【摘要】：纖維骨架材料在橡膠制品中充當(dāng)著一個(gè)十分關(guān)鍵的角色,其與橡膠基體之間的界面粘合性能好壞直接關(guān)系到橡膠制品使用過程中的安全性和使用壽命。但是,由于纖維表面結(jié)晶度高,活性基團(tuán)較少,使得纖維與橡膠之間界面粘合性能較差。目前,工業(yè)上最常用的纖維表面改性的方法是間苯二酚-甲醛-膠乳(RFL)浸膠處理,但由于RFL浸膠體系中存在間苯二酚和甲醛等有毒成分,不能滿足現(xiàn)代纖維骨架材料增強(qiáng)橡膠制品綠色生產(chǎn)的要求。因此,本文旨在從傳統(tǒng)的RFL浸膠體系的粘合機(jī)理出發(fā),探究開發(fā)新型環(huán)保的綠色浸膠技術(shù),在滿足纖維/橡膠復(fù)合材料界面粘合性能要求的同時(shí),又要實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的要求,并對(duì)新型浸膠體系的粘合作用機(jī)理進(jìn)行探究。(1)基于RFL浸膠體系的粘合作用機(jī)理,設(shè)計(jì)開發(fā)了粘合劑M/促進(jìn)劑-丁吡膠乳浸膠體系和環(huán)氧樹脂/固化劑-丁吡膠乳浸膠體系,這兩種浸膠體系所使用的原材料都為無毒成分。本文以聚酯纖維帆布和尼龍簾線為研究對(duì)象,探究了組分比、膠乳固含量、促進(jìn)劑和固化劑種類、膠乳種類、熱固化處理?xiàng)l件、附膠量以及納米粒子增強(qiáng)浸膠層等因素對(duì)纖維與橡膠基體的粘合性能的影響。促進(jìn)劑A和B與粘合劑M之比分別為1:2和2:3時(shí),浸膠處理的聚酯帆布與橡膠之間的粘合性能最好,平均剝離強(qiáng)度分別達(dá)到了 17.2 N/mm和17.5 N/mm,剝離破壞后纖維表面覆膠率為100%,而且促進(jìn)劑B具有更好的促進(jìn)效果,該浸膠液處理的聚酯帆布在200℃下只需固化處理6 min;另外,利用該浸膠體系浸漬處理的尼龍簾線與橡膠之間的H抽出力達(dá)96.0 N,與RFL浸膠處理方法的粘合水平相當(dāng)(97.8 N),相比于促進(jìn)劑A,在B的促進(jìn)作用下,所需最佳固化溫度下降了 10 ℃左右。環(huán)氧樹脂/固化劑-丁吡膠乳浸膠體系中,環(huán)氧樹脂G與固化劑T和D之比分別為4:2和5:1時(shí),該浸膠體系浸漬處理的聚酯帆布與橡膠之間的粘合效果最佳,平均剝離強(qiáng)度分別達(dá)到17.4 N/mm和17.2 N/mm,剝離破壞后纖維表面覆膠率為100%。相比較而言,粘合劑M/促進(jìn)劑-丁吡膠乳浸膠體系浸漬處理的纖維與橡膠之間具有更好的粘合效果,該浸膠體系滿足橡膠工業(yè)中綠色浸膠的要求,具有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的前景。(2)基于所開發(fā)的新型環(huán)保浸膠處理技術(shù),對(duì)浸膠粘合作用機(jī)理做進(jìn)一步的探究,研究了浸膠體系中樹脂成分的固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、納米增強(qiáng)浸膠層、硫化助劑遷移機(jī)理等。浸膠體系中環(huán)氧樹脂G與其固化劑T之間的固化反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),固化反應(yīng)活化能為73.3 KJ/mol;由于硫化助劑的遷移,使得浸膠層中的硫元素含量是橡膠基體中的3～4倍。對(duì)粘合作用機(jī)理進(jìn)行探究,有助于新型浸膠體系的開發(fā)和優(yōu)化,在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用方面具有一定的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ330.387;TB332
【圖文】：

膠處理技術(shù)，該方法最先由美國杜邦公司于１９３８年所開發(fā)。人造絲、錦綸纖維逡逑表面含有大量的活性基團(tuán)，能與ＲＦＬ浸膠層中的酚醛樹脂等形成氫鍵和化學(xué)鍵逡逑結(jié)合，為纖維與橡膠之間提供良好的粘合性能。圖１－１給出了纖維與橡膠基體界逡逑面各層之間的相互作用方式。逡逑５逡逑

間大于１５邋ｍｉｎ時(shí)，改性芳綸纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度穩(wěn)定，甚至有逡逑小幅度下降，通過控制處理?xiàng)l件，可以獲得更好的處理效果，該實(shí)驗(yàn)中所使用的逡逑裝置設(shè)備如圖１－３所示。逡逑１０逡逑

接采用ＲＦＬ膠液浸潰處理即可獲得優(yōu)異的粘合性能。而對(duì)于聚酯纖維、芳綸纖逡逑維等表面化學(xué)惰性的纖維必須采用“二浴法”浸漬處理，芳綸纖維的二浴浸膠處逡逑理流程圖如圖１－４所示，即預(yù)先浸漬封閉的異氰酸酯及環(huán)氧涂層，再浸漬ＲＦＬ，逡逑高溫處理使間苯二酚－甲醛（ＲＦ）樹脂固化。在一定的溫度下，封閉異氰酸酯／逡逑環(huán)氧樹脂預(yù)浸液中水溶性環(huán)氧樹脂，可以與纖維表面發(fā)生相互作用，而且高溫解逡逑封的異氰酸酯活性很高，能參與環(huán)氧樹脂的固化以及與纖維表面活性基團(tuán)的化學(xué)逡逑結(jié)合，兩者具有協(xié)同效應(yīng)，另一方面，ＲＦ樹脂上功能基團(tuán)（酚羥基、羥甲基）逡逑能夠與纖維表面預(yù)處理層的極性基團(tuán)（環(huán)氧、異氰酸）形成氫鍵或化學(xué)鍵結(jié)合，逡逑同時(shí)粘合橡膠層中硫化助劑擴(kuò)散到ＲＦ樹脂交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中與其中的橡膠膠乳大逡逑分子形成共交聯(lián)，從而使得纖維與橡膠基體之間形成粘合過渡層，能夠大幅度地逡逑提高纖維與橡膠基體之間的粘合強(qiáng)度。逡逑１４逡逑

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