短纤维增强橡胶及其取向机头的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第4期椽皎技术与装备短纤维增强橡胶及其取向机头的研究崔时虎(化工霉北京掾胶工业研究设计院)⑤摘要穆瑞明近几年来，短纤维为一种新型补强材料，在橡胶工业中的应用得到了越来越多的研究者的关注短纤维孙在橡皮基体中的取向形式、取向度是制备性能优异的各向异性复台材科的关键因素之一。本文论述了纤维的职向梅程响o其黧结果对机亩道设计及实际生产有一定的誉指导意义。肼箍耻、赠慌耐聃釉啪的边界就可以得到传统的炭黑，二氧化硅、1引言陶土这些颗粒状补强剂补强工艺无法产生的材料的各向异性。近几年来，由于短纤维增强橡胶具有加由于短纤维

2、的加入限制了橡胶基体的变工工艺简单，制品机械性能优良等特点，短形，制品在高温和溶剂接触等苛刻环境中工纤维作为一种新型补强剂，在橡胶工业中的作时尺寸稳定，如用填加纤维素纤维的胶料应用理论和工艺不断有开拓和发展，国外对制成密封圈，其尺寸稳定性优于尼龙织物}在胶料中直接掺入各种短纤维(如棉纤维尼另外在静载荷作用下短纤维补强橡胶制品的龙纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等)进行了广抗蠕变破坏性能明显优于无纤维填充的制品泛的研究。这是因为这种复合材料不仅具有且其定伸强度硬度都明显提高。特殊性能，而且可以利用短纤维作为撂胶制橡胶基体中掺入短纤维可以减少龟裂转品的补强剂，改善

3、了材料的强韧性能。由于短移增长裂口末端，使表面缺陷和抗撕裂性能纤维的存在使橡胶材料的模量增加，同时也得以改进，降低了龟裂增长，提高了制品的改善了硫化胶的其他一些特性抗冲击强度。由于未经处理的短纤维难于在橡胶中分此外，对于化纤厂作为废料处理的黄麻散，加工中极易断裂并且纤维与橡胶间缺乏纤维和一些无法纺织的废纤维经过切断就可粘合等原因，在70年代前短纤维在橡胶制品以作为补强橡胶的填料，这是一种既可以废中的应用一直没有很大进展。直到后来通过物利用又可以降低成本提高经济效益的有效适当的方法对纤维素进行处理Ot2，3)，开发途径。了系列纤维素短纤维产品，才使短纤维

4、在除了橡胶本身的性能外，决定橡胶短纤橡胶中得以广泛应用[45]。维复合材料基本性能的因素有：短纤维作为增强材料一是可以降低成(1)短纤维的种类和用量J本，二是可以改善橡胶材料的物理机械性(2)短纤维的长度和长径比J能，使材料兼有橡胶的性能和纤维的高模量(3)短纤维在基体中的取向形式和取高强度。并且，如果控制其加工条件和口型向度维普资讯http://www.cqvip.com橡胶技木与装鲁(4)短纤维与胶料的牯台强度，在流场中的取向方程。(5)短纤维在胶料中的分散状态。(b+a)∞1=b(v+f)+c(v—f)目前，这种短纤堆补强胶料在国外已被(c+a)

5、coz=c(十g)+a。(一g)(1—1)广泛应用于轮胎、胶带、胶鞋、密封件、腔(+b)0)3暑a’(+h)+b。(．h)辊，汽车仪表扳等方面，丽且几乎所有高性其中，a，b，c——是椭球的半轴能的三角带、j司步齿形带、变这带均采用了∞1，∞z，∞8——分别为绕其椭球三个短纤维补强胶料。在这方面，我们国内也进轴的旋转速率}行了一些探索性的研究但投有得到满意的结h，g，f，——为应变速率张量E的果，尚没有形成生产力。因此开展这一领域非对角线分量j的研究工作是很有意义的，，——为旋转速率张量Q的非对角线分量。2基本理论的研究rdfg]2．1纤维的取向E=lf

6、eh{lghk』取向是指纤维或有向粒子沿_定方向上Seffery在这个方程中采用了随动坐标的排列。系，并用了在粒子表面无滑动的边界条短纤维在流动过程中，通过特殊的口件，同时假设远离粒子周围流场处于稳态的型，在流休动力的作用下会定向排列制成各条件下得出的。这个方程引入了以下几个假向异性的材料。大量文献和实验表明，纤维设：在流动过程中的取向形式和取向度是决定材①粒子是椭球状的j料性能的重要因素之一。一定的纤维含量下Q≈②粒子之间无相互作用，在纤维取向的方向上材料的强度和模量都有③基休是粘性牛顿流体。显著的提高。因此建立最终取向形式取向一VO④运离粒子周围的

7、流场无扰动。度与设备(口型)几何参数及加工条件之同应当注意，椭球状粒子的长径比很小关系是非常重要的，它可以用来设计和控制(接近于1)，而一般的短纤维前常用长径加工过程使最终产品具有理想的机械特比在20~200范围内，差别比较大。而且在性。如对管制品，若纤维沿周向排列，J咧能实际应用中，短纤维作为填料在橡胶基体中在不影响曲挠性能的条件下获得承压增强的的混入量很大(5～50)，因此，在高敬效果，若纤维灼排列方向与管轴呈辐射状，度下纤维之间相互作甩必然存在(依含量不则胶管有较好的柔软性，若要使制成的胶管同丽变化)。特别是对长径比很大的短纤既柔软又有承压增强的

8、作用，可使纤维排列维，纤维的混入量应与长径比是相互制约方向皇周向和辐射状的综台形式。然而，耍的