聚酯短纤维用量对SFRC性能的影响

第７期　陈秀芳等．聚酯短纤维用量对ＳＦＲＣ性能的影响　４１１　聚酯短纤维用量对ＳＦＲＣ性能的影响　陈秀芳，汪传生　（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛　２６６０４２）　摘要：研究聚酯短纤维用量对短纤维／橡胶复合材料（ＳＦＲＣ）混炼特性及物理性能的影响。试验结果表明，随着聚　酯短纤维用量的增大，混炼过程中最大功率和排胶温度提高，胶料的门尼粘度增大，流动性变差；随聚酯短纤维用量增　大，ＳＦＲＣ的邵尔Ａ型硬度、拉伸强度和撕裂强度先增大后减小，３００　定伸应力明显提高，拉断伸长率下降｝聚酯短纤　维用量为５份时ＳＦＲＣ综合物理性能较好。　关键词：聚酯短纤维；ＳＦＲＣ　中图分类号：ＴＱ３３０．３８＋９；ＴＱ３３２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—８１７１（２００８）０７—０４１ｌ＿Ｏ４　短纤维／橡胶复合材料（ＳＦＲＣ）是将短纤维　（一般长度为２～５　ｍｍ）分散在橡胶基体中，使之　与橡胶复合制成类似聚合物共混体的增强性复合　材料。ＳＦＲＣ将短纤维的刚性和橡胶的柔性结合　在一起，既保持了橡胶独特的高弹性，又显著提高　了橡胶的模量，可赋予橡胶制品高模量、高硬　度、抗切割、抗撕裂、抗刺穿、耐负荷疲劳、低生　热、低压缩永久变形、抗溶胀和抗蠕变等优良性　能，故得到广泛应用。聚酯短纤维具有强度高、　耐高温、动模量高、弹性高、柔性好和耐疲劳等优　４０２０　２，增塑剂ＰＰ－３　１，增塑剂Ａ　１．９，硅烷　偶联剂ＴＥＳＰＴ　３，操作油　１．５，促进剂ＮＯＢＳ　１．５，硫黄１，聚酯短纤维变量。　１．３主要设备和仪器　ＸＫ一１６Ｏ型开炼机，大连华日橡塑机械厂产　品；１．７　Ｌ试验用小型密炼机，自制；４１３０Ｃ无转　子硫化仪，北京环峰化工机械实验厂产品；　ＸＬＢ２Ｄ２５０　ＫＮ型油压平板硫化机，上海第一橡　胶机械有限公司产品；ＴＳ２００５ｂ型万能试验机，　中国台湾优肯科技股份有限公司产品；ＧＳ－７１９Ｎ　型硬度计，日本Ｔｅｃｌｏｃｋ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司产品；　点。研究发现＿１　］，聚酯短纤维的加入可降低轮胎　滚动阻力和生热，并减小轮胎质量。本工作研究　聚酯短纤维用量对ＳＦＲＣ混炼特性及物理性能的　影响。　ＪＳＭ一６７００Ｆ冷场发射扫描电子显微镜，日本ＪＥ—　ＯＬ公司产品；　１．４混炼工艺　用装有４棱ＶＣＭＴ转子的小型密炼机进行　１　实验　混炼，为防止胶料生热过大，适当减小填充因数，　为非纤维胶料填充因数的９Ｏ　引，即０．５８５；压砣　压力为０．６　ＭＰａ；转子转速以低速为佳，有利于短　纤维分散，同时胶料升温又不太高，确定转子转速　１．１主要原材料　预处理聚酯短纤维，牌号为ＦＤ－５，富锦市橡　胶厂产品，主要成分包括聚酯短纤维、粘合剂、润　滑剂、表面活化剂和填充剂等，短纤维质量分数约　为０．９，纤维长度为５　ｍｍ，拉伸强度为２２　ＭＰａ。　１．２基本配方　为ｌ１Ｏ　ｒ・ｍｉｎ一。混炼时间适当延长，确定为　１５０　Ｓ，其它按正常胎面胶混炼工艺进行。　密炼机混炼加料顺序为：生胶一聚酯短纤维　ＮＲ　１００，炭黑Ｎ３３０　３８．４，白炭黑化锌３．６，硬脂酸１５，氧　一小料一填充剂一操作油一排胶，开炼机上加硫　２，防老剂ＲＤ　１．５，防老剂　黄，薄通５次，下片。　１．５性能测试　作者简介：陈秀芳（１９８２一），女，山东菏泽人，青岛科技大学在　读硕士研究生，主要从事材料加工机械成套设备及机电一体化方　面的研究。　测量混炼过程中最大功率、排胶温度以及混　炼胶门尼粘度。撕裂试片断面短纤维附胶情况用　维普资讯 http://www.cqvip.com ４１２　轮胎　工业　２００８年第２８卷　扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察。胶料其它各项物　理性能均按相应国家标准进行测试。　２结果与讨论　２．１混炼特性　为研究聚酯短纤维用量对胶料混炼特性的影　响，在胶料中分别添加０，２，３，５和１０份聚酯短纤　维，与不添加短纤维的胶料混炼特性进行比较，密　炼机混炼过程中最大功率和排胶温度可反映混炼　能耗和生热；混炼胶门尼粘度可间接反映混炼过　程中胶料的流动性。具体测试数据如表１所示。　从表１可以看出，随聚酯短纤维用量增大，混炼过　程中最大功率、排胶温度和混炼胶的门尼粘度均　明显增大。这是由于聚酯短纤维的模量较高，混　入胶料中使胶料的流动性变差，增大了摩擦力；同　时随短纤维用量增大，密炼室中胶料的填充因数　增大，转子转动阻力增大，从而使混炼功率、混炼　生热和排胶温度提高。　表１不同短纤维用量混炼情况　２．２硫化胶性能（１３２　ｏＣ　Ｘ２８　ｍｉｎ）　２．２．１　邵尔Ａ型硬度　短纤维用量对ＳＦＲＣ邵尔Ａ型硬度的影响　如图１所示。由图１可以看出，当短纤维用量小　于５份时，随着短纤维用量增大，胶料的邵尔Ａ　型硬度增大；当短纤维用量大于５份时，邵尔Ａ　型硬度开始减小。这是由于短纤维用量过大，粘　＼　副　《　长　短纤维用量／份　图１短纤维用量对ＳＦＲＣ邵尔Ａ型硬度的影响　合性能变差，短纤维对橡胶分子链的限制性减小，　使硬度减小。　２．２．２　３００％定伸应力　短纤维用量对ＳＦＲＣ　３００　定伸应力的影响　如图２所示。由图２可以看出，胶料的３００　定　伸应力随短纤维用量增大明显提高，由此可以看　出短纤维对橡胶基体的限制作用。　茎　、、　Ｒ　倒　廷　删　美　ｇ　∽　图２短纤维用量对ＳＦＲＣ　３００％定伸应力的影响　２．２．３拉伸强度　短纤维用量对ＳＦＲＣ拉伸强度的影响如图３　所示。由图３可以看出，随着短纤维用量增大，胶　料的拉伸强度先增大后减小。拉伸强度增大说明　短纤维与胶料的粘合性能好，添加２份短纤维时，　复合材料中短纤维与基体的粘合情况如图４所　示。由图４可以看出，短纤维与基体的浸润性良　好，粘合强度较高，因此基体能够向短纤维传递较　大的力，短纤维起到较好的增强作用。随短纤维　用量的进一步增大，胶料的拉伸强度下降与短纤　维在胶料中分散不均匀有关。当添加１０份短纤　维时，短纤维与基体的粘合情况如图５所示，此　时，如果复合材料被破坏，短纤维多数被拉出，而　不是断裂（见图６）；由图６可以看出，由于短纤维的　短纤维用量／份　图３　短纤维用量对ＳＦＲＣ拉伸强度的影响　维普资讯 http://www.cqvip.com

第７期　陈秀芳等．聚酯短纤维用量对ＳＦＲＣ性能的影响　４１３　图４加入２份短纤维ＳＦＲＣ的ＳＥＭ照片　图５加入１０份短纤维ＳＦＲＣ的ＳＥＭ照片　图６加入１０份短纤维ＳＦＲＣ破坏后的ＳＥＭ照片　存在，基体中有很多的小孔，相应就会出现很多应　力集中点，使复合材料的拉伸强度下降。　因此适量加入短纤维才能保证短纤维与橡胶　基体间的粘合性能，使短纤维起到较理想的增强　作用。　２．２．４拉断伸长率　短纤维用量对ＳＦＲＣ拉断伸长率的影响如图　７所示。由图７可以看出，随着短纤维用量增大，　铸　世　豁　轺　图７短纤维用量对ＳＦＲＣ拉断伸长率的影响　胶料的拉断伸长率明显下降，当短纤维用量为１Ｏ　份时，拉断伸长率只有约４００　。因此，短纤维用　量不宜太大。　２．２．５撕裂强度　短纤维用量对ＳＦＲＣ撕裂强度的影响如图８　所示。由图８可以看出，加入少量短纤维时，胶料　的撕裂强度提高，因为决定ＳＦＲＣ材料撕裂性能的　主要因素是短纤维能否有效地限制基体内部裂纹　的扩展　］，在这种情况下，粘合性能起着十分重要　的作用，它决定短纤维是否能够有效地改变裂纹的　发展方向。随着聚酯短纤维用量的进一步增大，短　纤维与橡胶间的粘合性能变差，撕裂强度下降。　鲁　Ｚ　＼　髅　短纤维用量／份　图８　短纤维用量对ＳＦＲＣ撕裂强度的影响　３　结论　（１）ＮＲ中加入聚酯短纤维，混炼时能耗增　大，排胶温度升高，混炼胶的门尼粘度增大，胶料　流动性变差。　（２）随聚酯短纤维用量的增大，ＳＦＲＣ的邵尔　Ａ型硬度、拉伸强度和撕裂强度呈现先增大后减　小的趋势；３００　定伸应力明显提高；拉断伸长率　下降。聚酯短纤维用量为５份时，ＳＦＲＣ的综合　物理性能较好。　维普资讯 http://www.cqvip.com ４ｌ４　轮胎工业　２００８年第２８卷　参考文献：　Ｅｌｉ　ＲＯｐｋｅｍａ　Ｂ．Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｒｅ—　ｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｉｒｅｓ［Ｊ］．Ｐｌａｓｔｏｍｅｒｅ　Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｅ　Ｄｕｒｏｍｅｒｅ，１９９４，　４７（１０）：７４８－７５２．　Ｅ４］Ｍａｓａｋｅ　Ｔ，Ｋａｎｅｎａｒｉ　Ｄ，Ｙａｍａｋａｗａ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｒａｄｉａｌ　ｔｉｒｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｆｉｂｅｒ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｓｈｅｅｔｓ　ｗｉｔｈ　ｌｅｓｓ　ｒｏａｄ　ｎｏｉｓｅ［Ｐ］．ＪＰＮ：ＪＰ　１１　９９１　８０６．１９９９—０４　０１．　Ｅ５］王艳秋．橡胶塑炼与混炼ＥＭ３．北京：化学工业出版社，２００６：　１７７．　Ｅ２］Ｎａｏｈｉｋｏ　Ｋ．Ｔｉｒｅｓ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ［Ｊ］．　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｗｏｒｌｄ，１９９６，２１４（３）：３１－３２．　［６］许泗贵．尼龙短纤维预处理及预处理尼龙短纤维在载重胎胎　面胶料中的应用研究［Ｄ］．广东：广东工业大学，２００２．　第４届全国橡胶工业用织物和骨架材料技术研讨会论文　［３］Ｈ　ｉｒａｎｏ　Ｓ．Ｌｉｇｈｔ—ｗｅｉｇｈｔ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｓａｆｅ　ｔｉｒｅ［Ｐ］．ＪＰＮ：　ＪＰ　１１　３４８　５１２．１９９９—１２　２１．　以色列环保部采取法律措施规范轮胎业务　中图分类号：Ｘ７８３．３　文献标识码：Ｄ　前母公司的股权下降到１５．４　。　ＲＰＮ（ＷＷＷ．ｒｕｂｂｅｒｎｅｗｓ．ｃｏｒｎ），２００８—０４—１　４　英国《轮胎与配件》２ＯＯ８年４期１３７页报道：　据以色列环境保护部称，其已经发起行政执　△大陆公司计划在中国合肥建一家新轮胎　厂，于２００８年中期动工，总投资２．３亿美元，产品　主要供应中国市场。该厂将于２０１０年投产，当年　可生产轮胎１００万套，此后产能逐年增大，直至年　产轮胎４００万套，届时，工厂将拥有雇员１　１００人。　ＲＰＮ（ＷＷＷ．ｒｕｂｂｅｒｎｅｗｓ．ｃｏｒｎ），２００８—０５～０５　法程序反对轮胎修理店、修车厂和备件仓库违反　轮胎处理和循环法规（２００７），不恰当地存贮轮胎。　该部门将继续关注已有法规的实施情况，如有必　要，还将采取其它强制措施。以色列轮胎处理和　循环法规于２００７年７月初生效。该法规旨在阻　止由于不恰当地处理旧轮胎而导致的环境污染和　△美国权威调查机构Ｊ．Ｄ．Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ａｓｓｏ—　ｃｉａｔｅｓ（Ｊ．Ｄ．Ｐｏｗｅｒ）公布其２００８年印度原配胎顾　节约原材料。该法规声明轮胎进口商和制造商有　责任从轮胎销售和修理店收集旧轮胎，并将其进　行循环利用。　（赵敏摘译吴秀兰校）　客满意度指数（ＣＳＩ）调查结果。ＭＲＦ轮胎获得　８３６分，高居第１位（ＣＳＩ满分１　０００分）。阿波罗　轮胎获得８１６分，位居第２。　ＴＴ（ｗｗｗ．ｔｙｒｅｔｒａｄｅ．ｉｅ），２００８—０４—２４　△日本横滨橡胶有限公司将第４次提高位于　国内外简讯ｌ０则　△双钱集团股份有限公司以中国制造商联盟　的名义加入北美轮胎翻新信息局（ＴＲＩＢ），使　日本广岛的尾道工程机械轮胎厂的产能，投资总　额高达６Ｏ亿日元。　ＭＴＤ（ＷＷＷ．ｍｏｄｅｒｎｔｉｒｅｄｅａｌｅｒ），２００８—０５—１　２　ＴＲＩＢ成员达到４８０个，分布在４８个国家。　ＴＡ，［４］，１３８（２００８）　△化学品制造商朗盛公司将投资约４亿欧元　新建一个ＩＩＲ生产厂，新厂可能选址在新加坡、马　△锦湖轮胎公司在韩国Ｙｏｕｎｇ—Ｉｎ地区的研　发中心已破土动工，预计于２００９年年底竣工，与　该公司在美国、英国、中国和韩国其它研发中心一　起为各轮胎厂提供重要的技术支持。　ＭＴＤ（ＷＷＷ．ｍｏｄｅｒｎｔｉｒｅｄｅａｌｅｒ），２００８—０５—１　９　来西亚或泰国。　ＴＡ，Ｅ４３，１３８（２００８）　△横滨橡胶公司位于越南平阳省的新厂于　２００８年２月２９日投产，预计这个投资１　０００万美　元的新厂２００８年的轮胎产量达１３０万条，产品供　给当地市场和海外市场。　ＴＡ，ｌ　４　Ｉ，１３８（２００８）　△美国蒂坦国际有限公司正考虑赎回前子公　△东洋橡胶轮胎有限公司计划提高其佐治亚　州怀特轮胎厂的产能，使该厂轮胎年产能于２０１０　达到２４０万条，于２０１１年达到３２０万条。预计投　资金额达到２８０亿日元。　ＭＴＤ（ｗｗｗ．ｍｏｄｅｒｎｔｉｒｅｄｅａｌｅｒ），２００８—０５—２２　△印度轮胎制造商——阿波罗公司近日在印　度南部开设了第１家商用轮胎和车辆服务中心，　司——蒂坦欧洲公司的所有股份。蒂坦国际有限　公司于２００４年４月剥离蒂坦欧洲公司，但保留了　并计划在未来几个月内再开设４家商用轮胎零售　店，为顾客提供全面的服务。　ＭＴＤ（ＷＷＷ．ｍｏｄｅｒｎｔｉｒｅｄｅａ１ｅｒ）。２００８—０５—２９　３Ｏ　的股份。２００５年蒂坦欧洲公司扩股，导致其