芳綸纖維因表面缺乏活性基團而與基體之間的黏合性能很差,一般用于處理芳綸纖維表面的方法為一浴處理(環(huán)氧預(yù)處理)和二浴處理(RFL浸漬處理)。本文通過改變一浴溶液、二浴溶液的配方以及引入三浴溶液處理芳綸纖維表面,來達到提高芳綸纖維與橡膠之間黏合性能的目的。研究了古馬隆樹脂、聚硫橡膠、酚醛樹脂PN760、氯丁橡膠(CR)等黏合助劑和白炭黑、碳納米管(CNTs)等納米填料對芳綸纖維與天然橡膠及氯丁橡膠之間黏合性能的影響,并研究了芳綸纖維與橡膠的黏合界面。結(jié)果表明,向一浴溶液中加入古馬隆樹脂、聚硫橡膠、氯化天然橡膠/丁腈橡膠等黏合助劑處理芳綸纖維后,芳綸纖維與天然橡膠之間的黏合性能顯著增強。在較小的范圍內(nèi)改變一浴溶液中古馬隆樹脂的含量時,抽出力基本上沒有發(fā)生變化,而在較大范圍內(nèi)改變一浴溶液中聚硫橡膠的含量時,抽出力隨聚硫橡膠含量的增加而提高。向二浴溶液中加入氣相法白炭黑后,芳綸纖維與天然橡膠之間的抽出力顯著提高,并且抽出力的提高幅度隨著氣相法白炭黑含量的增加而增加。以酚醛樹脂PN760作為三浴溶液的溶質(zhì),使用這種三浴溶液涂覆經(jīng)過二浴處理后的芳綸纖維表面后,芳綸纖維與天然橡膠的抽出力顯著提高,并且抽出力的提高幅度隨著三浴溶液中酚醛樹脂PN760含量的增加而增加。使用掃描電子顯微鏡(SEM)及其附帶的元素分析儀(EDX)觀察表面處理前后芳綸纖維的表面形態(tài)和表面元素。經(jīng)過二浴處理后,芳綸纖維的集束性進一步提高,單絲之間緊密地結(jié)合在一起,并且在表面上形成溝槽。對使用含有酚醛樹脂PN760的三浴溶液或含有氣相法白炭黑的二浴溶液處理的芳綸纖維與天然橡膠的黏合界面上的元素分布進行分析,可以觀察到黏合界面上的S、Zn元素含量升高。因此,芳綸纖維與天然橡膠之間的黏合機理可以概括為由黏合助劑或納米填料組成的涂層液促進基體橡膠中的橡膠分子連、硫化劑、促進劑、活性劑等向黏合界面層擴散時,與纖維表面上的膠乳相發(fā)生共硫化或?qū)︷ず辖缑孢M行了補強,在纖維與基體之間形成一定的模量梯度,以物理或化學(xué)的方式將纖維與基體連接在一起。在研究芳綸纖維與氯丁橡膠之間的黏合性能時,使用氯丁膠乳代替丁吡膠乳后,芳綸纖維與氯丁橡膠的黏合性能大幅提高。以不同牌號的氯丁橡膠(CR)制備單組份三浴溶液并在二浴溶液后處理芳綸纖維表面,纖維與基體的黏合性能都有所提高,而結(jié)晶速率較低、門尼黏度低的CR2321可以更有效地提高黏合性能。以牌號為CR2321和不同的黏合助劑制備的三浴溶液處理芳綸纖維后,黏合性能有所提高,其中CR/PN760體系使黏合性能提高的幅度最大。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ342.72;TG497
【部分圖文】：

圖 1-2 RFL 浸漬層的形態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-2 Scheme of morphology of RFL dipping layer. 浸漬液是一種由間苯二酚-甲醛（RF）預(yù)縮合樹脂和膠乳（L）在水形成的黏合劑，它可以在纖維與橡膠之間形成界面來傳遞應(yīng)力。R勢在于其中的間苯二酚-甲醛（RF）預(yù)縮合樹脂可以與經(jīng)過表面預(yù)生反應(yīng)，另一方面其中的膠乳成分可以與基體橡膠發(fā)生共硫化。樹脂是一種由間苯二酚與甲醛在酸性條件下制備的酚醛預(yù)縮合樹脂下可快速溶解于水溶液中，并且在與膠乳相混合時不會導(dǎo)致膠乳發(fā)備 RF 樹脂時，控制間苯二酚與甲醛的比例極其重要，體系中高濃高羥甲基形成的速率[83]。研究表明，當(dāng)間苯二酚與甲醛的比例在 1合反應(yīng)所形成的羥甲基更為完整，并且在后續(xù)制備的 RFL 黏合劑中醛=2:1 左右可使黏合性能最好[84,85]。FL 黏合劑中，RF 樹脂與膠乳的比例是影響?zhàn)ず闲阅艿牧硪粋€因素劑中 RF 樹脂的質(zhì)量分數(shù)較低時，即 0%~25%，合成纖維與橡膠基性能會隨著 RF 樹脂含量的增加而提高。如果 RFL 黏合劑中 RF 樹，則會降低 RFL 黏合劑與纖維之間的相互作用。但是，RFL 黏合劑

可以看到纖維表面粘附的橡膠很少，僅在兩股纖維的交叉處粘附有較大尺寸的橡膠；圖2-6（f）為 T 抽出測試后三浴處理的芳綸纖維表面，纖維表面上粘附了大量的橡膠，并且橡膠的尺寸較大，纖維表面的溝槽幾乎被天然橡膠填滿。這說明使用含有酚醛樹脂 PN760 的三浴溶液涂覆芳綸纖維表面后，在硫化黏合時，天然橡膠向纖維表面發(fā)生了擴散，并且在黏合界面上與纖維表面形成了化學(xué)鍵。圖 2-6 硫化黏合前后芳綸纖維表面的掃描電鏡照片：（a）未經(jīng)處理的芳綸纖維表面；（b）原始二浴處理后的芳綸纖維表面；（c）三浴處理后的芳綸纖維表面；（d）T 抽出測試后未經(jīng)處理的芳綸纖維表面；（e）T 抽出測試后二浴處理的芳綸纖維表面；（f）T 抽出測試后三浴處理的芳綸纖維表面Figure 2-6 SEM images of aramid fiber surfaces before and afteradhesion:(a) untreated aramid fiber surface;(b) aramid fiber surface aftersecond-bathing treatment;(c) aramid fiber surface after third-bathingtreatment;(d) untreated aramid fiber surface after T pull-out testing; (e)armiad fiber surface with second-bathing treatment after T pull-out testing;(f) aramid fiber surface with third-bathing treatment after T pull-outtesting.然后使用掃描電鏡附帶的能譜分析儀（SEM-EDX）分析抽出測試后芳綸纖維表面的元素種類及含量，結(jié)果如表 2-8 所示。從表 2-8 中的數(shù)據(jù)可以看到，使用不同含量酚醛樹脂 PN760 的三浴溶液處理芳綸纖維后，芳綸纖維表面的 S、Zn等元素的含量顯著提升，說明在硫化與黏合的過程中，天然橡膠向芳綸纖維表面

圖 3-6 硫化黏合前后芳綸纖維表面的掃描電鏡照片：（a）未經(jīng)處理的芳綸纖維表面；（b）原始二浴處理后的芳綸纖維表面；（c）含 2.0%氣相法白炭黑的二浴溶液處理的芳綸纖維表面；（d）T 抽出測試后未經(jīng)處理的芳綸纖維表面；（e）T 抽出測試后原始二浴處理的芳綸纖維表面；（f）T 抽出測試后含有氣相法白炭黑的二浴處理的芳綸纖維表面Figure 3-6 SEM images of aramid fibers surface before and afteradhesion:(a) untreated aramid fiber surface;(b) aramid fiber surface aftersecond-bathing treatment; (c) aramid fiber surface after being treated bysecond-bathing solution with 2.0wt% fumed silica; (d) untreated aramidfiber surface after T pull-out testing; (e) aramid fiber surface with originalsecond-bathing treatment after T pull-out testing; (f) aramid fiber surfacewith second-bathing treatment containing fumed silica after T pull-outtesting.表 3-8 T 抽出測試后芳綸纖維表面元素分析Table 3-8 Elemental analysis of aramid fibers after T pull-outtesting元素含量（wt%） C O S Zn

【參考文獻】

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本文編號：2811607