纤维/TPI母胶及其制备方法和该母胶在橡胶组合物中的应用.pdf

本发明涉及一种纤维/TPI母胶及其制备方法和在橡胶组合物中的应用，所述方法包括如下步骤：(1)将反式异戊二烯橡胶和纤维混合搅拌、混合，搅拌温度为30-50℃，搅拌时间为5-9min，搅拌速度为900-1500r/min，制得预混料；(2)将上述预混料在密炼机中进行混炼，密炼温度为70-120℃，密炼机转速为50-90r/min，密炼时间为5-10min，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。所制得的纤维/TPI母胶较容易与天然橡胶或其他合成橡胶混合，并形成性能良好的纤维/橡胶组合物，提高橡胶组合物材料的性能。

1.  一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将反式异戊二烯橡胶和纤维搅拌、混合，制得预混料；
(2)将预混料在密炼机中进行混炼，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。

2.  如权利要求1所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反式异戊二烯橡胶和纤维的用量比为4:1-1:2。

3.  如权利要求2所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述反式异戊二烯橡胶为粉末状，其门尼粘度为30-150，所述纤维为短切碳纤维，其长度为6mm。

4.  如权利要求3所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括在搅拌过程中添加油类和/或改性剂。

5.  如权利要求4所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述油类包括石蜡油、环烷油和芳烃油中的至少一种，所述油类的用量为反式异戊二烯橡胶的10％-30％。

6.  如权利要求4所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述改性剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类和磷酸酯类中的至少一种，所述改性剂的用量为反式异戊二烯橡胶的1％-3％。

7.  如权利要求1-6中任一项所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌温度为20-35℃，搅拌时间为5-9min，搅拌速度为900-1500r/min。

8.  如权利要求1-6中任一项所述的一种纤维/TPI母胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中密炼温度为70-120℃，密炼机转速为50-90r/min，密炼时间为5-10min。

9.  如权利要求1-8中任一项所述方法制备得到的纤维/TPI母胶。

10.  采用如权利要求9所述的纤维/TPI母胶在橡胶组合物中的应用，其特征在于，将纤维/TPI母胶和天然橡胶或合成橡胶混合制备得到纤维/橡胶组合物。

纤维/TPI母胶及其制备方法和该母胶在橡胶组合物中的应用
技术领域
本发明涉及纤维/橡胶复合材料加工领域，具体涉及纤维/TPI母胶及其制备方法和该母胶在橡胶复合物中的应用。
背景技术
纤维作为一种高性能材料，具有十分优异的力学性能，已成为复合材料中重要的增强组分，目前已在航空航天、国防和民用工业的各个领域得到广泛应用。
纤维/TPI母胶是将纤维分散在反式异戊二烯橡胶中，使之与橡胶复合制成类似聚合物共混体的增强性复合材料。纤维/TPI母胶既具有橡胶的弹性，同时又保持了纤维的强度和刚度，用其制造的制品具有高强度、高模量、耐撕裂、抗溶胀等优良性能，既可沿用传统橡胶工艺加工，又能通过控制纤维在制品中的取向实现对制品性能的设计。
目前常用的增强材料有天然纤维、钢丝、锦纶纤维、聚酷纤维、玻璃纤维以及芳纶纤维等。芳纶短纤维增强橡胶材料的模量最高；金属短纤维增强橡胶材料的定伸强度最高；碳纤维、玻璃短纤维和石棉短纤维对提高橡胶复合体的耐热性能较好；尼龙、芳纶、纤维素短纤维对提高橡胶复合体的断裂强度和耐撕裂强度较好。
与纤维复合的基质橡胶，使用最广泛的是天然橡胶和三元乙丙橡胶，其次为丁苯橡胶、氯丁橡胶等。纤维因其本质与橡胶的不同，在块状橡胶中的密炼工艺较难分散。常用的工艺是把橡胶与纤维在密炼机中进行混炼，由于混炼胶的表观粘度高，纤维很难掺混到橡胶基质中导致分散不均匀。名称为《聚酯短纤维用量对工程胎胎面用天然橡胶性能的影响》(《合成橡胶工业》2009第32卷第2期，P139-P142)的论文采用聚酯短纤维增强天然橡胶作工程胎胎面胶，研究了其用量对胶料性能的影响，由于短纤维较难混合和分散，尤其是短纤维用量多时，部分短纤维会出现团聚现象，使得其在天然橡胶中的分散度降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中纤维增强橡胶复合材料存在的纤维在橡胶基体中的分散度低的问题，提供一种纤维/TPI母胶的制备方法，用该母胶进一步提高纤维在基质橡胶中的分散性和相容性，进而提高纤维/橡胶复合材料的性能。
为此，本发明提供了一种纤维/TPI母胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将反式异戊二烯橡胶和纤维搅拌、混合，制得预混料；
(2)将预混料在密炼机中进行混炼，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。
根据本发明，TPI指反式异戊二烯橡胶。
根据本发明，所述步骤(1)中反式异戊二烯橡胶和纤维的用量比为4:1-1:2。
根据本发明，所述反式异戊二烯橡胶为粉末状，其门尼粘度为30-150，所述纤维为短切碳纤维，其长度为6mm。
根据本发明，所述步骤(1)还包括在搅拌过程中添加油类和/或改性剂，油类可以改善反式异戊二烯橡胶的加工性能，改性剂可以增加橡胶组合物配方与反式异戊二烯橡胶的界面相容性。
根据本发明，所述油类包括石蜡油、环烷油和芳烃油中的至少一种，所述油类的用量为反式异戊二烯橡胶的10％-30％。
根据本发明，所述改性剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类和磷酸酯类中的至少一种，所述改性剂的用量为反式异戊二烯橡胶的1％-3％。
根据本发明，所述步骤(1)中搅拌温度为20-35℃，搅拌时间为5-9min，搅拌速度为900-1500r/min。
根据本发明，所述步骤(2)中密炼温度为70-120℃，密炼机转速为50-90r/min，密炼时间为5-10min。
根据本发明所述方法制备得到的纤维/TPI母胶。
根据本发明，所述纤维/TPI母胶在橡胶组合物中的应用，将纤维/TPI母胶和天然橡胶或其他合成橡胶混合制备得到橡胶组合物，优选和天然橡胶混合制备橡胶组合物。
反式异戊二烯橡胶为粉末状，在搅拌过程中较容易和纤维混合。由于混炼温度大于60℃，在反式异戊二烯橡胶的结晶温度之上，反式异戊二烯橡胶会由粉末固体态转为粘流态，从而可以改善其与纤维的共混与分散，增加了纤维在橡胶中的混炼均匀度并缩短了混炼时间、降低了混炼能耗。所制得的纤维/TPI母胶较容易与天然橡胶或其他合成橡胶混合，并形成性能良好的纤维/橡胶组合物，提高橡胶组合物材料的性能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明涉及的测试方法如下：
纤维/橡胶组合物的硬度按照GB/T 23651-2009进行测试。
纤维/橡胶组合物的拉伸强度按照GB/T 528-1998进行测试。
纤维/橡胶组合物的滞后损失采用ASTM D 4065-1995进行测试。
纤维/橡胶组合物的弹性模量采用ASTM D 4065-1995进行测试。
纤维/橡胶组合物的粘结强度采用GB/T 532-2008进行测试。
本发明的反式异戊二烯橡胶来自青岛第派新材有限公司，短切碳纤维来自翔盛碳纤维科技有限公司
实施例1
(1)将反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维搅拌、混合，反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维的用量比为2:1，反式异戊二烯橡胶的门尼粘度为65，短切碳纤维的长度为6mm，搅拌温度为30℃，搅拌时间为6min，搅拌速度为1050r/min，在搅拌过程中添加环烷油和硼酸酯类改性剂，环烷油用量为TPI的10％，硼酸酯类改性剂用量为TPI的2％，制得预混料；
(2)将上述预混料在密炼机中进行混炼，密炼温度为90℃，密炼机转速为60r/min，密炼时间为8min，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。
将得到的纤维/TPI母胶与天然橡胶及其配合体系进行混合，制备得到纤维/橡胶组合物。其中纤维/TPI母胶用量为18份，天然橡胶用量为88份，配合体系包括氧化锌5份、硬脂酸1份、N330炭黑60份、防老剂RD2份、防老剂4010NA2份、硫磺1份、促进剂CZ1.5份、促进剂TMTD0.2份。测试纤维/橡胶组合物的性能，测试结果如表1所示。
实施例2
(1)将反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维在搅拌机中共混，反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维的用量比为1:1，反式异戊二烯橡胶的门尼粘度为65，短切碳纤维的长度为6mm，搅拌温度为25℃，搅拌时间为5min，搅拌速度为1200r/min，在搅拌过程中添加环烷油和硼酸酯类改性剂，环烷油用量为TPI的10％，硼酸酯类改性剂用量为TPI的2％，制得预混料；
(2)将上述预混料在密炼机中进行混炼，密炼温度为100℃，密炼机转速为70r/min，密炼时间为6min，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。
将得到的纤维/TPI母胶与天然橡胶及其配合体系进行混合，制备得到纤维/橡胶组合物。其中纤维/TPI母胶用量为12份，天然橡胶用量为94份，配合体系与实施例1相同。测试纤维/橡胶组合物的性能，测试结果如表1所示。
实施例3
(1)将反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维在搅拌机中共混，反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维的用量比为1:2，反式异戊二烯橡胶的门尼粘度为135，短切碳纤维的长度为6mm，搅拌温度为20℃，搅拌时间为6min，搅拌速度为1350r/min，在搅拌过程中添加环烷油和硼酸酯类改性剂，环烷油用量为TPI的10％，硼酸酯类改性剂用量为TPI的2％，制得预混料；
(2)将上述预混料在密炼机中进行混炼，密炼温度为110℃，密炼机转速为85r/min，密炼时间为10min，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。
将得到的纤维/TPI母胶与天然橡胶及其配合体系进行混合，制备得到纤维/橡胶复合物。 其中纤维/TPI母胶用量为9份，天然橡胶用量为97份，配合体系与实施例1相同。测试纤维/橡胶组合物的性能，测试结果如表1所示。
实施例4
(1)将反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维在搅拌机中共混，反式异戊二烯橡胶和短切碳纤维的用量比为2:1，反式异戊二烯橡胶的门尼粘度为135，短切碳纤维的长度为6mm，搅拌温度为28℃，搅拌时间为6min，搅拌速度为1500r/min，在搅拌过程中添加环烷油和硼酸酯类改性剂，环烷油用量为TPI的10％，硼酸酯类改性剂用量为TPI的1％，制得预混料；
(2)将上述预混料在密炼机中进行混炼，密炼温度为80℃，密炼机转速为70r/min，密炼时间为7min，然后进行排胶，得到纤维/TPI母胶。
将得到的纤维/TPI母胶与天然橡胶及其配合体系进行混合，制备得到纤维/橡胶复合物。其中纤维/TPI母胶用量为18份，天然橡胶用量为88份，配合体系与实施例1相同。测试纤维/橡胶组合物的性能，测试结果如表1所示。
对比例1
按照本领域常规的纤维增强橡胶复合材料的方法将天然橡胶与短切碳纤维共混，天然橡胶用量为100份，短切碳纤维用量为6份，将其与配方体系混合，制备得到纤维/橡胶组合物，配合体系与实施例1相同。测试纤维/橡胶组合物的性能，测试结果如表1所示。
表1.纤维/橡胶组合物的性能