预分散芳纶浆粕母胶粒、预分散三氧化二锑母胶粒的制备及其在橡胶中的应用研究

摘要

对位芳纶浆粕(PAP)是一种物理、化学性能优异的短纤维，通常是由对位芳纶纤维短纤维(PAF)原纤化得到。它可以作为模量改性材料应用于橡胶中，在输送带、传动带、轮胎等中有广阔的应用前景。PAP由主干纤维和微细纤维组成，微细纤维附着在主干纤维表面。PAP的比表面积巨大，纤维的长度和直径呈一定分布。特殊的物理结构导致了PAP间相互缠结、静电吸附现象严重，在橡胶基质中难以分散均匀;此外，其分子链中酰胺键两侧苯环位阻作用高，分子间氢键作用强烈，结晶度高，导致PAP的表面化学活性比较低。因此，需要对PAP进行预分散处理和界面改性才能充分发挥其增强橡胶的作用。本文通过“干混法”制备了预分散芳纶浆粕母胶粒(PAPM)，探究母胶粒的制备工艺，并将其应用到输送带中;通过“乳液絮凝法”制备了芳纶浆粕-橡胶复合材料，研究PAP增强橡胶的机理。
　　首先，对比分析了PAP与PAF的物理形貌及化学元素等的区别。针对PAP特殊的物理结构，初步优化了传统“干混法”制备PAPM的配方（PAP、载体、隔离体系、分散体系、润滑体系等），摒弃固体颗粒等作为隔离体系;再进一步优化，重新选择了载体聚合物、润滑体系、分散体系等组分，并调整工艺成功制备了PAPM母胶粒。研究了PAP在母胶中的分散状态、PAPM的加工性能、流变特性。根据聚合物复合材料的模量匹配性原理，将制备的PAPM应用到耐高温输送带芯层胶，研究芯层胶与帆布骨架材料老化前后剥离粘合强度变化规律;应用到耐烧蚀输送带覆盖胶中，探究PAP对覆盖胶耐烧蚀性能的影响。
　　采用“乳液絮凝法”制备芳纶浆粕-橡胶复合材料，并研究PAP增强橡胶的机理。PAP有较好的吸水性，在水中能够悬浮。实验以粘土作为隔离剂、以丁苯吡胶乳和硅烷偶联剂作为界面改性剂，成功制备了PAP分散均匀且与橡胶界面良好的复合材料。研究了PAP在橡胶基体中的分散效果，用界面滑动因子考察了橡胶与PAP的界面粘合作用。
　　三氧化二锑(Sb2O3)为白色粉体，广泛应用于阻燃材料中。它是一种无机协效阻燃剂，尤其是与卤系阻燃剂复配会大幅提高材料阻燃性能。但是Sb2O3颗粒较小，在应用于橡胶时容易产生团聚现象，且与橡胶基体的界面结合作用较弱，这会导致阻燃剂的阻燃效率下降，同时会降低复合材料的力学性能。为了解决上述问题，本文对Sb2O3进行了界面改性，并成功制备了预处理三氧化二锑母胶粒(PSM)。
　　用硅烷偶联剂Si69成功改性了Sb2O3粉末，通过活化指数、接触角、TGA、EDS等手段，确定最佳改性条件（Si69用量、改性时间、改性温度）。探索PSM的制备工艺，表征了Sb2O3颗粒在母胶中的分散性和填料网络结构强弱。将PSM应用于橡胶基质中，研究了复合材料的力学性能、阻燃性能等。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 芳纶浆粕与芳纶浆粕-橡胶复合材料

1．2．1 对位芳纶浆粕的制备

1．2．2 对位芳纶浆粕的物理结构与化学结构

1．2．3 芳纶浆粕增强橡胶复合材料

1．2．4 对位芳纶浆粕的在橡胶增强中的优势与存在的问题

1．2．5 对位芳纶浆粕的预分散与表面改性

1．2．6 纤维表面改性分析方法

1．3 三氧化二锑与三氧化二锑阻燃橡胶材料

1．3．1 阻燃剂与三氧化二锑

1．3．2 三氧化二锑的阻燃机理

1．3．3 三氧化二锑应用时存在的问题

1．3．4 三氯化二锑的表面改性

1．3．4 三氧化二锑阻燃橡胶材料

1．4 预分散橡胶助剂母胶粒

1．4．1 预分散橡胶助剂母胶粒的配方设计

1．4．2 预分散橡胶助剂母胶粒的制备工艺

1．5 本课题研究内容和意义

1．5．1 本课题的研究内容

1．5．2 本课题的研究意义

1．5．3 本课题的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原材料及配方

2．1．1 实验原材料

2．1．2 实验配方

2．2 实验设备及测试仪器

2．3 实验步骤与工艺

2．3．1 预分散芳纶浆粕母胶粒的制备工艺

2．3．2 芳纶浆粕絮凝胶的制备步骤

2．3．3 三氧化二锑粉体的表面改性

2．3．3 三氧化二锑母粒的制备工艺

2．3．4 混炼工艺

2．3．5 硫化条件

2．3．6 活化指数测试

2．3．7 薄膜压片

2．4 性能测试及表征

2．4．1 硫化性能

2．4．2 混炼胶流变性能

2．4．3 硫化胶力学性能

2．4．4 橡胶加工分析

2．4．5 门尼粘度

2．4．6 剥离粘合强度测试

2．4．7 极限氧指数(LOI)

2．4．8 垂直燃烧

2．4．9 表面电阻

2．4．10 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．11 动态机械性能(DMTA)

2．4．12 耐磨性能测试

2．4．13 热失重分析(TGA)

2．4．14 傅利叶红外光谱(FTIR)

第三章 干混法制备预分散芳纶浆粕母胶粒及其在输送带中的应用

3．1 对位芳纶浆粕、对位芳纶纤维与间位芳纶纤维、间位芳纶浆粕

3．1．1 表面形貌分析

3．1．2 红外光谱分析

3．1．3 能谱EDS分析

3．2 干混法制备预分散芳纶浆粕母胶粒

3．2．1 传统预分散芳纶浆粕母胶粒配方设计与制备工艺的优化

3．2．2 预分散芳纶浆粕母胶粒配方设计与制备工艺的进一步优化

3．3 预分散芳纶浆粕母胶粒在耐高温输送带中的应用

3．3．1 高温老化前后覆盖胶与芯层胶性能的变化

3．3．2 模量梯度理论的应用

3．4 预处理芳纶浆粕母胶在耐灼烧输送带覆盖胶的应用

3．5 小结

第四章 絮凝法制备芳纶浆粕-橡胶复合材料

4．1 芳纶浆粕在橡胶中的分散性与粘土的隔离作用

4．1．1 芳纶浆粕在橡胶基体中的分散

4．1．2 粘土的隔离作用

4．2 芳纶浆粕与橡胶基体界面粘合及芳纶浆粕增强橡胶机理

4．3 芳纶浆粕-橡胶复合材料的硫化性能、加工性能、动态机械性能与纤维各向异性

4．4 小结

第五章 预分散三氧化二锑母胶粒的制备及其在橡胶阻燃中的应用

5．1 三氧化二锑粉体的表面改性

5．1．1 活化指数分析

5．1．2 接触角分析

5．1．3 热失重分析

5．1．4 能谱分析

5．2 三氧化二锑母胶粒的性能

5．2．1 三氧化二锑母胶粒的门尼粘度与RPA分析

5．2．2 三氧化二锑母胶粒的扫描电镜分析

5．3 三氧化二锑母胶粒在橡胶阻燃方面中的应用

5．3．1 三氧化二锑在混炼胶中的分散

5．3．2 添加有三氧化二锑混炼胶的门尼粘度、硫化性能

5．3．3 添加有三氧化二锑硫化胶的力学性能、阻触性能

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及已经发表的学术论文

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