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废旧轮胎短纤维改性及其增强橡胶复合材料的应用研究

邱贤亮  
【摘要】:短纤维-橡胶复合材料(SFRC)具有高模量、高抗刺扎性、高撕裂强度、高尺寸稳定性、抗蠕变等特点,广泛使用于胶管、V型胶带等制品中。 废旧轮胎回收产生大量的废旧短纤维(SWF)。近年来,提高SWF的附加值利用受到人们的重视。其中,用于增强SFRC的原型利用无疑是最好的方法。三元乙丙橡胶(EPDM)具有优良的耐热和耐臭氧性能,短纤维/EPDM复合材料广泛用来制备耐热胶带等制品。SWF应用于SFRC,需要解决SWF在SFRC中的分散、界面粘合等问题。 本论文先对SWF的形貌、结构和成分进行分析表征,在以往有关研究基础上,尝试新型的预处理工艺,选用环保的腰果壳油(CNSL)和羧基丁苯胶乳(XSBR)对SWF进行预处理改性,探讨了SWF的改性机理及其增强EPDM的效果,并与商业预处理尼龙短纤维(DN66)进行了对比试验;通过原位增容的方法,研究了RC(一种三聚氰胺初缩体为母体的有机化合物)、60NSF(脂肪烃树脂为主要成分的混合物)和TKM-80(烷基酚与甲醛缩合而得的热塑性树脂)三种具有增容和粘合作用的相容剂用量对SWF与EPDM基体界面粘合性能以及对SFRC力学性能的影响;利用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)等分析测试手段,研究了改性SWF增强和原位增容方法与SWF/EPDM复合材料结构、性能之间的相互关系。研究结果表明: (1)通过对SWF形貌、结构和成分研究分析发现,SWF主要成分为尼龙6短纤维和尼龙66短纤维,纤维表面有一定的粗糙程度,部分SWF附有少量的废旧轮胎胶粉;SWF长度主要分布在3-4mm之间,直径在30-34gm之间,长径比为90-130。 (2)短纤维用量在0-20.0phr范围内,随着短纤维用量的增加,SFRC的拉伸强度和拉断伸长率呈下降趋势,硬度和撕裂强度不断增加;与加入未处理SWF相比,SWF经CNSL预处理后填充增强SFRC的混炼胶的加工性能和综合力学性能提高,其中经6.0wt%CNSL预处理的SWF补强效果较佳;CNSL浓度在0-9.wt%范围内,随着SWF预处理剂CNSL浓度的增加,SWF/EPDM复合材料的耐热空气老化性能增加。 (3)采用CNSL与XSBR并用对SWF进行预处理,当CNSL浓度为3.0wt%时,XSBR浓度在3.0wt%-6.0wt%范围内,随着XSBR浓度的增加,SFRC的ML和MH均呈下降趋势,T10和T90变化不大;短纤维用量为0~20.0phr范围内,与添加未改性SWF的SFRC相比,SWF经CNSL/XSBR预处理后,SFRC的综合力学性能提高。 (4)在0-12.0phr用量范围下,随着相容剂RC、60NSF和TKM-80用量的增加,SFRC的硬度不断降低,100%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度均先增加后降低;与没加相容剂SFRC相比,加入相容剂后SFRC的综合力学性能和耐热老化性均有不同程度的改善,其中加入60NSF的SFRC具有较优的力学性能和耐热空气老化性能。 (5)在0-20.0phr用量范围内,随着未改性SWF、DN66和经3.0wt%CNSL/3.0wt%XSBR预处理SWF用量的增加,SFRC的硬度、100%定伸应力和撕裂强度逐渐增大,SFRC的拉伸强度和扯断伸长率呈现下降的趋势;与加入未处理SWF的SFRC相比,添加改性SWF的SFRC的的定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度均有不同程度的提高;在相同用量情况下,添加SWF-33的SFRC的综合力学性能与加入DN66的SFRC相当。 (6)SEM分析结果显示,未处理的SWF在SFRC中的分散性及其与基体的界面粘合性差;SWF经适量的CNSL或CNSL/XSBR预处理后,在SFRC中的分散性及其与基体的界面粘合性均有明显提高;加入相容剂RC、60NSF和TKM-80均可改善SWF与基体之间的界面相容性。


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