一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法及其在耐油胶管中的应用与流程

本技术涉及芳纶改性的，尤其涉及一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法及其在耐油胶管中的应用。

背景技术：

1、芳纶浆粕是由芳纶纤维高度原纤化得来的，主干纤维表面呈绒毛状，具有芳纶纤维优异的特性，如优良的热稳定性、化学稳定性、尺寸稳定性和韧性等，被广泛应用于增强、摩擦材料和密封材料等领域。

2、丁腈橡胶又称为丁二烯-丙烯腈橡胶，简称nbr。是耐油和耐老化性能比较好的橡胶，广泛用于制备各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。

3、芳纶浆粕母胶粒在改善橡胶材料的补强方面具有巨大潜力，又能够代替一部分具有污染性的填料(如炭黑)，目前利用偶联剂处理的无机粉体在高剪切作用下对芳纶浆粕进行隔离。虽然无机粉体对浆粕有一定的隔离作用，但是仅仅通过机械力作用很难使粉体均匀的分散在浆粕表面，而且长时间的高速搅拌造成浆粕自身的微纤相互缠结，达不到芳纶浆粕疏松并隔离微纤的目的。因此，需要开发一种新的芳纶浆粕母胶粒的制备方法，以解决浆粕自身的微纤相互缠结的问题。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法及在耐油胶管中的应用，通过对芳纶浆粕采用等离子体改性或者低温高能γ射线辐射改性，使得芳纶浆粕自身的微纤具有很好的亲水性，再通过在芳纶浆粕自身的微纤表面原位生长纳米二氧化硅，实现了芳纶浆粕的微纤充分隔离，以解决浆粕自身的微纤相互缠结的问题，使得芳纶浆粕疏松并隔离微纤；再利用偶联剂对隔离后的浆粕进一步修饰，最后通过密炼进一步提升芳纶浆粕的微纤隔离、分散性和相容性。再经挤出，造粒，得到芳纶浆粕母胶粒，将获得的芳纶浆粕母胶粒添加到制备耐油胶管的原料中，制备获得的耐油胶管具有优异的力学性能、耐磨性能和耐油性能。

2、第一方面，本技术提供一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法，采用如下技术方案：

3、一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将芳纶浆粕进行等离子体改性或者低温高能γ射线辐射改性，得到一次改性芳纶浆粕；

5、s2、按照质量份数，将15-20份反应前驱体，溶解到40-60份无水乙醇中制备成反应前驱体溶液备用；再将50份一次改性芳纶浆粕加入到20份纯净水中搅拌均匀，得到混合液a,随后将0.1-0.2份含有催化剂的溶液滴加到混合液a中，搅拌均匀，升温至50-60℃，缓慢加入制备好的反应前驱体溶液，搅拌反应2-3h，再静置10-15h，得到反应后的混合液b；

6、s3、随后向步骤s2反应后的混合b液中加入0.2-0.5份偶联剂，在25-40℃下搅拌3-5h，得到混合物；

7、s4、将步骤s3得到的混合物脱水，洗涤后，在温度80℃-100℃下进行真空干燥，再用2000-3000r/min的高速搅拌进行高速蓬松化处理2-4min，得二次改性芳纶浆粕；

8、s5、按照质量份数，在密炼机中，预先加入5-20份隔离剂、5-20份液体橡胶，混炼1-5min，之后加入50-70份得到的二次改性芳纶浆粕，混炼35-45min，最后加入20-50份丁腈橡胶，混炼10-20min，混炼成母胶，再挤出，造粒，得到芳纶浆粕母胶粒。

9、通过采用上述技术方案，在本技术的方法中，每个步骤都有其独特的作用，并且步骤之间也存在一定的协同作用，从而最终达到制备出具有隔离微纤、分散性和相容性优异的芳纶浆粕母胶粒的目的。在s1步骤中，芳纶浆粕通过等离子体改性或者低温高能γ射线辐射改性，增加芳纶浆粕的亲水性，使其更易于与反应前驱体的水解产物相结合，提高后续步骤中的相容性。在s2步骤中，通过反应前驱体的催化水解，在芳纶浆粕自身的微纤表面原位生长纳米二氧化硅，实现了芳纶浆粕的微纤充分隔离，以解决浆粕自身的微纤相互缠结的问题，使得芳纶浆粕疏松并隔离微纤。在s3步骤中，向反应后的混合液中加入偶联剂。偶联剂的引入有助于增加芳纶和基体之间的粘合，能进一步提高浆粕分散性和相容性，提升结合强度。通过在25-40℃下搅拌3-5小时，可以充分实现偶联剂与芳纶浆粕的反应。在s4步骤中，通过脱水、洗涤和真空干燥处理，可以将混合物中的溶剂和杂质去除，从而得到二次改性的芳纶浆粕。随后，利用高速搅拌机进行高速蓬松化处理，可以使芳纶浆粕疏松并增加其表面积，提高后续步骤中的分散性。在s5步骤中，将预先加入的隔离剂和液体橡胶与二次改性的芳纶浆粕一并加入密炼机中进行混炼。隔离剂的引入可以充分隔离芳纶浆粕中的微纤，再次防止其彼此缠结。液体橡胶的加入可以提高母胶的黏性和可塑性。丁腈橡胶的加入，在混炼过程中，通过机械力的作用，可以使各组分均匀混合，利用相似相容原理，形成具有良好相容性和分散性的母胶。最后，通过挤出和造粒工艺，得到芳纶浆粕母胶粒。这些母胶粒可以作为耐油胶管的原料，具有优秀的力学性能、耐油性能和耐磨性能。通过上述各步骤的作用及其协同作用，可以实现芳纶浆粕自身的微纤充分伸展、原位生长的纳米二氧化硅的良好隔离作用、偶联剂的修饰效果的提升，从而提高芳纶浆粕母胶粒的质量和性能。

10、优选的，在步骤s1中，所述芳纶浆粕为对位芳纶浆粕、间位芳纶浆粕中的一种，纤维平均长度为1-4mm，长径比为40-100。

11、通过采用上述技术方案，对纤维的长度和长径比进行调控，为后续调整芳纶浆粕的纤维隔离及充分伸展提供好的条件。

12、优选的，在步骤s1中，所述表面改性为等离子体改性、低温高能γ射线辐射改性中的一种。

13、优选的，所述等离子体改性的工艺条件为：当真空度到达2×10-2pa时，进行第一次等离子改性，通入高纯氨气，氨气流速800-1200sccm，离子源电源功率5-10kw，处理时间5-8分钟，然后再抽真空5分钟，再进行第二次等离子改性，通入高纯氧气，氧气流速800-1200sccm，离子源电源功率5-10kw，处理时间2-4分钟；所述低温高能γ射线辐射改性的工艺条件为在氧气氛围内用60co-γ进行辐照改性，辐照后吸收剂量为100-300kgy。

14、通过采用上述技术方案，在步骤s1中，采用等离子体改性或低温高能γ射线辐射改性的方法对芳纶浆粕进行表面改性。等离子体改性的工艺条件包括在真空条件下通入高纯氨气或氧气，在高功率下进行等离子体处理，而o2环境下会在芳纶浆粕中引入-cooh，除了改善浆粕表面纤维的亲水性，还能提升与纳米二氧化硅的结合力。低温高能γ射线辐射改性则是通过辐照芳纶浆粕，在辐照过程中引入自由基，改变纤维的结构和亲水性。这些改性方法的作用在于使得芳纶浆粕的微纤具有较好的亲水性，进而影响到后续步骤的反应过程和改性效果。等离子体处理后可以使纳米二氧化硅原位生长于微纤表面，提高微纤的隔离效果和增强效果，增加芳纶浆粕的疏松性，解决纤维之间的相互缠结问题。低温高能γ射线辐射改性可以改变纤维结构，并在纤维表面引入自由基反应，提升二氧化硅的原位生长。因此，这些改性方法在步骤s1中的作用及协同作用是通过改善芳纶浆粕的表面性质和结构，提高纤维的亲水性，使得后续步骤中各种改性效果更加显著。

15、优选的，在步骤s2中，所述应前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、丁基三甲氧基硅烷、四丁氧基硅烷中的至少一种。

16、优选的，在步骤s2中，所述含有催化剂的溶液中所述催化剂为精氨酸、尿素、三乙胺、赖氨酸中的至少一种，所述含有催化剂的溶液以超纯水作为溶剂，其质量百分比浓度为25-30％。

17、通过采用上述技术方案，在步骤s2中，反应前驱体的选择能够实现原位生长纳米二氧化硅，并对一次改性芳纶浆粕的微纤进行隔离和改性，从而解决纤维之间的缠结问题，提高芳纶浆粕的疏松性和隔离效果。催化剂的加入能够促进反应速率和控制反应时间，使得反应前驱体能够更好地参与反应，并实现更好的改性效果。乙醇作为催化剂的溶剂，能够提供适宜的反应环境和条件，有利于反应前驱体的分散和反应的进行。

18、优选的，在步骤s3中，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按照质量比为3:2-4:3-5的组合物。

19、通过采用上述技术方案，在步骤s3中，所述的偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，它们的质量比为3:2-4:3-5的组合物。这些偶联剂可以将没有生长芳纶浆粕的微纤上的纳米二氧化硅和芳纶浆粕的微纤有效连接起来，使得纳米二氧化硅更好地充当隔离材料，提高扩散隔离效果。此外，这些偶联剂还可以改善芳纶浆粕的分散性，防止微纤之间的相互缠结，进一步提高浆粕的疏松性和纤维隔离效果。通过对芳纶浆粕的微纤进行修饰和改性，可以有效提升芳纶浆粕母胶的性能，并在耐油胶管等应用中发挥出优异的力学性能、耐磨性能和耐油性能。

20、优选的，在步骤s5中，所述隔离剂为碳酸钙、滑石粉、硫酸钙中的一种或者多种。

21、优选的，在步骤s5中，所述液体橡胶为液体聚异戊二烯、液体聚异丁烯中的一种。

22、通过采用上述技术方案，在步骤s5中，所述的隔离剂包括碳酸钙、滑石粉、硫酸钙中的一种或者多种。这些隔离剂的作用是增加芳纶浆粕和液体橡胶之间的界面面积，减少它们之间的相互粘连，从而提高芳纶浆粕和液体橡胶的分散性和相容性。此外，隔离剂还可以有效隔离芳纶浆粕的微纤，避免纤维相互缠结，增加母胶的疏松性，从而提高芳纶浆粕母胶的机械性能和加工性能。这些隔离剂和液体橡胶共同作用，可以提高芳纶浆粕母胶的性能，并在耐油胶管等应用中发挥出优异的力学性能、耐油性能和耐磨性能。

23、第二方面，本技术提供一种芳纶浆粕母胶粒在耐油胶管中的应用，采用如下的技术方案：

24、一种芳纶浆粕母胶粒在耐油胶管中的应用，所述芳纶浆粕母胶粒上述一种芳纶浆粕母胶粒的制备方法获得的芳纶浆粕母胶粒，应用在耐油胶管中，具有优异的力学性能、耐磨性能和耐油性能。

25、综上所述，本技术的有益技术效果：

26、1.优化微纤结构：通过等离子体改性或低温高能γ射线辐射改性，能够使芳纶浆粕自身的微纤具有很好的亲水性，进而在微纤表面原位生成纳米二氧化硅，并对微纤进行充分隔离。这样一来，解决了浆粕自身微纤相互缠结、难以疏松和隔离微纤的问题，能够使芳纶浆粕的微原纤维充分伸展开，从而优化了微纤结构。

27、2.提高分散性和相容性：通过偶联剂对隔离后的浆粕进行修饰，能够进一步提高浆粕的分散性和相容性。这样，当浆粕与隔离剂、液体橡胶以及丁腈橡胶混炼时，能够更好地分散均匀，提高混炼效果和纤维与基体的结合强度。

28、3.优异的力学性能、耐油性能和耐磨性能：经过上述制备方法得到的芳纶浆粕母胶粒在耐油胶管中具有优异的力学性能、耐磨性能和耐油性能。其强大的机械强度和良好的纤维间可塑性，使得耐油胶管具有出色的抗拉强度和韧性。同时，通过改性和优化微纤结构，耐油胶管具有良好的耐油性能和抗磨损能力，能够在恶劣环境下长时间使用。