專利名稱：：橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及環(huán)境材料領(lǐng)域，具體的是一種由橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：含纖維骨架材料的廢橡膠制品在再生過程中(制造再生膠或膠粉)，會(huì)產(chǎn)生大量的廢纖維。橡膠制品中纖維用量一般占生膠的1060%，膠帶、膠管、膠鞋和膠布類的纖維用量較多，約占生膠的50%。這些纖維和橡膠一樣都是寶貴的資源，應(yīng)該充分利用。否則不僅浪費(fèi)資源，而且造成環(huán)境污染。直接從輪胎和其他含纖維骨架材料的橡膠制品中得到的廢纖維，纖維長度比較長，纏結(jié)非常嚴(yán)重，部分還以股線形式存在。廢纖維中含有大量的膠粉和膠粒，它們的存在，不僅會(huì)降低材料的力學(xué)性能，而且它們將廢纖維粘連在一起，會(huì)造成纖維難以分散。同時(shí)，廢纖維表面一般污染比較嚴(yán)重。這些因素都制約了廢纖維的有效利用。國內(nèi)在90年代對(duì)廢纖維的利用研究較多，尤其是張立群等提出了橡膠再生廢纖維利用的若干方法，并申請(qǐng)了橡膠再生廢纖維回收制作塑料的方法(CN1161900A.1997)的專利。其后相關(guān)研究較少。而且未見廢纖維在廢膠粉硬質(zhì)橡膠中的應(yīng)用。廢膠粉制備硬質(zhì)橡膠，可以大量消耗廢膠粉，是利用膠粉的一種新的途徑。但這種硬質(zhì)橡膠存在著強(qiáng)度不太高、脆性較大的缺點(diǎn)。利用橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠，是本發(fā)明的初衷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決上述提出的問題，利用廢膠粉和廢纖維制備復(fù)合材料。本發(fā)明提供了一種簡便易行的利用廢膠粉和廢纖維的方法，可替代其他復(fù)合材料在建筑、園林器件、市政建設(shè)、物流等方面應(yīng)用。本發(fā)明是一種橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的制備方法。其特征在于這種復(fù)合材料由廢膠粉、廢纖維、硫磺和助劑組成。廢纖維經(jīng)預(yù)處理后，與表面降解的廢膠粉共混，通過大組分硫磺對(duì)其改性，得到硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料。其中，廢膠粉與硫磺的重量比為廢膠粉硫磺=ioo:5ioo:60。廢膠粉與廢纖維的重量比為廢膠粉廢纖維=ioo:5ioo:150。助劑為硫化活性劑、硫化促進(jìn)劑和界面粘合劑，硫化活性劑占廢膠粉重量的120%，硫化促進(jìn)劑占廢膠粉重量的0.55%，界面粘合劑占廢膠粉重量的010%。本發(fā)明中橡膠再生廢纖維的預(yù)處理過程為利用混煉機(jī)的強(qiáng)剪切作用，使廢纖維的團(tuán)聚分開，纖維變短，廢膠粉和膠粒表面再生，然后通過攪拌機(jī)將其粉碎均勻，得到橡膠再生廢纖維的短纖維。纖維的分散狀況對(duì)復(fù)合材料的性能至關(guān)重要。由于化學(xué)(氫鍵)或物理(原纖化)作用，未經(jīng)處理的短纖維傾向于集束，在橡膠中較難均勻分散。增加混煉時(shí)間，提高纖3維的分散程度，又易造成纖維斷裂，同樣減弱增強(qiáng)效果。對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理很好的解決了這一問題。硫磺對(duì)已經(jīng)存在的橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步進(jìn)行改性，同時(shí)對(duì)橡膠分子鏈也進(jìn)行改性。在廢膠粉的表面和內(nèi)部，會(huì)形成交聯(lián)密度的梯度。同時(shí)，廢纖維的存在，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。廢膠粉表面要經(jīng)過活化再生處理。膠粉活化后，膠粉表層的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)被打開，成為可以自由運(yùn)動(dòng)的分子鏈，而膠粉中間部位則保留著交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，是彈性的核。表層交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的打開，便于膠粉之間的再交聯(lián)，提高界面結(jié)合強(qiáng)度。彈性核的存在，使廢膠粉起到原位增韌的作用。本發(fā)明中加入的廢纖維來自廢舊橡膠制品再生過程中得到的廢短纖維。所用廢膠粉為常溫法或低溫冷凍法得到的普通膠粉，細(xì)度從20目-200目。所用的硫化活性劑為氧化鋅、氧化鎂、硬脂酸、硬脂酸鋅中至少一種化合物。所用的硫化促進(jìn)劑為二苯胍和二硫化二苯并噻唑。本發(fā)明中所用的界面粘合劑為間苯二酚-六亞甲基四胺-白炭黑體系。間苯二酚給予體和亞甲基給予體在硫化溫度下反應(yīng)，生成具有繼續(xù)反應(yīng)能力的粘合樹脂，而這種樹脂幾乎同時(shí)再進(jìn)行與廢纖維的以化學(xué)鍵和分子間作用雙重特征的粘合反應(yīng)，以及與廢膠粉的以亞甲基橋和氧雜萘結(jié)構(gòu)為特征的硫化反應(yīng)。白炭黑表面的硅烷醇結(jié)構(gòu)，對(duì)間-甲粘合起協(xié)同作用。本發(fā)明所述方法得到的硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料，使用廢棄后，經(jīng)粉碎、磨細(xì)，可添加到膠粉中，重新得到硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料，可以實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用。具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。本發(fā)明所采用的方法與以往利用膠粉和廢纖維的方法相比，材料完全由膠粉和纖維制備，膠粉含量高；膠粉為普通膠粉，來源廣泛，價(jià)格便宜；材料廢舊后經(jīng)粉碎可回收利用；涉及的工藝簡單，只需要一般的橡膠加工工藝和設(shè)備，容易推廣應(yīng)用；產(chǎn)品具有廣泛的用途，可替代其他復(fù)合材料在建筑、園林器件、市政建設(shè)、物流等方面應(yīng)用，具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。實(shí)施例中所有分?jǐn)?shù)都是質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)施例19所用纖維為姜堰市虹磊橡膠有限公司生產(chǎn)的橡膠再生廢纖維。膠粉為40目膠粉。各例具體配方如下圖所示。廢膠粉的表面活化采用De-link再生劑，其用量為3份。間苯二酚、六次甲基四胺和白炭黑的質(zhì)量比為3:2:10。具體加工工藝為第一步橡膠再生廢纖維的預(yù)處理。將廢纖維加入開煉機(jī)中薄通30次，然后將得到的廢纖維放入攪拌機(jī)中，攪拌10分鐘，使廢纖維完全分散開，得到廢舊短纖維。第二步膠粉中加入再生劑后，用連續(xù)加料式開煉機(jī)常溫薄通80次，然后依次加入廢纖維、硬脂酸、氧化鎂、氧化鋅、二苯胍(促D)、二硫化二苯并噻唑(促DM)和硫磺，混合4均勻，得到混煉膠。將上述混煉膠在平板硫化機(jī)上硫化成型，硫化條件為180°CX30min。拉伸試樣按照GB/T1701-2001測(cè)試，拉伸速度為5mm/min，沖擊試樣按照GB/T1697-2001測(cè)試，采用簡直梁測(cè)試方法，所用擺錘為5J擺錘。測(cè)試的結(jié)果如下。表1實(shí)施例19的配方配方_123456789膠粉100100100100100100100100100硬脂酸111111111氧化鎂55555520105氧化鋅555555-10-促D1.5;1.51.51.51.51.51.51.51.5促DM333333333硫磺202020202020104060廢纖維5204060120150404040間-甲-白體系------51020表2實(shí)施例1--9的物理機(jī)械性能配方12456789拉伸強(qiáng)度，MPa39.640.442.347.643.740.442.245.839.2斷裂伸長率，％2.52.62.53.43.22.63.72.41.9模量，GPa2.252.162.342.622.311.931.212.202.37召口D硬度，度909192928886869292無缺口沖擊強(qiáng)度，58.462.369.077.184.592.476.183.570.2KJ/m3實(shí)施例1012橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料廢棄以后，可以重新回收利用。復(fù)合材料粉碎得到的粉料，可以作為填料，重新加入到復(fù)合材料配方中，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利5用。橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的回收利用過程為將實(shí)施例19中測(cè)試完的復(fù)合材料樣條在烘箱中烘到9(TC，在熱輥開煉機(jī)上將其碾碎，得到的顆粒再在冷輥開煉機(jī)上細(xì)磨，最后過60目的篩子，得到膠粉。復(fù)合材料膠粉作為填料，加入到實(shí)施例3的配方中，添加量分別為30份、50份和100份。加工工藝同實(shí)施例19，復(fù)合材料膠粉在加入廢纖維的同時(shí)加入。測(cè)試結(jié)果如表3所示。表2實(shí)施例1012的物理機(jī)械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的制備方法；其特征在于這種復(fù)合材料由廢膠粉、廢纖維、硫磺和助劑組成；廢纖維經(jīng)預(yù)處理后，與表面降解后的廢膠粉共混，通過大組分硫磺對(duì)其改性，得到硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料；其中，廢膠粉與硫磺的重量比為廢膠粉∶硫磺＝100∶5～100∶60；廢膠粉與廢纖維的重量比為廢膠粉∶廢纖維＝100∶5～100∶150；助劑為硫化活性劑、硫化促進(jìn)劑和界面粘合劑，硫化活性劑占廢膠粉重量的1～20％，硫化促進(jìn)劑占廢膠粉重量的0.5～5％，界面粘合劑是廢膠粉重量的0～20％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的方法，其特征在于橡膠再生廢纖維的預(yù)處理過程為利用混煉機(jī)的強(qiáng)剪切作用，使廢纖維的團(tuán)聚分開，纖維變短，廢膠粉和膠粒表面再生，然后通過攪拌機(jī)將其粉碎均勻，得到橡膠再生廢纖維的l-6mm短纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的方法，其特征在于加入的廢纖維來自廢舊橡膠制品再生過程中得到的廢短纖維；所用廢膠粉細(xì)度從20目-200目。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的方法，其特征在于所用的硫化活性劑為氧化鋅、氧化鎂、硬脂酸、硬脂酸鋅中至少一種化合物；所用的硫化促進(jìn)劑為二苯胍和二硫化二苯并噻唑；所用的界面粘合劑為間苯二酚_六亞甲基四胺-白炭黑體系。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制備的橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料，使用廢棄后，經(jīng)粉碎、磨細(xì)，添加到膠粉中，重新得到硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料。全文摘要本發(fā)明涉及一種利用橡膠再生廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的方法。所述制備方法主要是將經(jīng)過表面活化的廢膠粉，與預(yù)處理的廢纖維進(jìn)行混合，在硫磺改性作用下，成為性能優(yōu)良的廢纖維增強(qiáng)廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料。硫磺對(duì)已經(jīng)存在的橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步進(jìn)行改性，同時(shí)對(duì)橡膠分子鏈也進(jìn)行改性，在膠粉與膠粉界面上形成硫磺梯度分布。同時(shí)，廢纖維對(duì)硬質(zhì)橡膠材料起到增強(qiáng)作用。本發(fā)明制備方法簡單易行、原材料來源廣泛，價(jià)格便宜，制備的材料可循環(huán)利用，具有重要的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。文檔編號(hào)C08J5/04GK101696288SQ20091023621公開日2010年4月21日申請(qǐng)日期2009年10月23日優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日發(fā)明者劉慶生,張立群,李蕾,王益慶申請(qǐng)人:北京化工大學(xué);