短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911366836.2 (22)申请日 2019.12.26 (71)申请人 衡水瑞纤新材料科技有限公司 地址 053099 河北省衡水市桃城区永安西 路1583、 1585、 1587号 (72)发明人 吴智深汪昕蒋丽娟陈兴芬 刘霞 (74)专利代理机构 南京中律知识产权代理事务 所(普通合伙) 32341 代理人 沈振涛 (51)Int.Cl. C08J 5/06(2006.01) C08L 21/00(2006.01) C08L 91/06(2006.01) C08L。

2、 77/10(2006.01) C08L 1/02(2006.01) C08K 13/06(2006.01) C08K 9/04(2006.01) C08K 7/10(2006.01) (54)发明名称 一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方 法 (57)摘要 本发明提供了一种短切纤维增强橡胶复合 材料的制备方法， 首先高温加热去除纤维表面出 厂所带的浸润剂， 并且在纤维表面接枝马来酸 酐， 提高纤维与橡胶的界面结合能力。 生胶与助 剂例如抗氧化剂、 促进剂等， 进行塑炼后倒入螺 杆挤出机， 同时从螺杆挤出机的进料口插入连续 纤维。 利用螺杆挤出机螺杆的剪切作用将纤维剪 断， 并且与橡胶及其他助。

3、剂混合均匀。 同时向螺 杆挤出机中加入石蜡， 在橡胶表面形成一层蜡保 护膜， 防止橡胶与空气中的氧气接触， 减缓橡胶 在空气中的老化， 本发明中的方法具有工艺简 单、 成型性好的优点， 能实现生产的连续化和自 动化； 纤维质量分数可控； 大大提高了橡胶材料 的强度和模量。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 111040208 A 2020.04.21 CN 111040208 A 1.一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 具体步骤为： (1)在一定温度下去除连续纤维表面的浸润剂， 通过在纤维表面接枝合适PH值下的马 来酸酐水溶液； (2)通过添加一定量的抗氧化剂、 。

4、促进剂到生胶中， 进行塑炼预处理获得混合物料1； (3)将步骤(2)中混合物料1倒入螺杆挤出机中， 将步骤(1)中的连续纤维插入螺杆挤出 机进料口中， 调整螺杆挤出机的转速及温度， 均匀地加入一定量的石蜡， 进行剪切、 搅拌， 从 螺杆挤出机料口挤出混合物料； (4)对步骤(3)中获得混合物料进行硫化处理， 获得复合材料。 2.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (1)中， 连续纤维在空气环境下于260-300干燥4-8小时， 去除表面浸润剂， 用去离子水洗 涤并烘干； 其中连续纤维为玄武岩纤维、 玻璃纤维、 碳纤维、 芳纶纤维、 亚麻纤维中任一种或 。

5、至少两种组合。 3.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (1)中， 接枝马来酸酐具体为： 先在马来酸酐的水溶液中浸泡2-4小时， 马来酸酐的水溶液中 滴加醋酸， 调节pH值为4-6， 再在60-80马弗炉中干燥24小时以上， 其中马来酸酐与水的质 量比为(20-40)： 100。 4.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (2)中， 橡胶生胶溶于少量的有机溶剂中， 添加抗氧化剂、 促进剂， 45-50塑炼5-8min， 得 混合物料1； 其中， 有机溶剂包括但不限于汽油， 二甲苯中任一种或任两种组合； 抗氧化剂包。

6、 括但不限于抗氧化剂168、 抗氧化剂1076、 抗氧化剂1010、 防老剂124中任一种或任几种组 合； 促进剂包括但不限于硬脂酸钡、 硫化促进剂MBT、 橡胶促进剂M中任一种或任几种组合； 抗氧化剂和促进剂的量分别不大于生胶总质量的1.5wt.。 5.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (3)中将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度50-60， 调整螺杆挤出机转速80-120r/min； 纤维的质量与混合物料1的体积比为(2.5-15):100。 6.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (3)中， 添加的石。

7、蜡与混合物料1质量比为(1-3)： 100， 石蜡选用直链石蜡和/或微晶石蜡。 7.根据权利要求1所述的短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 其特征在于： 步骤 (4)中， 硫化处理时设定硫化压力为5-10Mpa， 硫化温度为120-180， 硫化时间比硫化特性 曲线所显示的正硫化时间延长3-8min。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111040208 A 2 一种短切纤维增强橡胶复合材料的制备方法 技术领域 0001 本发明属于橡胶复合材料制备技术领域， 具体涉及一种短切纤维增强橡胶复合材 料及其制备方法。 背景技术 0002 固体橡胶材料是一种具有可逆变形的高弹性聚合物， 在很小的外力。

8、下即能产生很 大的变形， 卸去外力后弹性能迅速恢复。 而在硫化形成三维网状结构后， 除高弹性、 大变形 之外， 还具有一定的承载能力。 因此， 橡胶材料被广泛用于市政、 交通、 管道、 桥梁等领域。 0003 随着社会化工业的发展， 对橡胶材料的性能提出了更高的要求。 采用短切纤维增 强橡胶材料， 取得了良好的效果。 短切纤维具有强度和模量高、 力学和热学性能稳定等优 点， 能赋予橡胶材料更高的强度和模量、 以及良好的耐撕裂、 抗溶胀能力。 一般而言， 短切纤 维增强橡胶基复合材料的制备过程如图1所示 【武卫莉,蔡金跃.玄武岩纤维增强橡胶复合 材料的研究进展J.高分子通报,2014(1):68。

9、-71. 】 。 橡胶先经过塑炼和混炼， 再与经过处 理的短切纤维混合， 之后硫化、 制样。 0004 但目前短切纤维增强橡胶依然存在着以下问题： (1)纤维与橡胶界面结合差， 纤维 难以发挥稳定的作用； (2)橡胶粘度大， 短切纤维难以在橡胶中分散均匀， 反而易成为应力 集中区域， 造成材料的提前破坏。 这些问题严重制约了短切纤维增强复合材料在工程中的 应用。 发明内容 0005 为了解决上述在制备短切纤维增强橡胶材料的技术问题时， 本发明提供了一种短 切纤维增强橡胶复合材料的制备方法， 具体步骤为： 0006 (1)在一定温度下去除连续纤维表面的浸润剂， 通过在纤维表面接枝合适PH值下 的。

10、马来酸酐水溶液； 0007 (2)通过添加一定量的抗氧化剂、 促进剂到生胶中， 进行塑炼预处理获得混合物料 1； 0008 (3)将步骤(2)中混合物料1倒入螺杆挤出机中， 将步骤(1)中的连续纤维插入螺杆 挤出机进料口中， 调整螺杆挤出机的转速及温度， 均匀地加入一定量的石蜡， 进行剪切、 搅 拌， 从螺杆挤出机料口挤出混合物料； 0009 (4)对步骤(3)中获得混合物料进行硫化处理， 获得复合材料。 0010 作为改进， 步骤(1)中， 连续纤维在空气环境下于260-300干燥4-8小时， 去除表 面浸润剂， 用去离子水洗涤并烘干； 其中连续纤维为玄武岩纤维、 玻璃纤维、 碳纤维、 芳纶。

11、纤 维、 亚麻纤维中任一种或至少两种组合。 0011 作为改进， 步骤(1)中， 接枝马来酸酐具体为： 先在马来酸酐的水溶液中浸泡2-4小 时， 马来酸酐的水溶液中滴加醋酸， 调节pH值为4-6， 再在60-80马弗炉中干燥24小时以 上， 其中马来酸酐与水的质量比为(20-40)： 100。 说明书 1/4 页 3 CN 111040208 A 3 0012 作为改进， 步骤(2)中， 橡胶生胶溶于少量的有机溶剂中， 添加抗氧化剂、 促进剂， 45-50塑炼5-8min， 得混合物料1； 其中， 有机溶剂包括但不限于汽油， 二甲苯中任一种 或任两种组合； 抗氧化剂包括但不限于抗氧化剂168、。

12、 抗氧化剂1076、 抗氧化剂1010、 防老剂 124中任一种或任几种组合； 促进剂包括但不限于硬脂酸钡、 硫化促进剂MBT、 橡胶促进剂M 中任一种或任几种组合； 抗氧化剂和促进剂的量分别不大于生胶总质量的1.5wt.。 0013 作为改进， 步骤(3)中将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度50-60， 调整螺杆 挤出机转速80-120r/min； 纤维的质量与混合物料1的体积比为(2.5-15):100。 0014 作为改进， 步骤(3)中， 添加的石蜡与混合物料1质量比为(1-3)： 100， 石蜡选用直 链石蜡和/或微晶石蜡。 0015 作为改进， 步骤(4)中， 硫化处理时设定硫。

13、化压力为5-10Mpa， 硫化温度为120-180 ， 硫化时间比硫化特性曲线所显示的正硫化时间延长3-8min。 0016 有益效果： 本发明提供的短切纤维增强橡胶复合材料及其制备方法， 首先高温加 热去除纤维表面出厂所带的浸润剂， 并且在纤维表面接枝马来酸酐， 提高纤维与橡胶的界 面结合能力。 生胶与助剂例如抗氧化剂、 促进剂等， 进行塑炼后倒入螺杆挤出机， 同时从螺 杆挤出机的进料口插入连续纤维。 利用螺杆挤出机螺杆的剪切作用将纤维剪断， 并且与橡 胶及其他助剂混合均匀。 同时向螺杆挤出机中加入石蜡， 在橡胶表面形成一层蜡保护膜， 防 止橡胶与空气中的氧气接触， 减缓橡胶在空气中的老化，。

14、 本发明中的方法具有工艺简单、 成 型性好的优点， 能实现生产的连续化和自动化； 纤维质量分数可控； 大大提高了橡胶材料的 强度和模量 附图说明 0017 图1为现有的短切纤维增强橡胶制备过程示意图。 具体实施方式 0018 短切纤维增强橡胶复合材料及其制备方法， 具体步骤为： 0019 第一步， 连续纤维在空气环境下于260-300干燥4-8小时， 去除表面浸润剂， 用去 离子水洗涤并烘干； 随后在马来酸酐的水溶液中浸泡2-4小时， 在60-80马弗炉中干燥24 小时以上。 马来酸酐与水的质量比为(20-40)： 100。 马来酸酐的水溶液中滴加醋酸， 调节pH 值为4-6。 连续纤维包括玄。

15、武岩纤维、 玻璃纤维、 碳纤维、 芳纶纤维、 亚麻纤维等。 0020 第二步， 橡胶生胶溶于少量的有机溶剂， 添加抗氧化剂、 促进剂， 45-50塑炼5- 8min， 得混合物料1。 有机溶剂包括但不限于汽油， 二甲苯等。 抗氧化剂包括但不限于抗氧化 剂168， 抗氧化剂1076， 抗氧化剂1010、 防老剂124等； 促进剂包括但不限于硬脂酸钡、 硫化促 进剂MBT、 橡胶促进剂M等。 抗氧化剂和促进剂的量分别不大于总质量的1.5wt.。 0021 第三步， 将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度50-60， 调整螺杆挤出机转速 80-120r/min； 向其中均匀地加入石蜡； 连续纤维从螺。

16、杆挤出机进料口插入， 在螺杆的作用 下与橡胶共同被剪切、 搅拌， 并从螺杆挤出机料口挤出， 得到含有短切纤维的混合物料2。 其 中， 石蜡与混合物料1质量比为(1-3)： 100.石蜡一般选用直链石蜡和微晶石蜡。 纤维的质量 与混合物料1的体积比为(2.5-15):100. 0022 第四步， 混合物料2放在硫化机上硫化。 其中， 硫化压力为5-10Mpa， 硫化温度为 说明书 2/4 页 4 CN 111040208 A 4 120-180， 硫化时间比硫化特性曲线所显示的正硫化时间延长3-8min。 0023 对本发明结合实施例作出进一步说明。 0024 具体实施例一： 0025 1、 连。

17、续玄武岩纤维在空气环境下于260干燥4小时， 用去离子水洗涤并烘干； 随 后在马来酸酐的水溶液中浸泡2小时， 在60马弗炉中干燥24小时。 马来酸酐与水的质量比 为20： 100。 马来酸酐的水溶液中滴加醋酸， 调节pH值为4。 0026 2、 橡胶生胶溶于少量的汽油， 添加1wt.抗氧化剂168、 1wt.硬脂酸钡， 45 塑炼5min， 得混合物料1。 0027 3、 将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度50， 调整螺杆挤出机转速80r/min； 向 其中均匀地加入直链石蜡； 连续纤维从螺杆挤出机进料口插入， 在螺杆的作用下与橡胶共 同被剪切、 搅拌， 并从螺杆挤出机料口挤出， 得到含有。

18、短切纤维的混合物料2。 其中， 石蜡与 混合物料1质量比为1： 100。 纤维的质量与混合物料1的体积比为2.5:100. 0028 4、 将混合物料2放在硫化机上硫化。 其中， 硫化压力为5Mpa， 硫化温度为120， 硫 化时间比硫化特性曲线所显示的正硫化时间延长3min。 0029 由本实施例制备的短切纤维增强橡胶复合材料， 工艺简单、 成型性好的优点， 能实 现生产的连续化和自动化； 强度比纯橡胶提升了32， 模量比纯橡胶提升87。 0030 具体实施例二： 0031 1、 连续芳纶纤维在空气环境下于300干燥8小时， 用去离子水洗涤并烘干； 随后 在马来酸酐的水溶液中浸泡4小时， 在。

19、80马弗炉中干燥24小时。 马来酸酐与水的质量比为 40： 100。 马来酸酐的水溶液中滴加醋酸， 调节pH值为6。 0032 2、 橡胶生胶溶于少量的二甲苯， 添加1.5wt抗氧化剂1076、 0.5wt橡胶促进剂 M， 50塑炼8min， 得混合物料1。 0033 3、 将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度60， 调整螺杆挤出机转速120r/min； 向其中均匀地加入微晶石蜡； 连续纤维从螺杆挤出机进料口插入， 在螺杆的作用下与橡胶 共同被剪切、 搅拌， 并从螺杆挤出机料口挤出， 得到含有短切纤维的混合物料2。 其中， 石蜡 与混合物料1质量比为3： 100。 纤维的质量与混合物料1的体。

20、积比为15:100. 0034 4、 将混合物料2放在硫化机上硫化。 其中， 硫化压力为10Mpa， 硫化温度为180， 硫 化时间比硫化特性曲线所显示的正硫化时间延长8min。 0035 由本实施例制备的短切纤维增强橡胶复合材料， 工艺简单、 成型性好的优点， 能实 现生产的连续化和自动化； 强度比纯橡胶提升了75， 模量比纯橡胶提升163。 0036 具体实施例三： 0037 1、 连续亚麻纤维在空气环境下于280干燥6小时， 用去离子水洗涤并烘干； 随后 在马来酸酐的水溶液中浸泡3小时， 在70马弗炉中干燥24小时。 马来酸酐与水的质量比为 30： 100。 马来酸酐的水溶液中滴加醋酸，。

21、 调节pH值为5。 0038 2、 橡胶生胶溶于少量的汽油， 添加0.5wt防老剂124、 0.5wt硫化促进剂MBT， 48 塑炼6min， 得混合物料1。 0039 3、 将混合物料1倒入螺杆挤出机， 设置温度55， 调整螺杆挤出机转速100r/min； 向其中均匀地加入直链石蜡； 连续纤维从螺杆挤出机进料口插入， 在螺杆的作用下与橡胶 共同被剪切、 搅拌， 并从螺杆挤出机料口挤出， 得到含有短切纤维的混合物料2。 其中， 石蜡 说明书 3/4 页 5 CN 111040208 A 5 与混合物料1质量比为2： 100。 纤维的质量与混合物料1的体积比为10:100. 0040 4、 将混。

22、合物料2放在硫化机上硫化。 其中， 硫化压力为7Mpa， 硫化温度为150， 硫 化时间比硫化特性曲线所显示的正硫化时间延长5min。 0041 由本实施例制备的短切纤维增强橡胶复合材料， 工艺简单、 成型性好的优点， 能实 现生产的连续化和自动化； 强度比纯橡胶提升了53， 模量比纯橡胶提升113。 0042 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。 应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员来 说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护 范围。 因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说明书 4/4 页 6 CN 111040208 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 111040208 A 7 。