一种保留橡胶基体纤维长度增强疲劳寿命复合材料的制备方法

本发明涉及高分子材料科学，具体为一种保留橡胶基体纤维长度增强疲劳寿命复合材料的制备方法及新型工艺。

背景技术：

1、目前橡胶的塑炼方法主要以机械塑炼法为主，机械塑炼法所使用的仪器有密炼机塑炼法、开炼机塑炼法等，利用机械的高剪切力对橡胶材料进行分散制备复合材料。密炼机塑炼法使胶料在密闭空间中通过上顶栓的压力及两个转子剪切力的作用，转子表面的棱角使胶料绕转子运动的同时发生轴向移动，增强胶料之间的混合及摩擦作用，不断的摩擦生热使热量无法散发，导致胶料裂解破坏。开炼机塑炼法为将胶料放置两辊筒之间，经过摩擦力的作用使胶料带入辊筒之中，辊筒速度不同，胶料不断承受摩擦剪切的作用，可以不断反复塑炼，使填料有较好的分散，所以开炼机塑炼法成为最普遍的橡胶塑炼方式，但这种塑炼方式有着强烈的剪切作用，容易导致加入橡胶基体中的纤维严重的损伤，剩余长度通常只有1～2mm。

2、为使橡胶复合材料有较高的疲劳寿命，延长橡胶轮胎的使用期限，需要对制备橡胶复合材料方法及工艺做出改进，提高纤维在橡胶基体中的剩余长度，有效减缓疲劳裂纹扩展，改善疲劳寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种保留橡胶基体纤维长度增强疲劳寿命复合材料的制备方法，它可以减少纤维在加工过程中的损伤，使纤维在橡胶基体中能够有效保留较长的剩余长度，克服现有技术的不足。

2、本发明是这样实现的：一种保留橡胶基体纤维长度增强丁苯橡胶/炭黑复合材料疲劳寿命的制备方法，按重量分数取如下组分：丁苯橡胶100份，炭黑20～50份，长度为30-50mm的纤维1～5份，以及较低硫化促进作用的助剂；将所有组份充分混合均匀，在锥形双螺杆挤出机共混挤出。

3、所述纤维为芳纶纤维或大麻纤维。

4、所述的较低硫化促进作用的助剂为：氧化锌3-6份，硬脂酸3-5份，促进剂n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.8-1.2份，对苯二胺防老剂4010 1.2-1.6份。

5、挤出温度为110～150℃，转速为10～60r/min。

6、通过采用上述技术方案，本发明对纤维进行热氧化且丁苯橡胶包覆处理，构建柔性界面层，再利用高压力低剪切双螺杆挤出工艺，有效保留了纤维在橡胶基体中的剩余长度，制备出长纤维/丁苯橡胶/炭黑复合材料，在应力控制的疲劳过程中，随着界面层的不断损伤，纤维不断从界面层剥离，长纤维的剥离过程中消耗了大量的能量，有效阻碍疲劳裂纹扩展，提高疲劳寿命。相比于传统的制备工艺（密炼+开炼），挤出工艺保证了纤维在橡胶基体中不会过度损伤，可确保70%的纤维长度超过5mm。柔性界面层改善了纤维与橡胶之间的界面附着力，提高橡胶复合材料的力学性能。在橡胶基体中保留较长的纤维对防止疲劳裂纹扩展起着关键作用，有效提高缺口试样的疲劳寿命，约为传统工艺（密炼+挤出）制备的短纤维（1～2mm）增强复合材料的5倍。促进剂是较低硫化促进作用的助剂，防止挤出过程中，温度高，机筒长导致橡胶复合材料提前硫化。本发明简单易行，成本低廉，使用效果好。

技术特征：

1.一种保留橡胶基体纤维长度增强丁苯橡胶/炭黑复合材料疲劳寿命的制备方法，其特征在于，按重量分数取如下组分：丁苯橡胶100份，炭黑20～50份，长度为30-50mm的纤维1～5份，以及较低硫化促进作用的助剂；将所有组份充分混合均匀，在锥形双螺杆挤出机共混挤出。

2.根据权利要求1所述的保留橡胶基体纤维长度增强丁苯橡胶/炭黑复合材料疲劳寿命的制备方法，其特征在于：所述纤维为芳纶纤维或大麻纤维。

3.根据权利要求1所述的保留橡胶基体纤维长度增强丁苯橡胶/炭黑复合材料疲劳寿命的制备方法，其特征在于：所述的较低硫化促进作用的助剂为：氧化锌3-6份，硬脂酸3-5份，促进剂n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.8-1.2份，对苯二胺防老剂4010 1.2-1.6份。

4.根据权利要求1所述的保留橡胶基体纤维长度增强丁苯橡胶/炭黑复合材料疲劳寿命的制备方法，其特征在于：挤出温度为110～150℃，转速为10～60r/min。

技术总结本发明公开了一种保留橡胶基体中纤维有效长度从而增强橡胶复合材料疲劳寿命的制备方法及新型工艺。其制备方法是利用锥形双螺杆挤出机，以高压低剪切速率挤出法制备了长纤维复合材料，结果表明采用高压低剪切速率的锥形双螺杆挤出机挤出法制备的复合材料能够显著增加橡胶基体中纤维的剩余长度，相比于传统的制备工艺（密炼+开炼），挤出工艺保证了纤维在橡胶基体中不会过度损伤，可确保70%的纤维长度超过5mm。柔性界面层改善了纤维与橡胶之间的界面附着力，提高橡胶复合材料的力学性能。在橡胶基体中保留较长的纤维对防止疲劳裂纹扩展起着关键作用，有效提高缺口试样的疲劳寿命。技术研发人员：罗筑,梁久明,张豪,钟金成受保护的技术使用者：贵州大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27