比例4
采用CN104231348A的实施例5的挤出成型的方式，掺入10％的PI纤维，不添加石墨片等其他助剂。测试拉伸强度。
三元乙丙橡胶在40℃下混炼，出片后加入双螺杆挤出机，同时加入10％的PI纤维，温度为95℃下熔融挤出，双螺杆长径比为56，主机转速为600rpm，将胶料放入模具中成型，温度为140℃。
实施例1
将5份聚酰亚胺纤维原纸和95份上述片状三元乙丙橡胶复合材料间隔叠加放置在模具中，在压强为15Mpa，温度为160℃平板硫化仪上模压3min。裁成哑铃状标准拉伸样条，测试拉伸强度。
实施例2
将10份聚酰亚胺纤维原纸和90份上述片状三元乙丙橡胶复合材料间隔叠加放置在模具中，在压强为15Mpa，温度为160℃平板硫化仪上模压3min。裁成哑铃状标准拉伸样条，测试拉伸强度。
实施例3
将20份聚酰亚胺纤维原纸和80份上述片状三元乙丙橡胶复合材料间隔叠加放置在模具中，在压强为15Mpa，温度为160℃平板硫化仪上模压3min。裁成哑铃状标准拉伸样条，测试拉伸强度。
实施例4
将30份聚酰亚胺纤维原纸和70份上述片状三元乙丙橡胶复合材料间隔叠加放置在模具中，在压强为15Mpa，温度为160℃平板硫化仪上模压3min。裁成哑铃状标准拉伸样条，测试拉伸强度。
以上对比例和实施例得到的复合材料性能测试结果如下：
Figure BDA0001895630100000051
由以上实验结果可以看出，本发明所述的制备方法可以制得聚酰亚胺纤填充量达到30％的聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料，聚酰亚胺纤维的加入可以大幅提高橡胶复合材料的拉伸强度。
凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料，其是通过先将聚酰亚胺(PI)纤维解纤后用分散剂分散成单丝的PI短切纤维浆料，然后抄制成PI短切纤维原纸；将基体橡胶薄通成μ m级或mm级的橡胶片；然后将PI短切纤维原纸和橡胶片裁成模具大小，彼此间隔的叠加，用平板硫化仪热压成型即得到聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料；
聚酰亚胺纤维在橡胶中的填充量为30％；
所述基体橡胶为三元乙丙橡胶；
所述聚酰亚胺短切纤维直径为5-15μm，长度为3-10㎜；
所述分散剂为去离子水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、稀盐酸中的一种或几种；
其制备方法为：
(1)将一定量的聚酰亚胺短切纤维置于标准纤维解离器中，加入一定量的分散剂，以2000-3000r/min的转速处理10-100min，得到均匀分散成单丝的聚酰亚胺短切纤维浆料；
(2)利用纸业成型器将分散好的聚酰亚胺短切纤维浆料抄制成聚酰亚胺短切纤维原纸，80℃条件下烘干；
(3)将基体橡胶在开炼机上用最小辊距薄通，得到μ m 级或mm级的橡胶片；
(4)将聚酰亚胺短切纤维原纸和橡胶片裁成模具大小，彼此间隔的叠加，用平板硫化仪热压成型即得到聚酰亚胺纤维增强橡胶复合材料。
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