基本信息
- 项目名称：
- 废旧棉短纤维 橡胶复合材料的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 短纤维增强橡胶复合材料是指将短纤维作为增强体分散在橡胶基质中，使之与橡胶相互复合制成类似于聚合物共混体的补强性复合材料。这种材料能够把橡胶的柔性和短纤维的刚性很好地结合在一起，从而赋予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂强度等特点，广泛应用于轮胎、胶管等橡胶制品中。 研究开发废旧棉短纤维在橡胶的应用，可以实现资源能源的综合利用，降低成本，因此是一项非常有价值的研究。
- 详细介绍：
- 短纤维/橡胶复合材料（SFRC）能够将橡胶的柔性和短纤维的刚性有机结合，具有高模量、高抗刺扎性和高撕裂强度等优点，广泛应用于轮胎、胶管、胶带、胶鞋、密封件等橡胶制品中。 近年来日趋严重的资源危机和生态问题，激发了人们对废旧棉短纤维（SCF）为主的天然纤维增强SFRC的研究兴趣。但SCF的表面含有大量羟基基团与疏水性的橡胶基质界面粘合弱，相容性差；纤维素大分子间易形成氢键结合，短纤维相互团聚，难以在橡胶基质中均匀分散；另外，短纤维的加入会导致SFRC的流动性和粘性变差。因此必须对SCF进行改性，从而促进填料的分散，提高基体与填料间的相容性，改善聚合物复合材料的加工性能和力学性能。 项目采用新型的预处理工艺，通过研究新型的分散剂和改性剂及其用量对预处理棉短纤维/橡胶复合材料性能的影响，探讨出可行而有效的棉短纤维预处理方法，从而提高的短纤维的利用价值并制备性能优越的复合材料。 研究成果： 项目研究设计了棉短纤维新预处理设备和工艺，经加入6份的60NSF或5.0%（相对于SCF的质量百分数）的加工助剂M预处理SCF增强的SFRC具有良好的综合力学性能，制得的胶料性达到产品性要求。此外，已发表学术论文5篇，其中核心期刊2篇、学术会议论文2篇。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计： 本项目通过利用回收废旧棉短纤维，直接从短纤维在橡胶中分散困难以及与橡胶之间界面粘合性不良一直是应用上的两大难题入手，采用简易的预处理方法使得棉绒短纤维较易在橡胶基质里分散，同时提高SCF与橡胶基质的界面粘合性，制备出综合性能良好、符合环保要求的棉短纤维/橡胶复合材料。 2.作品研究目的： 尝试新型的预处理工艺，通过研究新型的分散剂和偶联剂及其用量对预处理棉短纤维/橡胶复合材料性能的影响，探讨出可行而有效的棉短纤维预处理方法。 3.基本思路 （1）棉短纤维的改性研究；（2）棉短纤维/橡胶皮带复合材料的制备研究及其优化设计 4.创新点 本课题采用独特预处理方法，棉短纤维在高速搅拌过程中偶联剂等以喷洒形式添加到短纤维中。 分散剂应用在棉短纤维的分散中，使棉短纤维“预隔离”和“预分散”，能很好的解决棉短纤维的分散问题。 5.技术关键 （1）棉短纤维的分散。短纤维在橡胶基质中分散不良导致SFRC难以推广，本研究将采用多种改性剂对棉短纤维进行预处理，使棉短纤维很好地分散在基体材料之中。（2）界面粘合。棉短纤维与橡胶之间的界面粘合状况直接影响复合材料的各项性能，本研究分别从以下两方面解决短纤维与橡胶基质粘合不良这一关键问题。 6.主要技术指标 以三元乙丙橡胶（EPDM）为基体的硫化胶，力学性能达到：邵氏A型硬度80±5，拉伸强度不小于10MPa、断裂伸长率不小于350%、撕裂强度不小于35kN/m，疲劳寿命不小于100小时。
科学性、先进性
- 目前，对棉短纤维的预处理多采用浸渍法和胶乳共混法，工艺较复杂、能源消耗量大且具有一定的污染性；研究采用的棉短纤维取源工厂的废旧棉纤维和废旧衣物等废弃物制备，能够提高资源的综合利用，具有环保价值。本课题采用独特预处理方法，棉短纤维在高速搅拌过程中偶联剂和分散剂以喷洒形式添加到短纤维中。该方法设备投资少，工艺简练，效果明显，国内外一直没有系统的报道。
获奖情况及鉴定结果
- 1.广东工业大学2009年学生课外学术科技立项项目结题验收 中期验收 优秀 2.广东工业大学2009年学生课外学术科技立项项目结题验收 结题验收 良好 3.广东工业大学第四届挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛 一等奖 4.第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛 三等奖
作品所处阶段
- 作品处于中试阶段。
技术转让方式
- 暂无。
作品可展示的形式
- 实物产品展出。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前，对棉短纤维的预处理多采用浸渍法和胶乳共混法，工艺较复杂、能源消耗量大且具有一定的污染性；研究采用的棉短纤维取源工厂的废旧棉纤维和废旧衣物等废弃物制备，能够提高资源的综合利用，具有环保价值。本课题采用独特预处理方法，棉短纤维在高速搅拌过程中偶联剂和分散剂以喷洒形式添加到短纤维中。该方法设备投资少，工艺简练，效果明显，具有良好经济效益。
同类课题研究水平概述
- 橡塑工业的发展，为人类带来诸多新型材料，这些材料在各领域的广泛应用推动了社会的快速发展。但是由于这些材料的大多数废弃物不可降解而造成环境的污染，已经引起人们的高度重视。另外，加工厂里生产中不能回收利用的边角料，有些材料不易降解，焚烧会产生严重污染。随着人们对环境保护的意识加强，要求保护资源，减少不可降解废弃物的排弃的呼声高涨，回收再利用这些材料成了各国研究者的研究热点。 棉短纤维（SCF) 是工厂生产棉制品的边角料经初步加工制成的，难于降解，如不加以利用，直接丢弃或焚烧会对环境造成严重的污染。另外，SCF来源丰富、成本低廉，且对制品有一定的增强作用；与其它合成纤维相比，SCF表面存在许多绒毛，籍此在橡胶与纤维之间产生较强的物理结合力。因此研究开发SCF的应用是一项非常有必要和价值的事情。 本课题主要涉及短纤维/橡胶皮带复合材料, 主体材料为三元乙丙橡胶（EPDM）和氯丁橡胶(CR)。短纤维/橡胶复合材料（SFRC）是指将短纤维作为增强体分散在橡胶基质中，使之与橡胶相互复合制成类似于聚合物共混体的补强性复合材料。这种材料能够把橡胶的柔性和短纤维的刚性很好地结合在一起，从而赋予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂强度和低伸长下的高应力和各向异性等特点。凭借其良好的物理机械性能，该复合材料广泛应用于轮胎、胶管、胶带等橡胶制品中。 目前，SFRC的主要应用领域之一是三角传动带（主体材料为三元乙丙橡胶和氯丁橡胶），轮胎胎面胶（主体材料为丁苯橡胶）是一个潜在的应用领域。因此，研究预处理棉短纤维对三元乙丙橡胶、氯丁橡胶性能的影响具有明显的现实意义。 短纤维在橡胶中分散困难以及与橡胶之间界面粘合性不良一直是应用上的两大难题。本项目通过利用回收废旧棉短纤维，直接从上述两大难题入手，采用简易的预处理方法使得棉绒短纤维较易在橡胶基质里分散，同时提高SCF与橡胶基质的界面粘合性，制备出综合性能良好，符合环保要求的棉短纤维/橡胶复合材料。该项目完成后将会积极摧动废旧棉纤维的回收利用，满足人们对环保材料的需求；同时，进一步提升SFRC产品的国际和国内市场竞争力，改变目前市场中主要依赖进口高性能橡胶皮带而且价格较高的现状，掌握核心技术，满足轮胎、皮带等行业发展的需求。
