浸膠液中添加納米材料蒙脫土改性研究

周偉芳　劉　淼

摘要：隨著汽車輪胎工業(yè)的發(fā)展，對輪胎骨架材料簾子布的要求越來越高，而浸膠液對簾子布的質(zhì)量起著非常重要的作用，它決定著簾子線與橡膠的粘結(jié)力水平。針對現(xiàn)有RFL浸膠液配方不足的狀況，通過在浸膠液中添加納米材料蒙脫土，使纖維骨架材料和橡膠之間的粘結(jié)力、簾線柔軟性等得以改善。

關(guān)鍵詞：浸膠液；蒙脫土；粘結(jié)力；納米材料；反應(yīng)機理

中圖分類號：TB383

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0013-02

隨著汽車輪胎工業(yè)的發(fā)展，對輪胎骨架材料簾子布的要求越來越高，而浸膠液對簾子布的質(zhì)量起著非常重要的作用，它決定著簾子線與橡膠的粘結(jié)力水平。在浸膠液中加入一些微量添加劑，可以減少紫外線、臭氧、溫濕度等對粘合性能的破壞。降低簾線在熱處理過程中的強力損失，而且可以使簾線的柔軟性和耐疲勞性得到一定程度的改善。

目前納米技術(shù)的發(fā)展異常迅速，并在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其也為簾子布浸膠液的研究提供了新的方法和途徑。經(jīng)過對國內(nèi)外納米材料技術(shù)的研究，決定在浸膠液中添加納米材料蒙脫土進行改性研究。

一、納米材料蒙脫土簡介

利用納米材料蒙脫土和高分子聚合物共混制成的聚合物，蒙脫土納米復(fù)合材料，是目前研究最多、最有希望工業(yè)化的聚合物納米復(fù)合材料。聚合物納米復(fù)合材料是以聚合物為基體(連續(xù)相)、填充顆粒以納米尺度分散于基體中的新型高分子復(fù)合材料。在納米復(fù)合材料中，分散相的尺寸至少在一維方向小于100nm。和傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，由于分散性的納米離子帶來的納米尺寸效應(yīng)、大比表面積和納米粒子與基體間的極強的界面結(jié)合作用，其具有優(yōu)于相同組份常規(guī)聚合物復(fù)合材料的力學(xué)、熱學(xué)性能，是一種全新的高技術(shù)材料，具有廣闊的商業(yè)開發(fā)和應(yīng)用前景。

由于聚合物／蒙脫土納米復(fù)合材料實現(xiàn)了納米相分散、強界面作用和自組裝，具有較常規(guī)聚合物／無機填料復(fù)合材料無法比擬的優(yōu)點，如優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)性能和氣體阻透性能等，因此備受關(guān)注。

(一)蒙脫土的結(jié)構(gòu)

本研究所用的蒙脫土(MMT)是我國豐產(chǎn)的一類天然粘土礦物經(jīng)特殊處理而成，是一種層狀硅酸鹽。其結(jié)構(gòu)片層是納米尺度的，包含有三個亞層，在兩個(Si,Al)-0四面體亞層中間夾含一個(AL,Mg,Li)-(O,OH)八面體亞層組成一個基本晶層單位。亞層之間通過共用原子以共價鍵連接，結(jié)合極為牢固?；揪訂挝坏暮穸燃s1nm，沿蒙脫土層面方向擴展，天然晶為0.1～2μm，合成品為10～100nm。由于鋁氧八面體亞層中的部分鋁原子被低價原子取代，片層帶有負電荷，過剩的負電荷靠游離于層間的Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺陽離子平衡。國外自20世紀90年代初期就開展在尼龍、滌綸、芳綸簾子布浸膠液中添加合成蒙脫土進行改性試驗，效果顯著。

(二)聚合物納米復(fù)合材料用蒙脫土的組成及要求

當聚合物，蒙脫土納米復(fù)合材料中聚合物的質(zhì)量分數(shù)為100時，合成蒙脫土的組成如下：

蒙脫土礦物質(zhì)應(yīng)具有陽離子交換容量(CEC)50～200meq/100g，最好為90～110meq/100g，其中鈉離子交換容量在70～90meq/100g。當交換容量CEC大于200meq/100g時，極高的層間庫侖力使得蒙脫土不易以納米級尺度均勻分散于聚合物基體中；當交換容量低于50meq/100g時，粘土不能有效的與聚合物單體相互作用，從而不足以保證蒙脫土與聚合物基體的相容性，使蒙脫土不易均勻分散在聚合物基體中。蒙脫土礦物最好用球磨機粉碎至適當?shù)念w粒尺寸，一般粒徑應(yīng)在37～74μm，片層厚度為9.6埃，層間距離為2～5A，層間距離越大，力學(xué)性能和耐熱性能改善越大。

二、RFL浸膠液加入蒙脫土改性試驗

(一)主要試驗儀器及設(shè)備

單線浸膠機、NF-50型電熱式平板硫化機、粘結(jié)力測試機、高速攪拌機、磁力攪拌器、PH值測試儀、粘度測試儀。

(二)主要試驗原材料

甲醛水溶液(37％)、間苯二酚(固)、氫氧化鈉(固)、VP(乙烯基吡啶膠乳)(40％)、SBR(苯乙烯一丁二烯膠乳)(40％)、氨水(20％)、尼龍66復(fù)捻簾線、MMT。

(三)試驗用改性浸膠液的配制方法

取蒙脫土分散液160ml加入到所配制的RFI浸膠液(300m1)中，攪拌均勻待用。

(四)試驗結(jié)果

綜合多次試驗結(jié)果，粘結(jié)力平均變化率如圖1所示：

三、可能的反應(yīng)機理

本試驗所用的蒙脫土經(jīng)處理后在水中分散成穩(wěn)定的懸浮液，可獲得穩(wěn)定的粘性。并使其比表面積擴大，同時由于蒙脫土表面保持了很多的羥基，其對水溶液具有極強的吸附作用，從而抑制了粘結(jié)劑基質(zhì)成分向纖維軟線內(nèi)部滲透。在這種狀態(tài)下，對纖維軟線進行熱處理時，上述粘結(jié)劑基質(zhì)成分在纖維軟線的表層處固化，因此，在纖維內(nèi)層的纖維絲之間的自由度變大，結(jié)果改善了纖維軟線的柔軟性，從而使纖維軟線自身的高強度得以保持并使其耐疲勞性得到提高。

同時，由于在蒙脫土中添加有插層劑和其它陽離子型表面活性劑，其較容易進入蒙脫土晶片間的納米空間，并能顯著增大晶片間層間距，其有利于間苯二酚一甲醛的初始縮聚物分散、插層進入層狀蒙脫土片層中，然后原位聚合，利用聚合時放出的熱量，克服蒙脫土片層間的庫侖力并使其剝離，從而使蒙脫土以納米尺度的片層均勻分散在RFL膠液中。在簾線進行浸膠熱處理及簾線和橡膠的硫化過程中，在PFL與尼龍纖維之間以及RFL與橡膠之間通過物理擴散及化學(xué)鍵作用結(jié)合在一起時，納米級的蒙脫土片層在三者之間起到增強效應(yīng)，形成強的界面相互作用，從而達到提高粘結(jié)力的目的。因此，即使簾線表面RL涂敷量很少，也能獲得和橡膠之間良好的粘結(jié)力。

四、結(jié)論

通過在RFL浸膠液中添加適量的納米材料蒙脫土，可以明顯的提高纖維骨架材料和橡膠之間的粘結(jié)力，且可以提高簾線的柔軟性，從而有利于簾線的耐疲勞性的提高；當蒙脫土的含量占整個浸膠液含固量的1％～2％時，浸膠液分散體系的穩(wěn)定性較好，粘度及PH值與未加入蒙脫土的浸膠液相比變化不大，而且粘結(jié)力的提高幅度相對較大。