芳纶短纤维与三元乙丙橡胶界面粘合的研究

论文摘要

芳纶是具有高强度,高模量,耐高温,尺寸稳定性优异的高性能产业化纤维,是芳香族聚酰胺纤维的总称,它是一种有高度取向结晶微区的材料,具有一些缺陷和空隙,但没有无定形区。由于分子链段中庞大苯环的位阻作用,酰胺基团较难与其他原子或基团发生作用,其表面缺少活性官能团,形成氢键能力较低,具有化学惰性,因次芳纶纤维同橡胶基体的粘合性很差。必须要对其表面进行一定的改性处理使纤维表面粘合活性有效改善。本论文主要研究不同表面粘合预处理改性的芳纶短纤维对三元乙丙橡胶的增强特性,期望与合作企业共同开发出高性能的预处理芳纶短纤维产品,重点探讨了芳纶短纤维与三元乙丙橡胶之间界面粘合水平评价方法和界面粘合机理。实验研究了表面粘合预处理方法、芳纶纤维品种、纤维用量、短纤维长度和混炼程度、纤维取向角度、纤维取向程度、外加直接粘合剂体系等因素对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶复合材料加工性能、拉伸应力应变特性等机械力学性能、动态压缩疲劳和DMA等动态力学性能等性能的影响,研究结果表明：（1）本文首次采用短纤维填充硫化橡胶拉伸应力-应变曲线上的界面滑脱应力与界面滑脱伸长率乘积的1/2所得到的相对界面滑脱能RISE,来对短纤维与基质橡胶的界面粘合水平进行评价,研究发现,纤维不同用量、不同取向程度和取向角度、不同长径比等因素对相对界面滑脱能RISE的数值影响不大,而表面粘合处理方法和外加直接粘合剂等因素对相对界面滑脱能RISE的数值影响很大,综合分析认为,采用相对界面滑脱能RISE完全能够科学评价短纤维与基质橡胶之间的界面粘合水平,同时对纤维骨架材料与橡胶之间界面粘合以及橡胶配方设计合理性提供了重要的评价方法；（2）芳纶纤维表面经过活化和RFL浸渍处理,能够明显提高芳纶短纤维对橡胶的增强性能,活化液和RFL处理液的配方和热处理工艺对预处理芳纶短纤维表面粘合活性影响很大,通过本论文实验研究,为预处理芳纶短纤维产品科学应用于汽车传动带行业提供应用基础；（3）不同芳纶纤维品种对预处理的芳纶短纤维增强EPDM硫化胶的拉伸应力应变特性影响较大,尤其是预处理的间位芳纶短纤维与三元乙丙橡胶之间界面粘合水平明显好于预处理的对位芳纶短纤维,这为耐热橡胶制品行业提供了一种新型耐高温短纤维品种；（4）纤维取向程度越高,芳纶短纤维填充的三元乙丙硫化胶的拉伸强度越大,断裂伸长率越低；纤维取向角度对芳纶短纤维填充的三元乙丙硫化胶的拉伸力学性能影响很大,但纤维取向程度和取向角度对相对界面滑脱能RISE的数值几乎没有影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 芳香族聚酰胺纤维的合成方法
• 1.3 芳香族聚酰胺纤维的纺丝制备工艺
• 1.3.1 芳香族聚酰胺纤维的两步法制备工艺
• 1.3.2 芳香族聚酰胺纤维的一步法制备工艺
• 1.3.3 芳香族聚酰胺纤维直接成纤工艺
• 1.4 芳纶纤维的表面预处理方法
• 1.4.1 芳纶纤维表面的物理改性
• 1.4.2 芳纶纤维表面的化学改性
• 1.5 短纤维与橡胶基质界面粘合的评价方法
• 1.5.1 测试纤维与基质材料的界面粘合强度的方法
• 1.5.2 扫描电镜方法
• 1.5.3 投射电镜方法
• 1.5.4 动态粘弹谱的证明
• 1.5.5 傅里叶变换红外光谱（FTIR）差示放大
• 1.5.6 "等效界面厚度△R"新概念
• 1.6 纤维骨架材料与橡胶的粘合机理
• 1.7 纤维织物与橡胶的粘合
• 1.8 芳纶纤维在橡胶工业中的应用
• 1.8.1 芳纶在轮胎中的应用
• 1.8.2 芳纶纤维在胶管中的应用
• 1.8.3 芳纶在传动带、输送带中的应用
• 1.8.4 芳纶在其他方面的应用
• 1.9 论文选题的立论、目的和意义
• 1.10 本课题难点分析
• 1.11 预期的研究成果及创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原材料与配方
• 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 实验加工工艺
• 2.3.1 芳纶短纤维表面预处理工艺
• 2.3.2 芳纶短纤维增强EPDM复合材料试样的制备
• 2.4 性能测试及表征
• 2.4.1 硫化胶常规力学测试
• 2.4.2 微观结构形态测试
• 2.4.3 加工性能测试
• 2.4.4 纤维与橡胶界面粘合测试评价方法
• 第三章 试验结果与讨论
• 3.1 芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶复合材料结构与性能的研究
• 3.1.1 前言
• 3.1.2 预处理芳纶短纤维的表面微观结构特征分析
• 3.1.3 表面预处理方法对芳纶短纤维增强EPDM硫化胶拉伸力学性能影响研究
• 3.1.4 纤维用量对芳纶短纤维增强EPDM硫化胶拉伸力学性能影响研究
• 3.1.5 不同品种的预处理芳纶短纤维对增强EPDM硫化胶性能的影响研究
• 3.1.6 不同长径比的预处理短纤维EPDM硫化胶的性能研究
• 3.1.7 纤维取向对芳纶短纤维增强EPDM硫化胶性能的影响研究
• 3.1.8 芳纶短纤维增强EPDM胶料加工性能的研究
• 3.2 芳纶短纤维与三元乙丙橡胶界面粘合水平的评价方法研究
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介
• 研究成果及发表的学术论文
• 附录