CN109651655A - 一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法 - Google Patents

一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料的综合性能最优，改性玄武岩纤维对改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料的热稳定性有微小提高，拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有所降低。

Description

一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法。
背景技术
随着科技不断发展，环境问题越来越得到人们的重视，秉承可持续性发展的理念，人们逐渐将研究重点由传统材料转向绿色环保、可持续和可循环利用的绿色环境材料近年来，纤维增强高分子复合材料特别是天然纤维备受关注。其中玄武岩是一种十分优秀的天然原料，它普遍存在于地球的各个角落，因此价格低廉，有利于玄武岩纤维的生产和应用。玄武岩石料由二氧化硅等几种氧化物共同组成，结构十分特别，制得的玄武岩纤维不仅具有良好的力学性能，耐高温，优异的稳定性，良好的耐化学性，易于加工，无毒，环保和廉价，而且具备了良好的低滚动阻力。
发明内容
本发明旨在提供一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，包括如下步骤：
（1）称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸(1mol/L)，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，2h后停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；
（2）按以下质量份备料：天然橡胶100份，炭黑35-42份，氧化锌3-5份，硬脂酸3-5份，防老剂4020NA 1.5份，促进剂NS 0.5-1.5份，促进剂TMTD 0.2-0.5份，硫磺1-3份，改性玄武岩纤维2-10；
（3）称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；
（4）将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为145℃ 、12MPa、10min，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述真空烘干的温度为45-60℃，烘干时间为40-48h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述混炼温度为40-50℃ ，混炼时间为20-25min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述静置时间为13-16h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述塑炼时间为5min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述硫化条件为145℃ 、12MPa、10min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，经过冰醋酸处理得到改性后的玄武岩纤维，然后用改性后的玄武岩纤维制备了改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。添加改性玄武岩纤维降低了橡胶复合材料的力学性能，但可以有效降低橡胶复合材料的损耗因子；添加改性玄武岩纤维有利于提高橡胶复合材料的热稳定性；添加6份改性玄武岩纤维条件下纤维分布最理想，改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料的综合性能最优，改性玄武岩纤维对改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料的热稳定性有微小提高，拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有所降低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法进行详细说明。
实施例一
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，包括如下步骤：
（1）称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸(1mol/L)，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，2h后停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；
（2）按以下质量份备料：天然橡胶100份，炭黑35份，氧化锌3份，硬脂酸3份，防老剂4020NA 1.5份，促进剂NS 0.5份，促进剂TMTD 0.2份，硫磺1份，改性玄武岩纤维2；
（3）称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；
（4）将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为145℃ 、12MPa、10min，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述真空烘干的温度为45℃，烘干时间为40h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述混炼温度为40℃ ，混炼时间为20min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述静置时间为13h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述塑炼时间为5min。
实施例二
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，包括如下步骤：
（1）称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸(1mol/L)，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，2h后停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；
（2）按以下质量份备料：天然橡胶100份，炭黑40份，氧化锌4份，硬脂酸4份，防老剂4020NA 1.5份，促进剂NS 1份，促进剂TMTD 0.3份，硫磺2份，改性玄武岩纤维6；
（3）称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；
（4）将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为145℃ 、12MPa、10min，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述真空烘干的温度为50℃，烘干时间为45h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述混炼温度为30℃ ，混炼时间为22min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述静置时间为15h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述塑炼时间为5min。
实施例三
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，包括如下步骤：
（1）称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸(1mol/L)，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，2h后停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；
（2）按以下质量份备料：天然橡胶100份，炭黑42份，氧化锌5份，硬脂酸5份，防老剂4020NA 1.5份，促进剂NS 1.5份，促进剂TMTD 0.5份，硫磺3份，改性玄武岩纤维10；
（3）称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；
（4）将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为145℃ 、12MPa、10min，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述真空烘干的温度为60℃，烘干时间为48h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述混炼温度为50℃ ，混炼时间为25min。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述静置时间为16h。
本发明所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，所述塑炼时间为5min。
当改性玄武岩纤维的用量增多，橡胶复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都有小幅度的降低，直角撕裂强度的降低在添加过量纤维时较为明显，邵氏A硬度则不断提高。这是因为玄武岩纤维与天然橡胶相容性较差，且由于玄武岩纤维本身性质，在橡胶中难以分散易发生团聚，使纤维难以完全浸润到橡胶基体中，从而导致纤维和橡胶基体之间的粘合度变差，受力时就容易从基体中被拔出。另一方面，玄武岩纤维在基体中排列并非完全一致，难以起到骨架作用，因此表现出拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度的降低。
随着温度的升高，天然橡胶复合材料的损耗因子呈先下降后上升态势，在60-130℃条件下，橡胶复合材料随着温度升高链段运动内摩擦阻力变小，损耗因子呈下降趋势，在130- 150℃条件下损耗因子为最低，超过150℃后链段阻力更小，橡胶发生蠕变导致损耗模量提高，损耗因子呈上升趋势，在玄武岩纤维用量为6份，130℃条件下，橡胶复合材料的损耗因子为0.029，说明胶料的滚动阻力降低。主要原因可能是少量玄武岩纤维可以与炭黑发生作用．有利于炭黑的分散，减少炭黑填料问的网络结构，起到减少填料摩擦生热的作用，但玄武岩纤维用量过多时难以分散均匀反而会增加填料问的摩擦和生热。
玄武岩纤维可以在较小程度上延缓橡胶基体的热性能，热稳定性变好。，经过冰醋
酸处理后的玄武岩纤维表面有一层被腐蚀变为较细小的颗粒，有效增加了材料的比表面积和表面粗糙度。2份改性玄武岩纤维用量的橡胶复合材料中的纤维过于稀疏，6份改性玄武岩纤维用量的橡胶复合材料中纤维分布最为理想，10份改性玄武岩纤维用量的橡胶复合材料的纤维在基体内部发生堆积；由于改性玄武岩纤维在橡胶中难以完全分散均匀，纤维受力后易从基体中拔出，纤维在基体巾的排列并非完全一致，难以起到骨架作用，导致橡胶复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有所降低。

Claims (6)

1.一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）称取玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入冰醋酸(1mol/L)，采用电动搅拌器搅拌，使玄武岩纤维分散开，2h后停止搅拌将玄武岩纤维从烧杯中取出，抽滤洗净后真空烘干，即制得改性玄武岩纤维；
（2）按以下质量份备料：天然橡胶100份，炭黑35-42份，氧化锌3-5份，硬脂酸3-5份，防老剂4020NA 1.5份，促进剂NS 0.5-1.5份，促进剂TMTD 0.2-0.5份，硫磺1-3份，改性玄武岩纤维2-10；
（3）称取天然橡胶，采用开放式炼胶机塑炼后，依次加入改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020NA、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼静置得到混炼胶；
（4）将制得的混炼胶采用平板硫化机进行硫化，即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。
2.根据权利要求1所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：所述真空烘干的温度为45-60℃，烘干时间为40-48h。
3.根据权利要求2所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：所述混炼温度为40-50℃ ，混炼时间为20-25min。
4.根据权利要求3所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：所述静置时间为13-16h。
5.根据权利要求4所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：所述塑炼时间为5min。
6.根据权利要求5所述改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，其特征在于：所述硫化条件为145℃ 、12MPa、10min。
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