廢氨綸短纖維/廢聚氨酯/丁腈橡膠復(fù)合材料的性能研究

葉林忠

（青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266042）

廢氨綸短纖維/廢聚氨酯/丁腈橡膠復(fù)合材料的性能研究

葉林忠

（青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266042）

對廢氨綸短纖維/廢聚氨酯（PU）/丁腈橡膠（NBR）復(fù)合材料的性能進行研究，探討了廢氨綸短纖維含量、廢PU含量和兩種低聚物對NBR膠復(fù)合材料的性能影響。結(jié)果表明，廢氨綸短纖維含量在20份左右，材料的綜合性能最佳；廢PU能改善廢氨綸短纖維/NBR膠的綜合性能；兩種低聚物均能明顯改善復(fù)合材料的物理機械性能，酚醛樹脂的改善效果較好。

廢氨綸短纖維；廢聚氨酯；丁腈橡膠；低聚物

氨綸纖維主要分干法氨綸和熔紡氨綸。我國干法氨綸總產(chǎn)量約21～25萬t/a，熔紡氨綸約2.5萬t/a，若以廢絲率2%計算，廢絲數(shù)量相當(dāng)可觀，同時我國每年還需進口大量氨綸廢絲，形勢十分嚴峻，對氨綸廢絲進行回收利用，是一個亟待解決的問題[1]。

氨綸廢絲交聯(lián)較多，高溫下不會熔融，可以在低溫下將其粉碎成短纖維，用短纖維補強橡膠的方法回收利用[2]，是一種經(jīng)濟且不會造成二次污染的好方法。在廢PU綜合利用的基礎(chǔ)上[3－5]，探索一條回收利用氨綸廢絲的新方法。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠，NBR－41，蘭州石化公司產(chǎn)；酚醛樹脂（PF），9430，江蘇常熟東南塑料有限公司產(chǎn)；環(huán)氧樹脂（EP）,R－2218A，廣州市瑞奇化工有限公司產(chǎn)；固化劑,芳香族，R－2218B，廣州市瑞奇化工有限公司產(chǎn)；高耐磨炭黑（HAF市售）；促進劑TT（市售，工業(yè)級）；促進劑CZ（市售，工業(yè)級）；硫磺（市售，工業(yè)級）；硬脂酸（市售，工業(yè)級）；氧化鋅（市售）。

1.2 基本配方和工藝流程

基本配方：NBR－41 100，促 CZ 1.2，ZnO 5，SA 2，防RD 1，促TT 0.5，S 1.5。硫化條件：150 ℃×15 min。在160℃高溫雙輥開煉機上將廢絲和廢PU與NBR膠混煉均勻下片，冷卻到室溫后待用，其他與一般橡膠的加工工藝相同。

1.3 儀器設(shè)備及性能測試

開放式煉膠（塑）機，型號 X（S）K－160，上海群翼橡塑機械有限公司生產(chǎn)；平板硫化機，型號50T，上海群翼橡塑機械有限公司生產(chǎn)。微機控制電子萬能試驗機，型號AI－7000M，臺灣高鐵科技股份有限公司；邵氏硬度計，型號LX－A，萊州華銀儀器公司產(chǎn)。

拉伸性能按GB1040－79標準測試，撕裂性能按GB1043－79標準測試，硬度按GB2411－80測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的性能影響

影響短纖維補強橡膠的性能主要有3個因素，纖維長徑比、取向和界面。本工作短纖維的長徑比在100左右，氨綸與丁晴橡膠的相容性較好，采用無規(guī)取向，盡量保持各向同性。

圖1是廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的拉伸強度和撕裂強度的影響。由圖可見，隨氨綸廢絲含量的增加，材料的撕裂強度單調(diào)增加，拉伸強度在廢絲含量為20～30份時最高，之后緩慢下降。

圖1 廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的拉伸強度和撕裂強度的影響

圖2是廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的斷裂伸長率和定伸強度的影響。由圖可見，隨氨綸廢絲含量的增加，材料的斷裂伸長率變化不大，定伸強度在廢絲含量30份之前逐漸提高，30份時最高，之后緩慢下降。

圖2 廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的斷裂伸長率和定伸強度的影響

圖3是廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的邵氏硬度和永久變形的影響。由圖可見，隨氨綸廢絲含量的增加，材料的永久變形單調(diào)增加，邵氏硬度在廢絲含量30份之前逐漸提高，30份時最高，之后緩慢下降。

圖3 廢氨綸短纖維含量對丁腈橡膠的邵氏硬度和永久變形的影響

綜上所述，短纖維含量在20～30份時復(fù)合材料的綜合性能最佳。

2.2 廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的性能影響

圖4是廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的拉伸強度和撕裂強度的影響。由圖可見，隨廢PU含量的增加，材料的撕裂強度單調(diào)增加，拉伸強度在廢PU含量為20份之前明顯提高，20份之后變化不大。

圖4 廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的拉伸強度和撕裂強度的影響

圖5是廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的斷裂伸長率和定伸強度的影響。由圖可見，隨廢PU含量的增加，材料的斷裂伸長率逐漸增大，30份以后變化不大，定伸強度在廢PU含量10份之前逐漸提高，10份之后變化平緩。

圖5 廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的斷裂伸長率和定伸強度的影響

圖6是廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的邵氏硬度和永久變形的影響。由圖可見，隨廢PU含量的增加，材料的永久變形20份之前逐漸增加，20份之后明顯提高，邵氏硬度在廢PU含量10份之前和30份以后逐漸提高，10～30份之間出現(xiàn)平臺。

綜上所述，廢PU可以改善短纖維與丁腈橡膠的界面，廢PU含量在30份時復(fù)合材料的綜合性能最佳。

2.3 低聚物對炭黑補強廢氨綸短纖維/丁腈橡膠復(fù)合材料的性能影響

圖6 廢PU含量對廢氨綸短纖維/丁腈橡膠的邵氏硬度和永久變形的影響

低聚物對橡膠的作用已有多篇文章報道[6－8]，這里不再贅述。表1列出了各類復(fù)合材料的力學(xué)性能的數(shù)據(jù)對比。從表中數(shù)據(jù)可以看出，廢氨綸短纖維和廢PU均會使炭黑補強丁腈橡膠的拉伸強度下降，其他性能變化不大；酚醛樹脂在保持復(fù)合材料拉伸強度不變的前提下，明顯地提高了材料的撕裂強度和斷裂伸長率；環(huán)氧樹脂的改性效果不如酚醛樹脂。

廢聚氨酯和酚醛樹脂均是很好的耐油材料，與丁腈橡膠復(fù)合后耐油性優(yōu)異，同時提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能，大幅度地降低了原材料成本，獲得了性價比較高的復(fù)合材料，具有一定的市場開發(fā)前景。

表1各類復(fù)合材料的力學(xué)性能的數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)論

（1）廢氨綸短纖維含量在20～30份時復(fù)合材料的綜合性能最佳。

（2）廢PU可以改善短纖維與丁腈橡膠的界面，廢PU含量在30份時復(fù)合材料的綜合性能最佳。

（3）酚醛樹脂在保持復(fù)合材料拉伸強度不變的前提下，明顯地提高了材料的撕裂強度和斷裂伸長率；環(huán)氧樹脂的改性效果不如酚醛樹脂。

[1]王靜榮，陳大俊.氨綸廢絲醇解工藝探討[J].化學(xué)世界，2008，49(8)：474-476.

[2]于海琴，王金剛，閆良國.短纖維增強橡膠復(fù)合材料研究進展[J].材料科學(xué)與工程，2002，20(2)：287-289.

[3]葉林忠，鄭光華.聚氨酯材料的再生利用[J].橡膠工業(yè)，2002，49(6)：337-339.

[4]葉林忠，王兆波，王培山.廢聚氨酯改性丁腈橡膠的研究[J].特種橡膠制品，2004，25(5)：27-29.

[5]葉林忠,隋麗娜,于立巖.廢聚氨酯的溶解和綜合利用[J].彈性體，2006，16(3):28-31.

[6]Linzhong Ye，Yongheng Zhang，Zhaobo Wang.Mechanical properties and microstructure ofacrylonitrile-butadiene rubbervulcanizates reinforced by In situ polymerized phenolic resin[J].J.Appl.Polym.Sci.2007，105(6):3851-3857.

[7]葉林忠，李桂村.熱固性樹脂補強NBR的性能研究[J].橡膠工業(yè)，2008，55(9):538-540.

[8]Linzhong Ye，Yongheng Zhang，In-situ polymerized phenolic resin for reinforcement of chloroprene and ethylene-propy lene rubber vulcanizates[J].J.Appl.Polym.Sci.2009，111(3):1177-1184.

Properties of composite material of waste polyurethane fiber,polyurethane and nitrile rubber

YE Linzhong
（College of Materials Science and Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China）

This paper studied the properties of composite material of waste polyurethane fiber,polyurethane(PU)and nitrile rubber (NBR).The impact of the content of short polyurethane fiber content and PU,as well as two kinds of oligomers on the properties of NBR vulcanizates were separately analyzed.The results showed that the best properties of composite material were achieved when 20 phr short polyurethane fibers were filled,and the waste polyurethane could improve the general properties of waste polyurethane fiber filled NBR vulcanizates.Both oligomers can improve the properties of NBR vulcanizates,while the impact of phenolic resin oligomer was more remarkable.

waste polyurethane fiber;waste polyurethane;nitrile rubber;oligomer

X79

A

1674－0912（2010）10－0032－03

2010－04－21）

葉林忠（1960－），男，江蘇金壇人，副教授，從事高分子材料的教學(xué)與科研工作。