一种纤维增强橡胶弹性体复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐压缩性能好的纤维增强橡胶弹性体复合材料，包括橡胶基体、纤维、热固性焊接剂，所述热固性焊接剂能够促使无规分散在橡胶基体的纤维在加工过程中自发焊接起来，实质上形成一种由热固性焊接剂与纤维构成的独立于橡胶基体的三维网络骨架结构；所述热固性焊接剂为各类热固性树脂，常温下固化前为流动的液体，固化后为高强度的固体；是由质量比为100:(50～100):(0～10)的热固性树脂、固化剂、促进剂制成。本发明专利技术通过添加热固性焊接剂，在橡胶基体中形成自焊接的纤维骨架结构，对橡胶基体起到支撑作用，极大的提高了橡胶基体的耐压缩性能，有利于拓宽橡胶在耐压条件下的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强橡胶弹性体复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，特别涉及一种纤维增强橡胶弹性体复合材料及其制备方法。
技术介绍
众所周知，橡胶弹性体作为一种高弹性的材料而广泛应用于航天航空、交通运输、医疗器械等领域。但是，随着结构-功能一体化要求的不断提高，对橡胶的强度和耐压缩性能提出更高的要求。例如，橡胶由于其特性声阻抗与水接近以及优异的吸声性能而被用于水下吸声涂层，然而，5MPa的水压会使橡胶变形，从而使其吸声性能大幅减弱。因此，如何提高橡胶的耐压缩性能是拓宽功能橡胶应用范围的关键。纤维是最常见的聚合物增强填料，广泛应用于热塑性塑料和热固性树脂。但是，由于橡胶的高粘度，导致纤维在加工过程中打断严重，并且橡胶与纤维的界面结合强度弱，严重限制了材料的耐压缩性能的提高，尤其是对于低表面能的硅橡胶。因此，如何制得耐压缩的纤维增强橡胶仍有很多问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐压缩性能好的纤维增强橡胶弹性体复合材料，能够有效利用纤维特性，使材料的耐压缩性能大幅提高。本专利技术的另一个目的是提供一种所述纤维增强橡胶弹性体复合材料的制备方法。大量的研究表明，简单的将纤维共混到基体中，由于纤维间相互隔离，不能发挥出最佳的增强效果。例如，碳纤维具有极好的导电性，但是由于接触阻抗的存在，导致碳纤维填充聚合物复合材料导电性远低于碳纤维本身。而对纤维结构进行调控，形成三维网络结构是目前研究的重点。公开号为CN101146937A的专利申请公开了一种碳纤维结合体，通过可成碳的结合剂将碳纤维结合起来，通过高温烧结碳化，形成三维网络状的碳纤维结合体。将这种碳纤维结合体配合于环氧树脂中，仅7wt％添加量可得到102Ω/cm2级的表面电阻。相比于这种从碳纤维原料上着手，改进纤维结构的方式，公开号为CN101407637A的专利申请提出通过添加第二组分聚合物，在加工过程中改变纤维结构，形成三维网络骨架结构，更加便捷、技术门槛更低并且电阻率更低。公开号为CN101407637A的专利申请提出，使用低熔点金属锡作为焊接剂，可以将无规分散在苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物中的铜纤维在加工过程中焊接起来，形成骨架结构，所得材料的体积电阻率可达10-1Ω.cm级。然而，该文献中无论是聚合物基体还是焊接剂均为加热可熔的热塑性聚合物或者低熔点金属，而橡胶弹性体是需要经过硫化才能应用的热固性聚合物，因此，选择与橡胶体系相匹配的热固性聚合物作为焊接剂，并且能够在基体中构建三维骨架结构是本专利技术的重点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面提供了一种耐压缩性能好的纤维增强橡胶弹性体复合材料，包括橡胶基体、纤维、热固性焊接剂，所述热固性焊接剂能够促使无规分散在橡胶基体的纤维在加工过程中自发焊接起来，实质上形成一种由热固性焊接剂与纤维构成的独立于橡胶基体的三维网络骨架结构；所述热固性焊接剂为各类热固性树脂，常温下固化前为流动的液体，固化后为高强度的固体；是由质量比为100:(50～100):(0～10)的热固性树脂、固化剂、促进剂制成，质量比优选为100:(70～80):(4～8)；质量比更优选为100:70:5、100:70:6、100:80:5等。为了使热固性焊接剂可以选择性黏附在纤维表面形成骨架结构，优选极性较大的热固性树脂，具体选自各种环氧树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂以及它们的衍生物。所述环氧树脂可以选自双酚A型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂，优选液态双酚A型环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂。所述氰酸酯树脂选自双酚A型氰酸酯树脂、双酚M型氰酸酯树脂、双酚F型氰酸酯树脂以及它们的衍生物。所述聚氨酯树脂选自芳香族聚氨酯树脂、脂肪族聚氨酯树脂以及它们的衍生物。所述热固性焊接剂在常温下的粘度为0.1-1000Pa.s。对于环氧树脂，所述固化剂为本领域内常规的固化剂，可以选自胺类固化剂(聚酰胺类、脂肪族胺类、芳香族胺类、聚醚胺类、咪唑类)、酸酐类固化剂(顺丁烯二酸酐等、均苯四甲酸二酐、甲基六氢苯酐以及它们的衍生物)、各种潜伏型固化剂(双氰胺类、三氟化硼等路易斯酸类固化剂等)。为了实现与橡胶加工及硫化温度的匹配，较优的固化剂选择要求是固化温度应低于橡胶硫化温度，优选为甲基六氢苯酐、均苯四甲酸二酐、4-二氨基二苯甲烷。为了使材料在室温下具有高强度，所述热固性焊接剂在固化后的玻璃化转变温度大于30℃。所述促进剂可以选自2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、2-甲基咪唑等咪唑类促进剂以及脲类促进剂。对于氰酸酯树脂，所述固化剂选自各种胺类固化剂，具体选自4-二氨基二苯甲烷、二氨基二苯砜；所述促进剂为脲类促进剂。对于聚氨酯树脂，所述固化剂选自多异氰酸酯类固化剂，具体选自缩二脲多异氰酸酯、多异氰酸酯；不需加入促进剂。所述热固性焊接剂在固化后的玻璃化转变温度大于30℃。所述热固性焊接剂的制备方法包括以下步骤；将热固性树脂、固化剂、促进剂混合，使用搅拌器将其混合均匀，获得所述热固性焊接剂。所述热固性焊接剂可以通过恒温加热(低于90℃)的方式调节粘度，恒温时间越长粘度越大(恒温时间到后立即通过冰水浴降温)。所述橡胶基体为经过硫化应用的热固性橡胶，硫化时需加入硫化剂，硫化剂占热固性橡胶的质量比为0.1～5％，优选为1％、3％、5％。另外，所述橡胶基体可以为液体也可以为固态，粘度为0.1～100000Pa.s，优选为1～2000Pa.s。所述热固性橡胶为常规橡胶，包括固态橡胶以及液态橡胶；可以选自硅橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶以及它们的改性产物；优选硅橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶等弱极性橡胶以及它们的改性产物。其中，所述硅橡胶为经过化学改性的含硅氧基团(-Si-O-)、硫化后玻璃化转变温度低于20℃的聚合物，或选自常规的高温硫化硅橡胶或室温硫化硅橡胶，优选高温硫化硅橡胶，更优选非极性的高温硫化硅橡胶，具体可以选自二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、苯基乙烯基硅橡胶、乙基苯撑硅橡胶、乙烯基硅橡胶等，最优选二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、乙烯基硅橡胶。对于硅橡胶和氟橡胶，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰等过氧化物；对于其他橡胶，所述硫化剂的组分如下所示：以下质量百分含量是占橡胶基体的质量比，硫磺1.5wt％，促进剂二乙基二硫代氨基甲酸碲TDEC1.5wt％，促进剂2,2'-二硫代二苯并噻唑DM：1.0wt％，硬脂酸：1wt％。所述经过硫化应用的热固性橡胶具体的硫化方法是：将热固性橡胶和占热固性橡胶的质量比为0.1～5％的硫化剂加入密炼机或捏合机中，在常温下共混均匀，出料，在室温下停胶24h，获得所述经过硫化应用的热固性橡胶即橡胶基体。所述纤维为高强度纤维，可以选自玻璃纤维、碳纤维、纳米碳纤维、碳纳米管、石墨纤维、玄武岩纤维、有机纤维、经过表面改性的上述纤维。其中，所述的有机纤维可以是高分子材料经牵伸纺丝后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，包括橡胶基体、纤维、热固性焊接剂，所述热固性焊接剂能够促使无规分散在橡胶基体的纤维在加工过程中自发焊接起来，实质上形成一种由热固性焊接剂与纤维构成的独立于橡胶基体的三维网络骨架结构；/n所述热固性焊接剂为各类热固性树脂，常温下固化前为流动的液体，固化后为高强度的固体；是由质量比为100:(50～100):(0～10)的热固性树脂、固化剂、促进剂制成；/n所述热固性树脂选自环氧树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂以及它们的衍生物。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，包括橡胶基体、纤维、热固性焊接剂，所述热固性焊接剂能够促使无规分散在橡胶基体的纤维在加工过程中自发焊接起来，实质上形成一种由热固性焊接剂与纤维构成的独立于橡胶基体的三维网络骨架结构；
所述热固性焊接剂为各类热固性树脂，常温下固化前为流动的液体，固化后为高强度的固体；是由质量比为100:(50～100):(0～10)的热固性树脂、固化剂、促进剂制成；
所述热固性树脂选自环氧树脂、氰酸酯树脂、聚氨酯树脂以及它们的衍生物。


2.根据权利要求1所述的纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，所述热固性焊接剂在常温下的粘度为0.1-1000Pa.s；
对于环氧树脂，所述固化剂选自胺类固化剂、酸酐类固化剂、潜伏型固化剂；所述促进剂选自2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、2-甲基咪唑以及脲类促进剂；
对于氰酸酯树脂，所述固化剂选自胺类固化剂；所述促进剂为脲类促进剂；
对于聚氨酯树脂，所述固化剂选自多异氰酸酯类固化剂；不需加入促进剂。


3.根据权利要求1所述的纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，所述热固性焊接剂在固化后的玻璃化转变温度大于30℃；
所述热固性焊接剂的制备方法包括以下步骤；将热固性树脂、固化剂、促进剂混合，使用搅拌器将其混合均匀，获得所述热固性焊接剂。


4.根据权利要求1所述的纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，所述橡胶基体为经过硫化应用的热固性橡胶，硫化时需加入硫化剂，硫化剂占热固性橡胶的质量比为0.1～5％，所述橡胶基体为液体或固态，前者粘度为0.1～100000Pa.s。


5.根据权利要求4所述的纤维增强橡胶弹性体复合材料，其特征在于，所述热固性橡胶选自硅橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶以及它们的改性产物；
对于硅橡胶和氟橡胶，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国章，倪敏杰，林宇，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31