[发明专利]一种橡胶用改性氧化锌-碳纤维复合纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种橡胶用改性氧化锌‑碳纤维复合纤维及其制备方法，制备的改性氧化锌‑碳纤维复合纤维具有较高的分散性，与橡胶基底的界面结合力较强，应用于橡胶密封圈时，使橡胶密封圈具有较高的抗拉强度和断裂伸长率，力学性能较好，同时，其抗疲劳性能也得到了大幅度提高；将碳纤维经过活化，使其表面活性提高，促进了氧化锌在其表面的附着，氧化锌附着后，不仅改善了氧化锌的团聚现象，提高其分散度，提高其与橡胶基底的界面结合力，同时也为碳纤维提供着力点，提高了碳纤维与橡胶基底的界面结合力，配合脂肪醇聚氧乙烯醚的作用，进一步促进复合纤维与橡胶基底的相容性，提高橡胶的力学性能和抗疲劳能力。

技术领域

本发明属于技术领域，尤其是一种橡胶用改性氧化锌-碳纤维复合纤维及其制备方法。

背景技术

橡胶密封皮圈是由一个或几个零件组成的环形罩，固定在轴承的一个套圈或垫圈上并与另一套圈或垫圈接触或形成窄的迷宫间隙，防止润滑油漏出及外物侵入，以橡胶弹性体（丁腈、氟橡胶、硅胶、天然胶和其他橡胶）为主要材料，橡胶增强体为骨架，可根据客户要求选用不同的弹性体和骨架来加工成不同厚度的橡胶膜片。氧化锌作为一种传统的橡胶填充剂，在橡胶中主要是作为活性剂，其次用作补强剂和着色剂，氧化锌的性质影响着氧化锌在橡胶中的性能。而在实际应用中，纳米氧化锌呈亲水疏油性、强极性，混炼过程中易团聚、分散性差，导致橡胶的耐疲劳性欠佳、综合性能有待提高。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种分散性良好、可提高橡胶耐疲劳性的橡胶用改性氧化锌-碳纤维复合纤维及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种橡胶用改性氧化锌-碳纤维复合纤维，其特征在于，由以下重量份的原料制成：

碳纤维5-10，焦磷酸钠0.5-1，脂肪醇聚氧乙烯醚20-30，聚丙烯酰胺2-4，含Zn²⁺混合液40-50。

进一步的，其制备方法包括以下步骤：

（1）将碳纤维加入到其体积30-50倍的硫酸溶液中，在50-60℃下利用超声处理40-60min后，过滤，然后转入微波装置中，在2000-2200W下处理10-15s，取出后放入其体积50-100倍的氢氧化钠溶液中，在2-5℃下超声处理40-60min后，过滤，利用蒸馏水冲洗至中性，然后置于110-120℃的真空干燥箱中干燥，得到活化碳纤维；

（2）将步骤（1）所得碳纤维加入到其体积40-80倍的醇溶液中，然后加入焦磷酸钠，在20-30℃、1000-1200rpm下搅拌30-40min后，加入含Zn²⁺混合液，继续搅拌10-20min，将所得物利用500-600W微波处理40-50min，然后转入反应釜中，在155-160℃下反应10-12h，然后过滤，洗涤并在80-90℃下真空干燥；

（3）将步骤（2）所得物与脂肪醇聚氧乙烯醚放入球磨机中球磨5-10min，然后加入聚丙烯酰胺，继续球磨5-10min，然后将所得浆料加入其体积50-100倍的正丙醇中，35-45Hz下超声处理3-5h，对其进行喷雾干燥，即得改性氧化锌-碳纤维复合纤维。

进一步的，步骤（1）所述硫酸溶液质量分数为30-35%。

进一步的，步骤（1）所述超声条件为60-65Hz。

进一步的，步骤（1）所述氢氧化钠溶液质量分数为20-30%。

进一步的，步骤（2）所述含Zn²⁺混合液制备方法为：按三乙醇胺与Zn²⁺质量比为0.5-1.5:1，在600-800rpm搅拌下，将三乙醇胺缓慢加入到Zn²⁺盐溶液中，所述Zn²⁺盐溶液为浓度为0.8-1.2mol/L的醋酸锌、硝酸锌、氯化锌溶液中的一种。