一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料的制备方法，属于复合材料领域。
【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯纤维是自上个世纪80年代发展起来的一种高性能纤维，工业化生产采用凝胶纺丝超倍拉伸技术，是凝胶纺丝技术中的代表产品。传统的交联方法是辐射交联和热化学交联，但是这2种交联方法都会使纤维的力学性能受到损伤，高能辐射使纤维的分子链断裂，并且纤维强度随辐射剂量的增加而下降。热化学交联是在高温下通过引发剂的热分解产生交联，这会使已经高度取向的大分子链产生不同程度的松弛，同样会对纤维的强度和模量产生不利影响。由于超高分子质量聚乙烯纤维化学性质不活泼，表面能低，表面缺乏极性基团，而且是高度对称的亚甲基结构，因此纤维具有很高的结晶度和取向度。这一方面虽然保证其具有较高的力学强度，但另一方面也造成纤维表面的化学惰性，因此与树脂基体制成复合材料后，界面结合力较差。为改善其界面结合性能开展了大量的研究工作。
[0003]许多通用橡胶拉伸性能与耐压缩性能较差，而在潮湿条件下，橡胶的撕裂性能、挺性、抗刺穿性能尤其差。这些性能可以通过加入适量聚合物短纤维来改善，目
前工业上能够用作橡胶配合的纤维包括高性能的芳纶、碳纤维与性能较为普通的剑麻纤维、棉纤维等等，使用领域包扩高度专业化的领域如密封圈、摩擦产品、汽车胶管、火箭衬里等。这些纤维的共同特征是拥有相对较好的机械性能与耐热性能，与弹性体材料进行复合后在静态或动态条件下都有较好的相互作用。超高分子量聚乙烯纤维具有优异的物理机械性能，是与碳纤维、芳纶纤维并列的世界三大高性能纤维之一，其主要特点就是密度小，强度高，模量高，耐腐蚀，抗冲击，在国防建筑医疗航空航天都拥有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对聚乙烯纤维不耐高温，表面加工困难，不易染色，不易与其他材料粘接，耐蠕变性能差，通用橡胶拉伸性能与耐压缩性能较差，而在潮湿条件下，橡胶的撕裂性能、抗刺穿性能差的问题，提供了一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料的制备方法，本发明用超高分子量聚乙烯纤维制得聚乙烯纤维半稀溶液，将其放入等离子发生装置中进行表面改性得改性聚乙烯纤维半稀溶液，将其和硅酸乙酯和无水乙醇等制得二氧化硅溶胶混合，得聚乙烯纤维二氧化硅混合液，取天然橡胶加入氧化锌、硬脂酸切刀后将聚乙烯纤维二氧化硅混合液倒入，再加入促进剂等进行混炼、烘干、粉碎得一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料，本发明利用橡胶的柔性高、高弹性和纤维刚性比较强的特点，将二者的特性有效地结合在一起，复合材料的性能优于传统的橡胶制品，不仅耐高温，而且拉伸、耐压缩性能好。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: (1)称取200?300g超高分子量聚乙烯纤维放入2L烧杯中，加入500?600mL煤油，放置在磁力搅拌机上，以400?500r/min的转速搅拌至聚乙烯纤维完全溶解，制得聚乙烯纤维半稀溶液；
(2 )将聚乙烯半稀溶液放入等离子发生装置中，启动装置，使其处于等离子氛围中，进行表面改性5?lOmin，处理功率为1000?1500W，改性结束后取出于30?40°C下静置2?3h，得改性聚乙烯纤维半稀溶液；
(3)量取15?20mL硅酸乙酯和10?15mL无水乙醇倒入200mL烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，之后放置在磁力搅拌机上，设置转速为200?300r/min，边搅拌边按顺序缓慢滴加10?15mL质量浓度为80%的乙醇溶液、15?20mL去离子水和1?2mL质量浓度为30%的盐酸溶液，继续搅拌30?40min得到二氧化娃溶胶；
(4)量取400?500mL改性聚乙烯纤维半稀溶液倒入1L烧杯中，放置在磁力搅拌机上以500?600r/min的转速进行搅拌，边搅拌边将20?30mL 二氧化硅溶胶逐滴滴入烧杯中，控制滴加速度在20?30min内滴加完毕，之后得到聚乙烯纤维二氧化硅混合液；
(5)称取50?100g天然橡胶倒入双辊筒开炼机中，先以5°C/min的速率升温至120?150°C，保温10?15min后，加入3?5g氧化锌粉末、1?3g硬脂酸，用40?45_直径的割刀切割5?8次，再将200?300mL聚乙烯纤维二氧化硅混合液倒入，割刀吃料后，再加入1?2g乙烯硫脲促进剂，混炼10?15min后，继续加入1?2g 二硫代氨基甲酸钠，调整棍距为2?4mm，升温至150?160°C混炼20?30min后，移入烘箱在105?110°C下干燥，经气流粉碎机粉碎后过40?50目标准筛即得一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料。
[0006]本发明的应用方法:将本发明制备耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料应用在轮胎、胶管、胶带、胶鞋等橡胶制品上，与普通的橡胶材料相比，在65kg/cm2的伸长负荷作用下，经20?24h后，复合材料的蠕变为原始尺寸的4.5?5%，普通橡胶仅为原始尺寸的0.5?
0.7%，而且其耐温性也比普通橡胶高出10?20°C。
[0007]本发明的有益效果是:
(1)本发明利用橡胶的柔性高、高弹性和纤维刚性比较强的特点，将二者的特性有效地结合在一起，复合材料的性能优于传统的橡胶制品；
(2 )本发明制备出复合材料不仅耐高温，而且拉伸、耐压缩性能好。
【具体实施方式】
[0008]首先称取200?300g超高分子量聚乙烯纤维放入2L烧杯中，加入500?600mL煤油，放置在磁力搅拌机上，以400?500r/min的转速搅拌至聚乙烯纤维完全溶解，制得聚乙烯纤维半稀溶液；将聚乙烯半稀溶液放入等离子发生装置中，启动装置，使其处于等离子氛围中，进行表面改性5?lOmin，处理功率为1000?1500W，改性结束后取出于30?40°C下静置2?3h，得改性聚乙烯纤维半稀溶液；量取15?20mL硅酸乙酯和10?15mL无水乙醇倒入200mL烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，之后放置在磁力搅拌机上，设置转速为200?300r/min，边搅拌边按顺序缓慢滴加10?15mL质量浓度为80%的乙醇溶液、15?20mL去离子水和1?2mL质量浓度为30%的盐酸溶液，继续搅拌30?40min得到二氧化硅溶胶；量取400?500mL改性聚乙烯纤维半稀溶液倒入1L烧杯中，放置在磁力搅拌机上以500?600r/min的转速进行搅拌，边搅拌边将20?30mL 二氧化硅溶胶逐滴滴入烧杯中，控制滴加速度在20?30min内滴加完毕，之后得到聚乙烯纤维二氧化硅混合液；称取50?100g天然橡胶倒入双辊筒开炼机中，先以5°C /min的速率升温至120?150°C，保温10?15min后，加入3?5g氧化锌粉末、1?3g硬脂酸，用40?45mm直径的割刀切割5?8次，再将200?300mL聚乙烯纤维二氧化硅混合液倒入，割刀吃料后，再加入1?2g乙烯硫脲促进剂，混炼10?15min后，继续加入1?2g 二硫代氨基甲酸钠，调整辊距为2?4mm，升温至150?160°C混炼20?30min后，移入烘箱在105?110°C下干燥，经气流粉碎机粉碎后过40?50目标准筛即得一种耐高温聚乙烯纤维橡胶复合材料。
[0009]实例1
首先称取200g超高分子量聚乙烯纤维放入2L烧杯中，加入500mL煤油，放置在磁力搅拌机上，以400r/min的转速搅拌至聚乙烯纤维完全溶解，制得聚乙烯纤维半稀溶液；将聚乙烯半稀溶液放入等离子发生装置中，启动装置，使其处于等离子氛围中，进行表面改性5min，处理功率为1000W，改性结束后取出于30°C下静置2h，得改性聚乙烯纤维半稀溶液；量取15mL硅酸乙酯和10mL无水乙醇倒入200mL烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，之后放置在磁力搅拌机上，设置转速为200r/min，边搅拌边按顺序缓慢滴加10mL质量浓度为80%的乙醇溶液、15mL去离子水和lmL质量浓度为30%的盐酸溶液，继续搅拌30min得到二氧化硅溶胶；量取400mL改性聚乙