文档介绍：中国化工学会(IESC)2006 年年会 302
芳纶浆粕纤维增强 EPDM 复合材料结构与性能的研究
吴卫东 1 钦焕宇 2 田明 1 周彦豪 3 张立群 1
((CAEM),北京化工大学, 100029)
(,黑龙江富锦市,156100)
(,广东省广州市,510090)
摘要:讨论了具有独特微/纳米纤维结构的芳纶浆粕纤维增强三元乙丙橡胶复合材料的微观结构与宏观性能的关
系,通过研究芳纶浆粕纤维用量、芳纶浆粕品种和结构等因素对复合材料常温和高温拉伸力学性能、DMTA 动态力
学性能、RPA 加工性能以及复合材料微观结构形态的影响,探讨了新型芳纶浆粕微/纳米纤维对三元乙丙橡胶增强
的机理及应用规律。研究了具有独特纳米短纤维结构的纤维状硅酸盐(FS)作为补强填料,对芳纶浆粕纤维增强
EPDM 复合材料力学性能的影响规律,同时与纳米粒子填料-白炭黑进行了对比研究。此外,还对比研究了尼龙短
切纤维与芳纶浆粕纤维对 EPDM 基质的高温增强性能。
关键词:芳纶浆粕,短纤维,复合材料,增强性能,高温力学性能
一、前言
关于纤维素、尼龙、聚酯、芳纶等纤维直径在 10 微米以上的传统有机短纤维增强橡胶复合材料结
构与性能的研究,国外工作者们自 1970 年以来就进行了大量的研究[1~4],北京化工大学先进弹性体材
料研究中心自从 1986 年以来对尼龙、聚酯、维尼纶、纤维素等各种有机短纤维增强橡胶复合材料的结
构、性能及其应用进行了大量的研究[5~9],为了改善传统有机短纤维增强 SFRC 材料性能上的某些不足,
比如:加工粘度高,制品表观差,动态力学性能较差,耐高温性差等,北京化工大学先进弹性体材料研
究中心进行了新型超细芳纶浆粕短纤维[10~12]和新型纤维状硅酸盐纳米短纤维[13~14]增强弹性体复合材料
的研究,在短纤维结构解离分散技术方面取得了很大进展,对这些新型短纤维增强弹性体的机理进行了
深入的研究。
三元乙丙橡胶(EPDM)是一种耐热性耐老化性良好的橡胶品种,目前国内汽车传动带大都采用氯
丁橡胶(CR),但随着国内汽车工业的迅猛发展,汽车用传动带的长期工作温度一般会在 100℃左右,
因此,国外已经基本上采用耐热耐老化性更好的三元乙丙橡胶来取代氯丁橡胶作为汽车用传动带的基质
橡胶品种。而目前国内短纤维增强橡胶复合材料的主要应用领域就是传动带,因此,研究具有独特超短
超细纤维结构、耐高温的芳纶浆粕纤维对三元乙丙橡胶的增强性能,并将芳纶浆粕纤维应用于 EPDM
基传动带,具有迫切的现实意义。
EPDM 是一种非极性橡胶,我们对芳纶浆粕纤维增强 CR、HNBR 极性橡胶基质的试验研究结果表
明[10~12],通过适当的芳纶浆粕纤维表面预分散处理技术,可以使芳纶浆粕超细纤维均匀分散在极性的
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中国化工学会(IESC)2006 年年会 303
CR 或 HNBR 基质橡胶中,芳纶浆粕纤维具有非常高的常温和高温模量增强效率,并能提高复合材料的
高温拉伸强度。实际上,研究芳纶浆粕纤维对 EPDM 基质的高温力学性能更有实际应用意义,同时,
极性的芳纶浆粕超细纤维是否能在非极性的 EPDM 基质中良好分散并保持良好伸展状态,是否还能具
有很高的高温增强效率,也是令人非常关注的研究内容。
在本论文试验中,我们还特别研究了具有独特纳米短纤维结构的纤维状硅酸盐(FS)作为补强填
料,对芳纶浆粕纤维增强 EPDM 复合材料力学性能的影响规律,同时与纳米粒子填料-白炭黑进行了
对比研究;此外,还对比研究了尼龙短切纤维与芳纶浆粕纤维对 EPDM 基质的高温增强性能。
二、试验部分
芳纶浆粕纤维:芳纶浆粕纤维以HAP型芳纶浆粕预分散体的形式加入,HAP芳纶浆粕预分散体是以未处
理的芳纶浆粕产品为基础,按照本论文提出的润滑渗透隔离预处理方法制备而成,预分散体中芳纶浆粕
%。未处理芳纶浆粕四个品种技术指标如下:
EJ-201的比表面积约 14 m2/g,EJ-101的比表面积为7 m2/g,主干纤维长度均为1mm,上海依极科技有限
公司生产,芳纶浆粕预分散体分别表示为HAP201和HAP101;未处理的芳纶浆粕分别表示为AP201和
AP101。
Twaron-3091的比表面积约 11 m2/g,Twaron-1095的比表面积约 7 m2/g,主干纤维长度约1mm,荷兰
Teijin Twaron公司生产,芳纶浆粕