论文部分内容阅读
高性能纤维及复合材料是先进结构与复合材料领域的重点发展方向之一。随着国家大飞机工业的发展,纤维/橡胶复合材料应用于大飞机轮胎制造已成为亟需解决的课题。大飞机轮胎高速高压宽温域大变形的使用环境,更易造成纤维和橡胶的脱黏破坏,要求界面层应有更高的粘合强度。成熟的传统间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶体系也难以实现这样苛刻的应用要求,需对RFL体系进行增强改性。本课题选择硅酸盐纳米纤维—凹凸棒土(AT)对RFL体系进行改性,它易分解成纳米单晶,形状系数比高、模量高,且单晶表面存在大量羟基,易形成界面氢键结合。首先将AT经过氨基官能团硅烷(KH550)接枝改性减弱自聚效应后,再进行400W超声处理40mins,实现AT在浸胶液中的纳米分散,并采用SEM及TEM表征了 AT的分散状况。实验结果表明,AT在RFL溶液中基本以纳米棒晶形式均匀分散,AT改性的RFL浸渍液仍能均匀涂敷在纤维表面。AT纳米强化的RFL体系明显提高了原RFL处理的粘合水平,当加入胶乳固含量7.5wt%的AT时,尼龙66帘线/橡胶复合材料的H抽出力达到了 181.5N,相比于纯RFL(149.4N)提升了 21.5%;单根帘线剥离力达到了 31.5N,相比于纯RFL(26.5N)提高了 18.9%。而且通过SEM观察发现抽出和剥离后的破坏是发生在橡胶层而非界面层,说明AT强化的RFL浸胶层粘合强度是理想的。向RFL中添加纳米分散的AT可以对浸胶层进行补强并改善应力分布,增加浸胶层的交联密度以承受更高应力;从而增强界面应力传递效率,提高了纤维与橡胶基体之间的粘合性能。虽然RFL浸胶液浸渍处理效果优异且生产成本较低,但RFL中的间苯二酚和甲醛被国内外相关机构列为致癌物质,对身体健康和生产环境均有较大的危害,发展新型非RFL纤维环保表面浸渍处理技术迫在眉捷。对于近年来正在发展的各种环保浸胶体系,它们的粘合效果仍难以达到RFL的水平。本课题设计了由马来酸酐接枝的聚合物B(带有-MAH)和粘合剂I(带有-NCO)反应固化形成能够替代甲醛和间苯二酚的RF树脂网络结构的聚合物B-粘合剂I-VPL的环保体系。实验利用FTIR表征出体系的主要反应,利用DSC确定较佳的固化温度及固化时间后,通过调整体系B的固含量及-MAH与-NCO的摩尔比,得到了最佳配方:当B的固含量为2.5%,-MAH与-NCO的摩尔比为1:0.8时,H抽出力能够达到RFL的92.2%,帘线剥离力能够达到RFL的90.6%。用SEM观察浸胶处理效果,发现处理的帘线表面浸胶均匀。向该环保体系中加入适量纳米分散的AT进一步提高其处理的粘合水平,发现当加入胶乳固含量5wt%的AT时,尼龙66帘线/橡胶复合材料的H抽出力达到159.2N,比不加AT组(137.7N)提高了 15.6%,相比纯RFL也高出6.6%;单根帘线剥离力达到27.3N,比不加AT组(24.0N)提高了 13.7%,相比纯RFL也高出3.0%,最终达到了略优于RFL处理的粘合水平。