專利名稱：短纖維的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于短纖維橡膠復(fù)合材料(SFRC)的短纖維進(jìn)行予處理的方法。
短纖維橡膠復(fù)合材料(SFRC)是近年來應(yīng)運(yùn)而生的一種新型聚合物復(fù)合材料，它既保持了橡膠獨(dú)特的高彈性又兼具低伸長下高模量的特點(diǎn)，并有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨等優(yōu)異性能。隨著短纖維在橡膠中的應(yīng)用，人們對(duì)短纖維的予處理技術(shù)進(jìn)行了很多研究，如相關(guān)的文獻(xiàn)，GB2147589A，USP4543311，USP3943079，日本公開特許昭59-43041等均有報(bào)道。
對(duì)短纖維的予處理主要是為了改善短纖維在彈性體中的分散和粘合。美國孟山都公司在USP3697364專利中提出用膠乳浸漬纖維素短纖維來改善短纖維在橡膠中的分散。將水、膠乳、抗氧劑以及其它助劑與短纖維按一定比例混合后，攪拌形成均一的懸浮液，然后將短纖維過濾出來，干燥制得短纖維予分散體。這種浸漬的方法使粘合劑對(duì)短纖維有較好的滲透和粘合性，但是短纖維在水懸浮液中浸漬時(shí)，由于纖維對(duì)不同的助劑有選擇吸附作用，從而使濾液成分發(fā)生變化，不利于連續(xù)利用浸漬液，另外對(duì)于表面光滑的有機(jī)纖維來說，在懸浮液中不易掛膠，因此孟山都公司只用此法處理纖維素纖維，并已商品化(稱為Santoweb)。
在USP4263184專利中公開了一種凝聚包覆短纖維的予處理方法。將短纖維與膠乳、水、抗氧劑混合在一起，在高速攪拌下加入一定濃度的電解質(zhì)溶液使膠乳凝聚包覆在短纖維上，取出干燥后得到短纖維予分散體。GB2138430A也提出類似的方法。該方法可以使予處理短纖維有滿意的分散性，但是對(duì)粘合改善甚少。這是因?yàn)槟z乳凝聚后，會(huì)阻礙粘合劑對(duì)纖維表面的浸潤和滲透作用，同時(shí)在凝聚時(shí)，粘合劑等其它助劑會(huì)從膠乳中析出一部分而流失，不但造成浪費(fèi)，還使有效成分減少。
本發(fā)明的目的提供適當(dāng)?shù)挠杼幚韯w系和處理方法，能對(duì)各種短纖維，包括表面光滑的有機(jī)纖維進(jìn)行浸漬涂覆處理，從而使粘合劑組分與短纖維充分發(fā)生滲透、擴(kuò)散、粘合作用，處理后的短纖維既有很好的分散性，又有理想的粘合性，處理后無殘?jiān)嘁骸?br> 本發(fā)明的要點(diǎn)將短纖維與膠乳、填料、粘合劑及其它輔料組成的處理劑體系混合后，高速攪拌至均勻混合，再經(jīng)干燥制成高度均一的粒狀短纖維予分散體。其中短纖維與處理劑體系各組分重量百分比是(組合時(shí)總重量為100%)短纖維 20%-80%粘合劑 0%-30%膠乳 0%-70%填料 0%-60%潤滑劑 0%-40%防老劑 0%-5%表面活性劑 0%-2%上述各組分可以直接放入高速攪拌裝置中攪拌，亦可以先將各類處理劑予混合，然后再與短纖維一起高速攪拌，攪拌時(shí)間5-25分鐘，攪拌溫度10℃-120℃。高速攪拌后予處理纖維被均勻涂覆，呈球粒狀，產(chǎn)物無溶液滴落現(xiàn)象，無殘余液，然后取出干燥，干燥溫度為室溫-180℃，時(shí)間為1-24小時(shí)，干燥后最好經(jīng)熱處理，處理溫度為120℃-230℃，時(shí)間為2-30分鐘。
上述所采用的原料短纖維可以是表面粗糙的纖維素纖維、棉纖維，也可以是表面光滑的有機(jī)纖維，包括聚酰胺纖維、聚酯纖維，維尼綸纖維，人造絲纖維等。短纖維可由長絲切短在0.3-20mm的范圍。為了獲得良好的補(bǔ)強(qiáng)，纖維直徑最好在0.1-50um之間。還可以采用由碎布、廢絲、再生膠等所獲取的廢短纖維，以降低成本，用于對(duì)材料性能要求不高的制品上。
所用的膠乳是合成膠乳或天然膠乳，如丁苯、氯丁、丁腈、聚氨酯、EVA乳膠等。它們作為纖維以及其它助劑的包覆劑，它可有效地將短纖維隔離包容起來，同時(shí)也作為粘合劑向纖維滲透的載體，其最終用量以剛好為短纖維、固體填料等靠毛細(xì)效應(yīng)及表面吸附效應(yīng)所能吸附的最大量為佳。這樣保證了盡可能少地向基質(zhì)橡膠引入雜質(zhì)，沒有處理浪費(fèi)，降低烘干費(fèi)用和攪拌能耗。
所用的粘合劑包括工業(yè)處理簾布及織物用各種水溶性及油溶性液體粘合劑或直接加在膠料中的固體粘合劑等，如RFL、Pexul、RS/RH、H/R/H。其用量要根據(jù)其本身活性在0%-30%范圍內(nèi)選擇。
所用的填料是一種或幾種橡膠用填充物或者補(bǔ)強(qiáng)劑如炭黑、白炭黑、碳酸鈣、陶土、滑石粉等。目的是使短纖維更有效地隔離開來，使分散體更均一。此外，適當(dāng)?shù)奶盍线€會(huì)使予處理工藝變得更容易，并使加工時(shí)有令人滿意的吃進(jìn)速度。
本發(fā)明在采用各種助劑的同時(shí)，還加入合成膠乳時(shí)用的一種或幾種表面活性劑，如脂肪酸鹽、芳香酸鹽、酪素、羥甲基纖維素、平平加等。它們使填料等助劑得到一定程度的乳化，增強(qiáng)在膠乳中的相容性，從而能夠均勻地分布于短纖維予處理物中。這使本方法可以處理各種纖維，特別是表面光滑的有機(jī)纖維。
本發(fā)明采用的高速攪拌裝置可以是市售的各種高速攪拌機(jī)，容量可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模選10-500升。為了增強(qiáng)處理效果，可以附帶冷卻裝置、鼓風(fēng)裝置。
本發(fā)明的效果本發(fā)明選用適當(dāng)?shù)奶幚韯w系和直接高速攪拌的浸漬涂覆方法，有效地克服了凝聚法和懸浮液浸漬處理短纖維時(shí)，或阻礙粘合或喪失水溶性處理助劑的缺點(diǎn)，使處理劑均勻、良好地浸漬涂覆短纖維，全部被纖維通過毛細(xì)管效應(yīng)和表面吸附效應(yīng)吸收，予處理物無溶液滴落現(xiàn)象，處理器中無殘?jiān)嘁?，無須廢物處理，便于連續(xù)生產(chǎn)。特別是粘合劑組分與纖維充分發(fā)生作用，使處理物有很好的分散性和粘合性。除此之外，處理后，產(chǎn)物呈球粒狀，填加時(shí)有很好的吃進(jìn)速度，制品的物機(jī)性能高。本方法操作簡便，工藝簡單，可以處理各種纖維，尤其是處理表面光滑的有機(jī)短纖維也有很好的效果。
本方法處理的短纖維與孟山都公司的Santoweb及未處理纖維相比的物機(jī)性能如表1、表2所列測(cè)試數(shù)據(jù)。其分散度要明顯好于未處理尼龍，也優(yōu)于Santoweb纖維。其力學(xué)性能比Santoweb纖維更好。
實(shí)施例1將200克(長度為5mm，直徑為20μm)維尼綸短纖維、200克氯丁膠乳(固含量37%)、20克水，3克PVA和1克十二烷基硫酸鈉放入容量為10升的高速攪拌機(jī)中，蓋好頂蓋，先低速攪拌兩分鐘，然后再高速攪拌6分鐘，控制攪拌溫度在20℃-100℃之間，停止攪拌，取出予處理物，其呈球狀，由于所加入的液體予處理劑剛好被短纖維靠表面吸附和毛細(xì)管效應(yīng)完全吸收，所以，予處理物無溶液滴落現(xiàn)象，處理器中也無殘?jiān)陀嘁?，將其放入熱空氣烘箱中，?0℃-80℃的溫度下進(jìn)行干燥，時(shí)間6-10小時(shí)，干燥完畢后，將其裝入袋中存放，此予處理物中短纖維含量為72%。
實(shí)施例2將200克(長度為3mm，直徑為23μm)聚酯短纖維、200克丁腈膠乳(固含量40%)、15克鄰苯二甲酸二丁酯、1.5克十二烷基苯磺酸鈉和2克平平加“O”，放入容量為10升的高速攪拌機(jī)中，蓋好頂蓋，先低速攪拌1分鐘，再高速攪拌7分鐘，控制攪拌溫度在20℃-100℃之間，停止攪拌，取出予處理物，其外觀呈現(xiàn)球狀，由于所加入的液體予處理劑均被短纖維靠表面和毛細(xì)管效應(yīng)完全吸收，所以，予處理物無溶液滴落，處理器中也無殘?jiān)陀嘁海瑢⒂杼幚砦锓湃霟峥諝夂嫦渲?，?0℃-80℃的溫度范圍內(nèi)干燥，時(shí)間5-14小時(shí)，干燥完畢后，將其裝入袋中存放，此予處理物中短纖維含量約69%。
實(shí)施例3將200克長度為7mm直徑20μm的維尼綸短纖維、560克丁苯膠乳(25%固含量)、120克HAF炭黑(或滑石粉、碳酸鈣等)、2克防老劑(防D、防RA、防A等等)、2克硬脂酸鈉(或干酪素、羥甲基纖維素等等)一起放入10升高速攪拌機(jī)中，蓋好上頂蓋。然后先低速攪3分鐘，再高速攪8分鐘，控制攪拌溫度在20℃-100℃之間。停止攪拌，打開卸料口卸出處理物，予處理短纖維已經(jīng)被處理劑均勻涂覆，產(chǎn)物呈球狀。由于此時(shí)各種予處理劑均被短纖維和固體填料通過毛細(xì)管效應(yīng)和表面吸附效應(yīng)全部吸收，予處理物無溶液滴落現(xiàn)象，處理器中也無殘?jiān)嘁骸⒂杼幚矶汤w維置于熱空氣烘箱中，烘干溫度60℃-80℃，時(shí)間6-10小時(shí)。將予處理物裝袋存放。此予處理物中短纖維含量維為46.2%。
實(shí)施例4首先將500克氯丁膠乳(固含量37%)、120克SRF炭黑、25克DOP、3克十二烷基苯磺酸鈉和50克水放入2000毫升的容器中予混合一下，然后將200克(長度6mm，直徑為30μm)棉短纖維和予處理劑一起放入容量為10升的高速攪拌機(jī)中，蓋好頂蓋，先低速攪拌2分鐘，再高速攪拌8分鐘，控制攪拌溫度在20℃-80℃之間，停止攪拌，取出予處理物，其外觀呈球狀，由于所加入的液體予處理劑均被短纖維和固體填料靠表面吸附和毛細(xì)效應(yīng)完全吸收，所以，予處理物無溶液滴落現(xiàn)象，處理器中無殘?jiān)陀嘁?，將予處理物放入熱空氣烘箱中，?0℃-80℃的溫度范圍內(nèi)干燥，時(shí)間6-14小時(shí)，干燥完畢后，將其裝入袋中存放，此予處理物中短纖維含量為約37%。
實(shí)施例5將丁苯膠乳(25%固含量)120克、粘合劑RFL(20%固含量)100克、水100克、機(jī)油5克、SRF炭黑42克、表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉2.5克、防老劑D2克放于一5000ml燒杯中予混合一下，然后將200克尼龍短纖維(長度8mm、直徑20μm)放入10升的高速攪拌機(jī)中，再把混合處理液倒入高速攪拌機(jī)。蓋好上頂蓋，先低速攪2分鐘，然后高速攪8分鐘(控制溫度在20℃-80℃之間)。停止攪拌，打開卸料口卸料，予處理短纖維已經(jīng)被處理劑均勻涂覆，產(chǎn)物呈球狀。此時(shí)各種液體予處理助劑已經(jīng)全部被短纖維和固體填料通過毛細(xì)管效應(yīng)和表面吸附效應(yīng)吸收，所以予處理物無溶液滴落現(xiàn)象，處理器中也無殘?jiān)嘁?。將處理物放入熱空氣烘箱中干?-10小時(shí)，溫度70℃-100℃。為了更充分發(fā)揮所使用的粘合劑的粘合作用，再在120℃-180℃之間的溫度范圍內(nèi)熱處理10-30分鐘。干燥完畢后裝袋存放。此予處理物含量約為68%。
表1、表2中基質(zhì)橡膠的配方如下1、NR100;ZnO5;SA2;促NOBS0.7;促DM0.9;防RD1.5;石臘1.5;S2.12、CR100;ZnO5;MgO4;SA0.53、SBR100;ZnO5;SA2;促D0.5;促DM1.5;防RD1.0;S2.0
權(quán)利要求
1.一種短纖維的予處理方法，將短纖維與膠乳、填料、粘合劑及其它輔料混合，高速攪拌，經(jīng)干燥后制成粒狀短纖維予分散體，其特征在于(1)短纖維與處理劑體系各組分重量百分比為短纖維 20%～80%粘合劑 0%～30%膠乳0%～70%填料0%～60%潤滑劑 0%～40%防老劑 0%～5%表面活性劑 0%～2%(2)將上述各組分在高速攪拌裝置中直接高速攪拌5-25分鐘，攪拌溫度10℃-120℃，然后將粒狀均一的予處理物取出干燥，干燥溫度為室溫～180℃，時(shí)間1-24小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的短纖維可以是表面粗糙的纖維素纖維、棉纖維，也可以是表面光滑的有機(jī)纖維，特別是尼龍、聚酯、維尼綸纖維，短纖維長度在0.3-20mm之間，直徑最好在0.1-50um之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所用的短纖維可以是廢布、廢絲、再生膠所得的廢纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘合劑包括工業(yè)處理簾布用的水溶性及油溶性液體粘合劑，或直接加在膠料中的固體粘合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的填料是以下一種或幾種包括炭黑、白炭黑、碳酸鈣、陶土、滑石粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的表面活性劑是以下一種或幾種，包括合成膠乳時(shí)用的脂肪酸鹽、芳香酸鹽、酪素、羥甲基纖維素、平平加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于短纖維與處理劑可以同時(shí)加入高速攪拌裝置，也可以先將處理劑混合，然后加入短纖維，再高速攪拌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，予處理物干燥后在120℃-230℃下熱處理2-30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于短纖維橡膠復(fù)合材料中短纖維的預(yù)處理方法。將各類短纖維，如尼龍、聚酯、維尼綸纖維等與膠乳、填料、粘合劑、潤滑劑、表面活性劑、防老劑等處理劑體系直接在高速攪拌裝置中攪拌，得到表面均勻涂覆的粒狀處理物，處理器中無殘?jiān)蛷U液，處理劑被短纖維全部吸附和滲透。然后取出處理物干燥、得到預(yù)處理短纖維。該預(yù)處理短纖維在填加時(shí)有良好的吃進(jìn)速度和分散性，并與基質(zhì)橡膠粘合良好。
文檔編號(hào)C08J5/06GK1090862SQ9311712
公開日1994年8月17日 申請(qǐng)日期1993年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月8日
發(fā)明者張立群, 周彥豪, 陳倫紀(jì) 申請(qǐng)人:北京化工學(xué)院