专利名称：短纤维的预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于短纤维橡胶复合材料(SFRC)的短纤维进行予处理的方法。
短纤维橡胶复合材料(SFRC)是近年来应运而生的一种新型聚合物复合材料，它既保持了橡胶独特的高弹性又兼具低伸长下高模量的特点，并有高强度、高硬度、耐磨等优异性能。随着短纤维在橡胶中的应用，人们对短纤维的予处理技术进行了很多研究，如相关的文献，GB2147589A，USP4543311，USP3943079，日本公开特许昭59-43041等均有报道。
对短纤维的予处理主要是为了改善短纤维在弹性体中的分散和粘合。美国孟山都公司在USP3697364专利中提出用胶乳浸渍纤维素短纤维来改善短纤维在橡胶中的分散。将水、胶乳、抗氧剂以及其它助剂与短纤维按一定比例混合后，搅拌形成均一的悬浮液，然后将短纤维过滤出来，干燥制得短纤维予分散体。这种浸渍的方法使粘合剂对短纤维有较好的渗透和粘合性，但是短纤维在水悬浮液中浸渍时，由于纤维对不同的助剂有选择吸附作用，从而使滤液成分发生变化，不利于连续利用浸渍液，另外对于表面光滑的有机纤维来说，在悬浮液中不易挂胶，因此孟山都公司只用此法处理纤维素纤维，并已商品化(称为Santoweb)。
在USP4263184专利中公开了一种凝聚包覆短纤维的予处理方法。将短纤维与胶乳、水、抗氧剂混合在一起，在高速搅拌下加入一定浓度的电解质溶液使胶乳凝聚包覆在短纤维上，取出干燥后得到短纤维予分散体。GB2138430A也提出类似的方法。该方法可以使予处理短纤维有满意的分散性，但是对粘合改善甚少。这是因为胶乳凝聚后，会阻碍粘合剂对纤维表面的浸润和渗透作用，同时在凝聚时，粘合剂等其它助剂会从胶乳中析出一部分而流失，不但造成浪费，还使有效成分减少。
本发明的目的提供适当的予处理剂体系和处理方法，能对各种短纤维，包括表面光滑的有机纤维进行浸渍涂覆处理，从而使粘合剂组分与短纤维充分发生渗透、扩散、粘合作用，处理后的短纤维既有很好的分散性，又有理想的粘合性，处理后无残渣余液。
本发明的要点将短纤维与胶乳、填料、粘合剂及其它辅料组成的处理剂体系混合后，高速搅拌至均匀混合，再经干燥制成高度均一的粒状短纤维予分散体。其中短纤维与处理剂体系各组分重量百分比是(组合时总重量为100%)短纤维 20%-80%粘合剂 0%-30%胶乳 0%-70%填料 0%-60%润滑剂 0%-40%防老剂 0%-5%表面活性剂 0%-2%上述各组分可以直接放入高速搅拌装置中搅拌，亦可以先将各类处理剂予混合，然后再与短纤维一起高速搅拌，搅拌时间5-25分钟，搅拌温度10℃-120℃。高速搅拌后予处理纤维被均匀涂覆，呈球粒状，产物无溶液滴落现象，无残余液，然后取出干燥，干燥温度为室温-180℃，时间为1-24小时，干燥后最好经热处理，处理温度为120℃-230℃，时间为2-30分钟。
上述所采用的原料短纤维可以是表面粗糙的纤维素纤维、棉纤维，也可以是表面光滑的有机纤维，包括聚酰胺纤维、聚酯纤维，维尼纶纤维，人造丝纤维等。短纤维可由长丝切短在0.3-20mm的范围。为了获得良好的补强，纤维直径最好在0.1-50um之间。还可以采用由碎布、废丝、再生胶等所获取的废短纤维，以降低成本，用于对材料性能要求不高的制品上。
所用的胶乳是合成胶乳或天然胶乳，如丁苯、氯丁、丁腈、聚氨酯、EVA乳胶等。它们作为纤维以及其它助剂的包覆剂，它可有效地将短纤维隔离包容起来，同时也作为粘合剂向纤维渗透的载体，其最终用量以刚好为短纤维、固体填料等靠毛细效应及表面吸附效应所能吸附的最大量为佳。这样保证了尽可能少地向基质橡胶引入杂质，没有处理浪费，降低烘干费用和搅拌能耗。
所用的粘合剂包括工业处理帘布及织物用各种水溶性及油溶性液体粘合剂或直接加在胶料中的固体粘合剂等，如RFL、Pexul、RS/RH、H/R/H。其用量要根据其本身活性在0%-30%范围内选择。
所用的填料是一种或几种橡胶用填充物或者补强剂如炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土、滑石粉等。目的是使短纤维更有效地隔离开来，使分散体更均一。此外，适当的填料还会使予处理工艺变得更容易，并使加工时有令人满意的吃进速度。
本发明在采用各种助剂的同时，还加入合成胶乳时用的一种或几种表面活性剂，如脂肪酸盐、芳香酸盐、酪素、羟甲基纤维素、平平加等。它们使填料等助剂得到一定程度的乳化，增强在胶乳中的相容性，从而能够均匀地分布于短纤维予处理物中。这使本方法可以处理各种纤维，特别是表面光滑的有机纤维。
本发明采用的高速搅拌装置可以是市售的各种高速搅拌机，容量可根据生产规模选10-500升。为了增强处理效果，可以附带冷却装置、鼓风装置。
本发明的效果本发明选用适当的处理剂体系和直接高速搅拌的浸渍涂覆方法，有效地克服了凝聚法和悬浮液浸渍处理短纤维时，或阻碍粘合或丧失水溶性处理助剂的缺点，使处理剂均匀、良好地浸渍涂覆短纤维，全部被纤维通过毛细管效应和表面吸附效应吸收，予处理物无溶液滴落现象，处理器中无残渣余液，无须废物处理，便于连续生产。特别是粘合剂组分与纤维充分发生作用，使处理物有很好的分散性和粘合性。除此之外，处理后，产物呈球粒状，填加时有很好的吃进速度，制品的物机性能高。本方法操作简便，工艺简单，可以处理各种纤维，尤其是处理表面光滑的有机短纤维也有很好的效果。
本方法处理的短纤维与孟山都公司的Santoweb及未处理纤维相比的物机性能如表1、表2所列测试数据。其分散度要明显好于未处理尼龙，也优于Santoweb纤维。其力学性能比Santoweb纤维更好。
实施例1将200克(长度为5mm，直径为20μm)维尼纶短纤维、200克氯丁胶乳(固含量37%)、20克水，3克PVA和1克十二烷基硫酸钠放入容量为10升的高速搅拌机中，盖好顶盖，先低速搅拌两分钟，然后再高速搅拌6分钟，控制搅拌温度在20℃-100℃之间，停止搅拌，取出予处理物，其呈球状，由于所加入的液体予处理剂刚好被短纤维靠表面吸附和毛细管效应完全吸收，所以，予处理物无溶液滴落现象，处理器中也无残渣和余液，将其放入热空气烘箱中，在50℃-80℃的温度下进行干燥，时间6-10小时，干燥完毕后，将其装入袋中存放，此予处理物中短纤维含量为72%。
实施例2将200克(长度为3mm，直径为23μm)聚酯短纤维、200克丁腈胶乳(固含量40%)、15克邻苯二甲酸二丁酯、1.5克十二烷基苯磺酸钠和2克平平加“O”，放入容量为10升的高速搅拌机中，盖好顶盖，先低速搅拌1分钟，再高速搅拌7分钟，控制搅拌温度在20℃-100℃之间，停止搅拌，取出予处理物，其外观呈现球状，由于所加入的液体予处理剂均被短纤维靠表面和毛细管效应完全吸收，所以，予处理物无溶液滴落，处理器中也无残渣和余液，将予处理物放入热空气烘箱中，在30℃-80℃的温度范围内干燥，时间5-14小时，干燥完毕后，将其装入袋中存放，此予处理物中短纤维含量约69%。
实施例3将200克长度为7mm直径20μm的维尼纶短纤维、560克丁苯胶乳(25%固含量)、120克HAF炭黑(或滑石粉、碳酸钙等)、2克防老剂(防D、防RA、防A等等)、2克硬脂酸钠(或干酪素、羟甲基纤维素等等)一起放入10升高速搅拌机中，盖好上顶盖。然后先低速搅3分钟，再高速搅8分钟，控制搅拌温度在20℃-100℃之间。停止搅拌，打开卸料口卸出处理物，予处理短纤维已经被处理剂均匀涂覆，产物呈球状。由于此时各种予处理剂均被短纤维和固体填料通过毛细管效应和表面吸附效应全部吸收，予处理物无溶液滴落现象，处理器中也无残渣余液。将予处理短纤维置于热空气烘箱中，烘干温度60℃-80℃，时间6-10小时。将予处理物装袋存放。此予处理物中短纤维含量维为46.2%。
实施例4首先将500克氯丁胶乳(固含量37%)、120克SRF炭黑、25克DOP、3克十二烷基苯磺酸钠和50克水放入2000毫升的容器中予混合一下，然后将200克(长度6mm，直径为30μm)棉短纤维和予处理剂一起放入容量为10升的高速搅拌机中，盖好顶盖，先低速搅拌2分钟，再高速搅拌8分钟，控制搅拌温度在20℃-80℃之间，停止搅拌，取出予处理物，其外观呈球状，由于所加入的液体予处理剂均被短纤维和固体填料靠表面吸附和毛细效应完全吸收，所以，予处理物无溶液滴落现象，处理器中无残渣和余液，将予处理物放入热空气烘箱中，在30℃-80℃的温度范围内干燥，时间6-14小时，干燥完毕后，将其装入袋中存放，此予处理物中短纤维含量为约37%。
实施例5将丁苯胶乳(25%固含量)120克、粘合剂RFL(20%固含量)100克、水100克、机油5克、SRF炭黑42克、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠2.5克、防老剂D2克放于一5000ml烧杯中予混合一下，然后将200克尼龙短纤维(长度8mm、直径20μm)放入10升的高速搅拌机中，再把混合处理液倒入高速搅拌机。盖好上顶盖，先低速搅2分钟，然后高速搅8分钟(控制温度在20℃-80℃之间)。停止搅拌，打开卸料口卸料，予处理短纤维已经被处理剂均匀涂覆，产物呈球状。此时各种液体予处理助剂已经全部被短纤维和固体填料通过毛细管效应和表面吸附效应吸收，所以予处理物无溶液滴落现象，处理器中也无残渣余液。将处理物放入热空气烘箱中干燥8-10小时，温度70℃-100℃。为了更充分发挥所使用的粘合剂的粘合作用，再在120℃-180℃之间的温度范围内热处理10-30分钟。干燥完毕后装袋存放。此予处理物含量约为68%。
表1、表2中基质橡胶的配方如下1、NR100;ZnO5;SA2;促NOBS0.7;促DM0.9;防RD1.5;石腊1.5;S2.12、CR100;ZnO5;MgO4;SA0.53、SBR100;ZnO5;SA2;促D0.5;促DM1.5;防RD1.0;S2.0
权利要求
1.一种短纤维的予处理方法，将短纤维与胶乳、填料、粘合剂及其它辅料混合，高速搅拌，经干燥后制成粒状短纤维予分散体，其特征在于(1)短纤维与处理剂体系各组分重量百分比为短纤维 20%～80%粘合剂 0%～30%胶乳0%～70%填料0%～60%润滑剂 0%～40%防老剂 0%～5%表面活性剂 0%～2%(2)将上述各组分在高速搅拌装置中直接高速搅拌5-25分钟，搅拌温度10℃-120℃，然后将粒状均一的予处理物取出干燥，干燥温度为室温～180℃，时间1-24小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的短纤维可以是表面粗糙的纤维素纤维、棉纤维，也可以是表面光滑的有机纤维，特别是尼龙、聚酯、维尼纶纤维，短纤维长度在0.3-20mm之间，直径最好在0.1-50um之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所用的短纤维可以是废布、废丝、再生胶所得的废纤维。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘合剂包括工业处理帘布用的水溶性及油溶性液体粘合剂，或直接加在胶料中的固体粘合剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的填料是以下一种或几种包括炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土、滑石粉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的表面活性剂是以下一种或几种，包括合成胶乳时用的脂肪酸盐、芳香酸盐、酪素、羟甲基纤维素、平平加。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于短纤维与处理剂可以同时加入高速搅拌装置，也可以先将处理剂混合，然后加入短纤维，再高速搅拌。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，予处理物干燥后在120℃-230℃下热处理2-30分钟。
全文摘要
本发明提出一种用于短纤维橡胶复合材料中短纤维的预处理方法。将各类短纤维，如尼龙、聚酯、维尼纶纤维等与胶乳、填料、粘合剂、润滑剂、表面活性剂、防老剂等处理剂体系直接在高速搅拌装置中搅拌，得到表面均匀涂覆的粒状处理物，处理器中无残渣和废液，处理剂被短纤维全部吸附和渗透。然后取出处理物干燥、得到预处理短纤维。该预处理短纤维在填加时有良好的吃进速度和分散性，并与基质橡胶粘合良好。
文档编号C08J5/06GK1090862SQ9311712
公开日1994年8月17日 申请日期1993年9月8日 优先权日1993年9月8日
发明者张立群, 周彦豪, 陈伦纪 申请人:北京化工学院