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短纤维补强橡胶具有哪些特性

2012/04/25 10:38
导读: 短纤维在胶料中的排列是有方向的, 在胶料加工过程中(混炼压出时),纤维有沿着胶料流动方向取向的倾向,从而导致在这个方向上的机械性能不同于在其它方向上的机械性能。在沿纤维方向上的胶

  短纤维补强橡胶具有许多特性,它主要取决于胶种、纤维的品种、用量, 取向程度、长径比以及纤维与胶料的粘着性等。

  1、胶料的各向异性

  短纤维在胶料中的排列是有方向的, 在胶料加工过程中(混炼压出时),纤维有沿着胶料流动方向取向的倾向,从而导致在这个方向上的机械性能不同于在其它方向上的机械性能。在沿纤维方向上的胶料刚度、模量、抗蠕变及强力均较高,柔软度较差,而在与纤维排列垂直的方向则相反, 手感柔软。纤维取向程度愈高, 胶料的纵向与横向性能差异越大, 显示了各向异性。纤维的取向程度由纤维品种、用量、胶种、纤维形态(长径比)和混炼加工方法等所决定。一般情况下,刚性纤维容易取向,而柔性纤维扭转性高,有结团倾向,其中尤以聚酯纤维最为突出。据报道, 玻璃纤维在胶料中的取向度比聚酰胺和芳纶高, 纤维素纤维因表面经预处理, 故分散均匀, 取向良好。

  另外, 混炼胶的制造和加工方法会明显影响纤维的取向程度, 用密炼机制备的混炼胶各向异性不太显著, 但如果胶料接着在开炼机上加工,则有利于增大纤维的取向程度。辊缝中的供胶方向会进一步增大纤维的取向。反之,如经常割胶并垂直于辊筒向辊隙供胶会破坏纤维的取向。因此,为了制得高度各向异性的胶料,必须尽可能保持纤维在胶料中的稳定取向,适当提高开炼温度和增加开炼机的加工时间,用挤出和压延方法代替开炼都能提高取向效果。

  2、抗张强度

  当纤维用量较少时, 胶料的抗张强度低于普通胶料本身的抗张强度, 随着短纤维用量的增加, 复合材料的抗张强度不断提高, 当用量达10% ~ 15% 时, 强度超过橡胶基质本身的强度,之后还会继续增大, 直至达到上限, 其后强度又开始下降。

  3、耐久性能(蠕变、疲劳、应力松弛)

  胶料中加入短纤维后,材料的耐久性能, 即蠕变、疲劳和应力松弛等也都有显著改进。以纤维素纤维为例, 在70kg /cm2 伸长负荷作用下, 经24小时后纤维素纤维胶料的蠕变仅为原始尺寸的0. 4%,而在上述负荷的1 /4 量( 17. 5kg /cm2 )的作用下, 单纯的基质材料经过同样时间后的蠕变却是此值的三倍( 1. 2% )。据报道, 纤维素纤维的抗蠕变效果较佳, 因为其伸长性比尼龙和聚酯都低。疲劳试验的情况也是如此,纤维素纤维胶料的疲劳性能和应力松弛性能较无纤维胶料的都高。

  4、撕裂强度

  低填充( < 6% ) 短纤维可提高胶料的撕裂强度。据报道, 几乎所有纤维填料都能提高硫化胶的抗撕裂性能, 其中芳纶和聚酰胺能大大提高天然胶的抗撕裂性能, 这类纤维的补强效果超过木质素纤维,特别是超过玻璃纤维。

  5、抗溶剂溶胀

  纤维对胶料在溶剂如苯等中的溶胀具有约束作用, 因此应用短纤维补强橡胶可以显著降低橡胶在溶剂和其它介质中的溶胀。

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