新型預(yù)處理芳綸短切纖維系列產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用

1、新型預(yù)處理理芳綸短短切纖維維系列產(chǎn)產(chǎn)品的開開發(fā)和應(yīng)應(yīng)用朱新軍11,2 哈德爾爾別克 2 許濤2 王文文波1 欽煥宇宇1 吳衛(wèi)東東2（1. 黑黑龍江弘弘宇短纖纖維新材材料股份份有限公公司富錦 45771000；2.北京化化工大學(xué)學(xué)先進(jìn)彈彈性體材材料研究究中心北京 10000299）摘要：本本文對比比研究了了各種表表面粘合合預(yù)處理理浸漬液液配方和工藝藝對不同同廠家生生產(chǎn)的對對位芳綸長絲和和間位芳芳綸長絲絲纖維進(jìn)進(jìn)行表面面預(yù)處理理得到的的預(yù)處理理芳綸短短切纖維維對三元元乙丙橡橡膠（）的增增強(qiáng)性能能，通過過研究為為高性能能芳綸短短切纖維維系列產(chǎn)產(chǎn)品的開開發(fā)及其其在耐熱熱橡膠 傳動帶帶中的具具體應(yīng)用用提

2、供參參考，同同時對比比研究了國外外同類產(chǎn)產(chǎn)品的性性能。研研究結(jié)果果表明，采采用 特殊的的活化浸浸漬處處理液體體系和熱熱處理工藝可可以有效效改善預(yù)預(yù)處理芳芳綸短切切纖維與與三元 乙丙橡橡膠之間間的界面面粘合水水平。關(guān)鍵詞： 芳綸纖纖維預(yù)處理理短纖維維界面粘粘合傳動帶帶前言 芳綸（芳芳香族聚聚酰胺纖纖維）是是20世紀(jì)70年代發(fā)發(fā)展起來來的一種種新型高高性能產(chǎn)產(chǎn)業(yè)纖維維，芳綸綸纖維主要分分為兩種種：間位位聚酰胺胺纖（metta-aarammid fibber,國內(nèi)名名稱芳綸綸13113和對位聚聚酰胺纖纖 （parra-aarammid fibber,國內(nèi)名名稱芳綸綸14114。間位芳芳綸具有有良好的

3、的熱穩(wěn)定定性、阻阻燃性、電電絕緣 性、化化學(xué)穩(wěn)定定性以及及耐輻射射性等，但但模量和和強(qiáng)度明顯顯不如對對位芳綸綸，對位位芳綸具具有較好好的耐 熱性、高高彈性模模量、高高強(qiáng)力及及很好的的尺寸穩(wěn)穩(wěn)定性等等。芳綸纖維是是橡膠工工業(yè)理想想的骨架架材料之之一，由由于其具具有很高的取取向度和和結(jié)晶度度，并且且沒 有無定定形區(qū)，而而分子鏈鏈段中有有大量苯苯環(huán)，位位阻較大，因因此酰胺胺基團(tuán)較較難與其其他原子子或基團(tuán)團(tuán)發(fā) 生化學(xué)學(xué)反應(yīng)，所所以對于于芳綸纖纖維表面面進(jìn)行粘粘合浸漬預(yù)預(yù)處理比比較困難難，預(yù)處處理的芳芳綸纖維維與橡 膠基質(zhì)質(zhì)的界面面粘合相相對較差差一些?；诖藝鴩鴥?nèi)外專家家學(xué)者對對芳綸纖纖維的表表面粘

4、合合改性進(jìn)進(jìn)行了 大量研研究，目目前表面面涂層處處理方法法在工業(yè)業(yè)中已經(jīng)經(jīng)得到廣廣泛的應(yīng)用用。最近近弘宇新新材-北化短短纖 維預(yù)處處理技術(shù)術(shù)研究中中心進(jìn)行行了高性性能芳綸綸纖維表面粘粘合預(yù)處處理技術(shù)術(shù)的開發(fā)發(fā)，在多多年尼龍龍、聚 酯、棉棉纖維的的表面預(yù)預(yù)處理技技術(shù)研究究和產(chǎn)品品開發(fā)基基礎(chǔ)上1-4，采用用先活化化再RFL增粘處處理的二二浴 法浸漬漬預(yù)處理理技術(shù)，不不僅在第第一浴的的纖維表表面活化化預(yù)處理理技術(shù)上上進(jìn)行改改進(jìn)，更更在第二二浴的 RFL增粘預(yù)預(yù)處理配配方和工工藝方面面進(jìn)行了了創(chuàng)新改改進(jìn)，可可滿足不不同橡膠膠基體尤尤其是表表面難以以粘合的非極性三三元乙丙丙橡（EPDDM對粘合合性能的的

5、特殊要要求55-6?；谟谏鲜黾技夹g(shù)開發(fā)發(fā)的預(yù)處處理芳綸綸短切纖維系系列產(chǎn)品品可廣泛泛應(yīng)用于氯丁丁橡膠CR、EPM、氫化化丁腈NBR等橡膠膠基的汽汽車傳動動 帶壓縮縮層膠料料的配合合中，能能夠明顯顯提高壓壓縮層膠料的的抵抗側(cè)側(cè)向壓縮縮變形能能力，同同時由于于與基 體橡膠膠之間具具有良好好的界面面粘合水水平，提提高了傳動帶帶的高溫溫疲勞使使用壽命命。另外外，目前前在國 內(nèi)外市市場上還還沒有經(jīng)經(jīng)過預(yù)處處理的間間位芳綸綸短纖維產(chǎn)品品，盡管管間位芳芳綸纖維維的模量量和強(qiáng)度度比對 位芳綸綸要差很很多，但但由于間間位芳綸綸纖維表表面更易于增增粘預(yù)處處理以及及耐熱性性與對位位芳綸相相當(dāng)， 通過上上述技術(shù)術(shù)開

6、發(fā)的的預(yù)處理理間位芳芳綸短纖纖維產(chǎn)品相比比于目前前市場上上的各種種預(yù)處理理對位芳芳綸短 纖維產(chǎn)產(chǎn)品，與與各種基基體橡膠膠之間具具有更好好的界面面粘合水水平。本文對比研研究了各各種表面面粘合預(yù)預(yù)處理浸浸漬液配配方和工工藝對不同廠廠家生產(chǎn)產(chǎn)的對位位芳綸、間間 位芳綸綸纖維進(jìn)進(jìn)行表面面預(yù)處理理得到的的預(yù)處理理芳綸短切纖纖維對三三元乙丙丙橡膠（）的增增強(qiáng) 性能，期期望為高高性能芳芳綸短纖纖維產(chǎn)品品的開發(fā)發(fā)及其在在耐熱橡橡膠傳動動帶中的的具體應(yīng)應(yīng)用提供供參考。 實(shí)驗部分1原材料料及配方方：實(shí)驗驗采用黑黑龍江弘弘宇短纖維維新材料料股份有有限公司生生產(chǎn)的三三種不同同表 面粘合合水平的的預(yù)處理理對位芳芳綸和間

7、間位芳綸綸短切纖纖維共六六種產(chǎn)品品：-未處理理；-常規(guī)粘粘合處 理；-高活性性粘合表表面處理理,間位位芳綸，對位芳芳綸，短短纖維長長度均為為1mm；作作為對比比還采用用了國外外廠家生生產(chǎn)的纖纖維長度度為1毫米的的芳綸短短切纖維維DCAAF1以及弘弘宇 公司生生產(chǎn)的11毫米長長的高活活性尼龍龍66短切切纖維HHFN666-11。EPDM橡橡膠配方方為：EEPDMM40445：1000；SA：1.0；ZnOO：5.00；S:11.5；促進(jìn)進(jìn)劑M：1.55；促進(jìn)進(jìn) 劑TT:0.55；促進(jìn)進(jìn)劑BZZ:1.5；白白炭黑ssiliica：20；短短纖維：變量。2加工工工藝及試試樣制備備：采用用開煉機(jī)機(jī)混煉

8、，首首先將除除了短纖纖維以外外的生膠膠和配合合劑在11 米下制一煉配要煉， 按方1本分散均勻后，打三個三角包、三個卷，然后出1毫米的膠片對折成2毫米的混煉膠拉伸樣 片，除了特別注明取向角度外，需要嚴(yán)格按照拉伸方向與開煉機(jī)壓延方向一致進(jìn)行混煉片 制硫間硫性顯t間5；力能 國準(zhǔn)除別拉纖向進(jìn)向0。3. 性能能測試及及表征：硫化膠膠的拉伸伸應(yīng)力應(yīng)變性性能、撕撕裂強(qiáng)度度、硬度度等靜態(tài)態(tài)力學(xué)性性能 的測試試均按照照相應(yīng)的的國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行行，拉伸伸性能按按 GBT 5288-19998 測試；撕裂強(qiáng)強(qiáng)度按 GBT529-119999測試，直直角型試試樣；邵邵爾A型硬度度按GBT5311-19999 測試；采

9、用深深圳新三三思試驗驗儀器廠生產(chǎn)產(chǎn)的 CMTT41004 型萬能材料試驗驗機(jī)進(jìn)行拉拉伸力學(xué)學(xué)性能測測試，芳綸綸短纖維維表面微微觀結(jié) 構(gòu)形貌貌的考察察采用日日本Hittachhi公司生生產(chǎn)的 HITTACHHI S-447000型掃描描電鏡（SEM）進(jìn)行。 試驗結(jié)果與討論1. 預(yù)處處理對位位芳綸短短切纖維維增強(qiáng)EEPDMM硫化膠膠的性能能研究019988377sress Pasresssress Pasress Ma25543 4132 1-CPAAF32-NPPAF21 3-HPAAF212.5phhr A/EDM1D00HFPFPFrr M D0000005000striin %000000

10、00in %圖12.5phhr的CPAAF,NNPAFF,HPPAF短短纖維填填充圖210pphr的的CPAAF,NNPAFF,HPPAF短短纖維填填充EPDM硫硫化膠MMD向的的拉伸應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變曲線EPDM化膠MD的拉伸伸應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變曲線線 在我們們以前的的研究中中發(fā)現(xiàn)5-7，在短短纖維填填充的硫硫化橡膠拉伸伸過程中中，隨著著拉伸應(yīng)應(yīng)變逐漸增加，短短纖維與與基質(zhì)橡橡膠之間間逐漸發(fā)發(fā)生界面面滑移，直直至發(fā)生生界面滑滑脫，出出現(xiàn)拉伸伸應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變 曲線的的拐點(diǎn)現(xiàn)現(xiàn)象，因因此拐點(diǎn)點(diǎn)處對應(yīng)應(yīng)的拉伸伸屈服應(yīng)應(yīng)力也可可以稱為為界面滑滑脫應(yīng)力力TSy，屈服應(yīng)力 處對應(yīng)應(yīng)的屈服服伸長率率也可以以稱為界界面滑脫脫

11、伸長率率y；我們們定義界界面滑脫脫應(yīng)力與與界面滑滑脫伸 長率乘乘積的11/2為為相對界界面滑脫脫能RIIS（Rellatiive IntterffaceeSliip Eneergyy,實(shí)際上上RISSE數(shù)值值就是拉 伸應(yīng)力力應(yīng)變曲曲線與橫橫坐標(biāo)軸軸所圍成成的近似似三角形圖形形的面積積，相對對反映了了拉伸過過程中短短纖維 與基質(zhì)質(zhì)橡膠發(fā)發(fā)生界面面滑脫所所需要的的能量大大小，以以前的實(shí)實(shí)驗研究究表明5,88，相相對界面面滑脫能能RISE 數(shù)值與與短纖維維用量、長長度、纖纖維取向向程度、纖維取向角度、膠料配方中增強(qiáng)填料用量等不影 響纖維表面粘合特性的因素關(guān)系不大，而與預(yù)處理纖維品種、表面粘合處理水平

12、、膠料配方 中HRH粘合助劑用量、過硫化等影響纖維表面粘合特性的因素關(guān)系很大，這說明采用RISE 數(shù)值可以表征短纖維表面粘合特性，而對于長絲纖維骨架材料（紗、線繩、簾線、帆布等結(jié) 構(gòu)形式）而言，既可以切斷為1-5毫米長的短纖維來增強(qiáng)橡膠，通過測試得到的硫化膠RISE 數(shù)值來表征長絲纖維骨架材料的表面粘合狀況（常規(guī)的長絲纖維表面粘合測試方法有H抽出、T抽出出、剝離離粘結(jié)等等，也可可以借鑒鑒短纖維維增強(qiáng)橡橡膠體系系采用的的過硫化化、熱老老化等方方法，結(jié)合常規(guī)的的H抽出、TT抽出、剝剝離粘結(jié)結(jié)等測試試方法，進(jìn)進(jìn)一步表表征纖維維骨架材材（包括括鋼絲與 橡膠基基質(zhì)之間間粘合耐耐久性。首先我們來來比較 2

13、.55phrr 和 10pphr 纖維用用量的未未處理對對位芳綸綸短切纖纖維（CCPAFF、一般般粘 合處理理的對位位芳綸短短切纖維維（NPPAF、高活活性粘合合處理的的對位芳芳綸短切切纖維（HPAF 增強(qiáng)的 EPDM 硫化膠的拉伸力學(xué)性能，分別如圖 1和圖 2所示，可以看出，短纖維的加入明顯提高 了硫化膠的彈性模量和小形變下的定伸應(yīng)（通常采用10%定伸應(yīng)力TS10來表征硫化膠的模 量和抵抗變形的能力采用25%定伸應(yīng)力TS25以及界面滑脫應(yīng)力TSy來表征短纖維對基質(zhì)橡 膠的增強(qiáng)能力對于表面粘合水平不高的短纖（比如CPAF短纖維所填充的EPDM硫化 膠拉伸過程中很快發(fā)生類似于塑料拉伸屈服現(xiàn)象，即

14、應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，此后經(jīng)過一段 屈服拉伸過程，硫化膠發(fā)生斷裂或者拉伸應(yīng)力繼續(xù)提高后，再發(fā)生斷裂，此時的拉伸斷裂強(qiáng) 度有可能還高于屈服應(yīng)力 TSy，所以我們評價短纖維對橡膠增強(qiáng)性能一般考察拉伸屈服前的 這一段應(yīng)力-應(yīng)變性能。圖3 顯顯示了不不同用量量的HPAAF短纖維維增強(qiáng) EPDDM 硫硫化膠拉拉伸應(yīng)力力應(yīng)變曲曲線，從從圖4 顯示 的拉伸伸應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變特性性數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)現(xiàn)隨著纖纖維用量量增加硫化膠膠的TS110TS225和TSy等增強(qiáng)強(qiáng)性能 指標(biāo)逐逐步提高高，拉伸伸應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變曲線線的屈服服現(xiàn)象越來越越明顯，屈屈服伸長長率相應(yīng)應(yīng)逐漸降降低，研研究 結(jié)果表表明相對界界面滑脫脫能RISSE的數(shù)值值確基

15、本本保持不不變這也說說明了 RISSE數(shù)值僅僅僅跟纖纖維 表面粘粘合狀況況和采用用的橡膠膠配方有有關(guān)，可可能跟纖維用用量、纖纖維取向向程度和和取向角角度、纖纖維長 度等不不影響纖纖維表面面特性的的因素關(guān)關(guān)系不大大。圖3 不不同用量量的高粘粘合HPAAF增強(qiáng)EPDDM硫化膠膠MD 的拉伸伸應(yīng)力-應(yīng)變曲曲線2. 預(yù)處處理間位位芳綸短短切纖維維增強(qiáng)EEPDMM硫化膠膠的性能能研究圖4不不同表面面粘合水水平的 MAFF短纖維維增強(qiáng) EPDDM硫化膠膠的應(yīng)力力-應(yīng)變曲曲線圖（1#-未未處理 MAFF,2#-A-MAFF，3#-B-MMAF，4#-C-MMAF） 目前在在國內(nèi)外外市場上上還沒有有經(jīng)過預(yù)預(yù)處

16、理的的間位芳芳綸13313短短纖維產(chǎn)產(chǎn)品（MMAF），弘弘宇公司司自主研發(fā)出出了浸漬漬預(yù)處理理的芳綸綸113短纖維維產(chǎn)品，芳芳綸 313纖維與與尼龍和和聚酯纖纖維相比比， 物理性性能方面面有很多多的優(yōu)勢勢，尤其其是耐熱熱性能和高溫溫下的模模量和強(qiáng)強(qiáng)度保持持率很高高，所以以盡管 與對位位芳綸114144相比，其強(qiáng)度度和模量量要差些些，但是是該預(yù)處處理間位位芳綸短短纖維產(chǎn)產(chǎn)品仍然然具有很很 大的應(yīng)應(yīng)用潛力力。從圖4 顯示的4種不同表面粘粘合水平平預(yù)處理理的間位位芳綸 13113 短纖維增強(qiáng)EMPPDM 硫化膠膠 MD方向的的拉伸應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變特性可可以看出出，未處處理AF113133增強(qiáng)EPDDM硫

17、化膠膠的拉伸伸滑脫應(yīng)應(yīng)力只 有5.11MPaa 左右右，滑脫脫伸長率率在20%左右，相對界界面滑脫脫能 RISSE數(shù)值僅僅僅為 0.551；三種不同同 粘合處處理方法法（A 法，B 法，C 法）進(jìn)進(jìn)行浸漬漬預(yù)處理理得到的的三種短短纖維樣樣品所增增強(qiáng)的 EPDDM 硫硫化膠的的拉伸力力學(xué)性能能明顯提提高，其其RISSE 數(shù)值分別別為1.003、1.996、2.885，可可以看出，通通過科 學(xué)的浸浸漬粘合合預(yù)處理理工藝，能能夠生產(chǎn)產(chǎn)出表面面粘合性能能優(yōu)異的的預(yù)處理理間位芳芳綸短纖纖維產(chǎn)品品，這 是因為為間位芳芳綸 13113 纖維本本身分子子結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)，相相對于對對位芳綸綸 14114 來講，進(jìn)

18、進(jìn)行增粘粘預(yù)處 理相對對來說容容易得多多。表 1110phhr 用量的不同品種種短纖維維增強(qiáng) EPDM 硫化膠膠的硬度度、撕裂強(qiáng)強(qiáng)度和拉拉伸應(yīng)力力應(yīng)變特特性等性性能數(shù)據(jù)據(jù)項目預(yù)處理短纖纖維種類類（纖維維長度 1 毫米）不加短纖維維的EPDM 母膠HPAFF/EPDM硫化膠HMAF /EPDM硫化膠尼龍 FFN66/EPDM硫化膠邵爾A 硬度/度60817676撕裂強(qiáng)度/(kN.m-)35424640TSy（MMPa）/10.0 8.28.7y/20%50%50%RSE/1.00 2.05 2.18 0298ssress, Ma65443pr0r F0r F0r 6, D3211005050n,

19、%圖5110phhr 用量HPAAF,HHMAFF,FNN66 三種短短纖維增強(qiáng)EPPDM 硫化膠膠MD 向的拉拉伸應(yīng)力力-應(yīng)變曲曲線圖5顯示了了10pphr用量的三種種短纖維維（對位位芳綸HHAF，間位芳綸HMAF和高活活性尼龍龍F(tuán)N66增強(qiáng)的的EPDDM硫化化膠拉伸伸應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變曲線線，表11列出了了具體的的拉伸力力學(xué)性能能數(shù)據(jù)和和硫化膠膠 硬度及及直角撕撕裂強(qiáng)度度性能數(shù)數(shù)據(jù)，可可以看出出，不同品種種的高粘粘合活性性處理的的短切纖纖維對三三元乙 丙橡膠膠的增強(qiáng)強(qiáng)性能差差別較大大；根據(jù)據(jù)我們以以前對預(yù)預(yù)處理尼尼龍66短纖維維增強(qiáng)三三元乙丙丙橡膠的的研究 結(jié)果，高高活性尼尼龍66短纖維維具有很很好的表表面粘合合活性，尼