一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料的制作方法

本发明涉及橡胶复合材料，尤其涉及一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料。

背景技术：

1、橡胶型缓冲块被广泛应用于汽车用减震缓冲块中，通过其自身提供的优越弹性，为汽车的减震缓冲提供了巨大性能提升，但是由于车用缓冲块的使用环境中对缓冲块的弹性冲击作用频繁，且工作环境相对恶劣，因此，缓冲块的寿命偏低，主要是因为在长期使用的过程中，橡胶在氧化剂、车用油等溶剂作用下，橡胶内的分子发生断裂，逐渐失去弹性甚至发生皲裂失效，现有技术中有同感加入高模量的纤维或片状纳米结构对橡胶进行改性的方案，虽然提升了橡胶的使用寿命，但是同样会使橡胶的结构强度变高，从而降低了缓冲性能。

2、如何提高缓冲块的橡胶材料的使用寿命同时不影响其缓冲性能成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，旨在提高缓冲块的使用寿命，同时保持橡胶的弹性性能。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，按重量份数计算，包括：

3、天然橡胶 100份

4、卷曲型复合碳纤维 10-30份

5、硫化剂tmtd 0.3-5份；

6、其中，卷曲型复合碳纤维包括卷曲的碳纤维芯部以及附着在碳纤维芯部外表面的凯夫拉膜。

7、以上实施方式中，卷曲型复合碳纤维具有卷曲外形，通过将卷曲型复合碳纤维分散在天然橡胶中，在橡胶主体发生弹性形变的过程中，卷曲型复合碳纤维随橡胶一起形变，从而吸收能量，提升橡胶的阻尼系数，同时碳纤维主体具有良好的导热性能，可以降低橡胶在形变过程中的产热量，其次，碳纤维结构强度高，即使橡胶本体发生部分损坏，也能够维持橡胶主体的结构稳定，从而延长使用寿命，凯夫拉膜层使碳纤维具有层状复合结构，由于碳纤维模量相对较高，为了避免在巨大弹性形变的过程中，碳纤维出现断裂，利用凯夫拉膜层对碳纤维进行加强，从而极大地提高了卷曲型复合碳纤维的弹性模量。

8、在一些实施方式中，卷曲型复合碳纤维的直径为10-15μm，碳纤维芯部的直径为5-8μm。

9、在一些实施方式中，卷曲型复合碳纤维的制备方法包括如下步骤：

10、步骤一、拉伸聚丙烯腈纤维至3-4倍；

11、步骤二、将聚丙烯腈纤维加热至100-200℃，保温处理1-3s，得到卷曲聚丙烯腈纤维；

12、步骤三、将卷曲聚丙烯腈纤维在空气中加热至200-300℃，保温处理50-60min；然后将卷曲丙烯腈纤维在惰性气体气氛下加热至1000-3000℃，保温处理3-5min，得到卷曲的碳纤维芯部；

13、步骤四、将卷曲碳纤维芯部浸润凯夫拉纺丝原液，固化后得到卷曲型复合碳纤维。

14、在一些实施方式中，为了获得具有卷曲型的碳纤维，通过拉伸聚丙烯腈纤维，然后加热的方式，使聚丙烯腈收缩，由于经过拉伸后的聚丙烯腈内部晶体分布不均匀，因此收缩的过程中也会因为不均匀而导致弯曲，从而形成弯曲型的聚丙烯腈纤维，通过对弯曲的聚丙烯腈纤维进行碳化处理，得到卷曲的碳纤维。

15、以上实施方式中，将卷曲碳纤维芯部浸润凯夫拉纺丝原液后，经冷水洗涤，干燥，从而得到表面附着有凯夫拉层的卷曲型复合碳纤维。

16、在一些实施方式中，卷曲型复合碳纤维在投料制备复合橡胶材料之前经过分切处理。

17、以上实施方式中，卷曲型复合碳纤维的平均长度为1-3mm。

18、以上实施方式中，凯夫拉纺丝原液为凯夫拉的硫酸溶液，作为优选的，凯夫拉硫酸溶液的浓度为1-5(wt)％。

19、在一些实施方式中，在拉伸聚丙烯腈纤维至3-4倍后、在加热至100-200℃，保温处理1-3s之前，还包括：将聚丙烯腈纤维浸润至聚酰胺的溶液中，然后干燥处理，得到表面具有聚酰胺的聚丙烯腈纤维。

20、以上实施方式中，卷曲的碳纤维能够随着橡胶的压缩膨胀而形变，从而吸收能量，而卷曲的碳纤维的形变量取决于其在一个维度上的可伸缩量，一方面由拉伸边长率决定，另一方面由卷曲程度决定，碳纤维的拉伸伸长率较低，因此为了提高其可弹性形变量，可以考虑提高其卷曲度，拉伸聚丙烯腈纤维的方式，其卷曲主要由拉伸后的纤维在受热时的相邻两段纤维的受热膨胀率区别决定，由于前期的拉伸倍率仅为3-4倍，因此该卷曲量相对较小，而由于过渡拉伸后，聚丙烯腈的定向结晶会导致其后续受热收缩率下降，因此本申请通过在聚丙烯腈的表面复合一层聚酰胺，利用两种材质的受热膨胀率差异，进一步增大卷曲程度，此处所指卷曲程度包括卷曲的弧度以及单位长度聚丙烯腈纤维内的卷曲数量。

21、在一些实施方式中，所述聚酰胺溶液为聚酰胺的甲酸溶液，作为优选的，聚酰胺的甲酸溶液的浓度为10-20(wt)％。

22、另一方面，本发明还提供了一种复合橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

23、将天然橡胶与卷曲型复合碳纤维按重量份进行混合并加入密炼机内进行密炼，密炼后加入硫化剂tmtd，硫化处理后得到车用缓冲块的复合橡胶材料。

24、在一些实施方式中，密炼时间为3-5h，密炼温度为210-240℃。。

25、本发明的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料相对于现有技术具有以下有益效果：

26、本发明的复合橡胶材料采用卷曲型复合碳纤维作为复合加强原料，利用卷曲型纤维在外力作用可发生拉伸弯曲形变的特性，提高了橡胶基材与卷曲型碳纤维之间想结合稳定性，避免了长期疲劳应力作用下微观相界面之间脱离而导致碳纤维失效的问题，从而提高了使用寿命，同时可以利用卷曲纤维在弯曲和伸直过程中吸能的特性，进一步降低了橡胶材料的疲劳损耗，提高了其阻尼系数，以及耐疲劳性能，从而延长使用寿命。

技术特征：

1.一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，其特征在于，按重量份数包括：

2.如权利要求1所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，其特征在于，所述卷曲型复合碳纤维的直径为10-15μm，其中碳纤维芯部的直径为5-8μm。

3.如权利要求1所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，其特征在于，所述卷曲型复合碳纤维的制备方法包括：拉伸聚丙烯腈纤维至3-4倍，然后加热至100-200℃，保温处理1-3s，得到卷曲聚丙烯腈纤维，将卷曲聚丙烯腈纤维在空气中加热至200-300℃，保温处理50-60min；然后将卷曲丙烯腈纤维在惰性气体气氛下加热至1000-3000℃，保温处理3-5min，得到卷曲的碳纤维芯部，将卷曲碳纤维芯部浸润凯夫拉纺丝原液，固化后得到卷曲型复合碳纤维。

4.如权利要求3所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，其特征在于，在拉伸聚丙烯腈纤维至3-4倍之后，在加热至100-200℃，保温处理1-3s之前，还包括，将聚丙烯腈纤维浸润至聚酰胺溶液中，然后干燥得到表面具有聚酰胺的聚丙烯腈纤维。

5.如权利要求4所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，其特征在于，所述聚酰胺溶液为聚酰胺的甲酸溶液。

6.权利要求1-5中任一所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，密炼时间为3-5h，密炼温度为210-240℃。

技术总结
本发明提出了一种用于制备车用缓冲块的复合橡胶材料，包括天然橡胶、卷曲型复合碳纤维和硫化剂TMTD，天然橡胶与卷曲型复合碳纤维的重量份数配比为100：(10‑30)，卷曲型复合碳纤维包括碳纤维芯部和附着在碳纤维芯部表面的凯夫拉膜层，通过加入卷曲型的复合碳纤维，提高了天然橡胶的阻尼系数，和使用寿命，卷曲型复合碳纤维在高强度疲劳作用下不仅可以随着天然橡胶进行弹性形变，同时可以进行能量吸收消耗，避免橡胶疲劳作用下发热，同时碳纤维具有良好的导热性能，进一步提高了其散热性，从而提高其使用寿命。

技术研发人员：刘韬
受保护的技术使用者：江苏多肯新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15