橡胶复合材料用纤维新型环保浸胶体系设计与处理及粘合性能研究

作     者：陈思献 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文才

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纤维 浸渍处理 环保型 纤维/橡胶复合材料 粘合性能 

摘      要：纤维骨架材料在橡胶制品中充当着一个十分关键的角色,其与橡胶基体之间的界面粘合性能好坏直接关系到橡胶制品使用过程中的安全性和使用寿命。但是,由于纤维表面结晶度高,活性基团较少,使得纤维与橡胶之间界面粘合性能较差。目前,工业上最常用的纤维表面改性的方法是间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶处理,但由于RFL浸胶体系中存在间苯二酚和甲醛等有毒成分,不能满足现代纤维骨架材料增强橡胶制品绿色生产的要求。因此,本文旨在从传统的RFL浸胶体系的粘合机理出发,探究开发新型环保的绿色浸胶技术,在满足纤维/橡胶复合材料界面粘合性能要求的同时,又要实现绿色环保的要求,并对新型浸胶体系的粘合作用机理进行探究。(1)基于RFL浸胶体系的粘合作用机理,设计开发了粘合剂M/促进剂-丁吡胶乳浸胶体系和环氧树脂/固化剂-丁吡胶乳浸胶体系,这两种浸胶体系所使用的原材料都为无毒成分。本文以聚酯纤维帆布和尼龙帘线为研究对象,探究了组分比、胶乳固含量、促进剂和固化剂种类、胶乳种类、热固化处理条件、附胶量以及纳米粒子增强浸胶层等因素对纤维与橡胶基体的粘合性能的影响。促进剂A和B与粘合剂M之比分别为1:2和2:3时,浸胶处理的聚酯帆布与橡胶之间的粘合性能最好,平均剥离强度分别达到了 17.2 N/mm和17.5 N/mm,剥离破坏后纤维表面覆胶率为100%,而且促进剂B具有更好的促进效果,该浸胶液处理的聚酯帆布在200℃下只需固化处理6 min;另外,利用该浸胶体系浸渍处理的尼龙帘线与橡胶之间的H抽出力达96.0 N,与RFL浸胶处理方法的粘合水平相当(97.8 N),相比于促进剂A,在B的促进作用下,所需最佳固化温度下降了 10 ℃左右。环氧树脂/固化剂-丁吡胶乳浸胶体系中,环氧树脂G与固化剂T和D之比分别为4:2和5:1时,该浸胶体系浸渍处理的聚酯帆布与橡胶之间的粘合效果最佳,平均剥离强度分别达到17.4 N/mm和17.2 N/mm,剥离破坏后纤维表面覆胶率为100%。相比较而言,粘合剂M/促进剂-丁吡胶乳浸胶体系浸渍处理的纤维与橡胶之间具有更好的粘合效果,该浸胶体系满足橡胶工业中绿色浸胶的要求,具有实现工业化应用的前景。(2)基于所开发的新型环保浸胶处理技术,对浸胶粘合作用机理做进一步的探究,研究了浸胶体系中树脂成分的固化反应动力学、纳米增强浸胶层、硫化助剂迁移机理等。浸胶体系中环氧树脂G与其固化剂T之间的固化反应为一级反应,固化反应活化能为73.3 KJ/mol;由于硫化助剂的迁移,使得浸胶层中的硫元素含量是橡胶基体中的3～4倍。对粘合作用机理进行探究,有助于新型浸胶体系的开发和优化,在科学研究和实际生产应用方面具有一定的指导意义。