高性能纤维和橡胶界面粘合性能及其评价方法的研究

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Technora纤维是一种在合成过程中引入第三单体的高强度对位芳纶,具有强度高、模量大、断裂伸长率大、耐高温等特点。为了提高Technora纤维和橡胶基体的界面粘合能力,将其应用于子午线航空轮胎带束层中,需要对Technora纤维进行表面处理、改性。间苯二酚(R)-甲醛(F)-胶乳(L)浸渍体系是一种对纤维进行涂覆处理的方法,用于提升纤维和基体材料的粘合性能。本研究采用RFL二浴浸胶体系、RFL填料增强体系和羟基丙烯酸氨基树脂环保浸胶体系等纤维表面改性方法,对Technora纤维进行处理,并研究了Technora纤维在这些处理方法下,不同反应条件中,和NR/SBR橡胶基体的粘合性能,探究不同处理方法的最佳反应条件。RFL可以明显提升Technora纤维和NR/SBR橡胶之间的粘合性能。当R/F摩尔比为1/1.8,间甲树脂和VP胶乳的质量比为0.17,浸胶液PH值在9-10之间,RFL对Technora纤维和NR/SBR橡胶之间的粘合性能提升最大,抽出力为182.0N,剥离力为19.1N,老化保持率为83%,动态疲劳次数为12633。通过FTIR、XPS、TGA和SEM等表征手段,验证了间苯二酚和甲醛反应生成了含有羟甲基的树脂结构,RFL在纤维表面形成了稳定的浸胶层,Technora纤维和NR/SBR橡胶界面破坏发生在橡胶基体内部。使用多壁碳纳米管(CNT)可对RFL进行填料增强,进一步提升Technora纤维和NR/SBR橡胶之间的粘合性能。每100g RFL中加入0.03g十二烷基硫磺酸钠(SDS)和0.03g GTCO-210 CNT可得到最佳CNT增强RFL浸渍液,相比于RFL,抽出力达到了233.0N,提升了28%,剥离力提升了20%,动态粘合性能提高了1.68倍。预缩合RF-L浸渍液和传统RFL对Technora纤维和NR/SBR橡胶之间的界面粘合性能提升效果基本相当。异氰酸酯(CBI)对Technora纤维和橡胶界面粘合性能有所提升,而水性环氧树脂提升不明显。使用羟基丙烯酸-氨基树脂-胶乳浸胶液(HAAL)对Technora纤维进行浸胶处理,当羟基丙烯酸树脂和氨基树脂质量比为3,羟丙氨树脂和胶乳质量比为0.5时,HAAL性能表现最好,抽出力为165.4N,达到了RFL的90%。CNT增强预聚合RF-L抽出力提升了5.6%,达到了RFL的106%,CNT增强HAAL抽出力提升了6.7%,达到了RFL的97%。通过FTIR表征,验证了HAA树脂合成反应为醚交换,证明了HAAL能够在纤维表面形成稳定的浸胶层。在Technora纤维中加入PA66形成Technora-PA66混纺纤维,并通过结构设计使纤维的断裂伸长率达到了9.9%。当R/F摩尔比为1/1.8,间甲树脂和VP胶乳的质量比为0.17,浸胶液PH值为10,制备得到的RFL对Technora-PA66纤维和NR/SBR橡胶之间的粘合性能提升最大,抽出力为249.6N,剥离力为35.2N,老化保持率为80%,动态疲劳次数为34420。在橡胶基体材料中加入防老剂和填料,老化保持率可提升至95%。通过XPS、TGA和SEM等表征手段,证明RFL在纤维表面形成了稳定的浸胶层,Technora-PA66纤维和NR/SBR橡胶界面破坏发生在橡胶基体内部。
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