[发明专利]一种碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

   本发明涉及一种天然橡胶复合材料的制备方法，具体涉及一种碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶复合材料生产技术领域。  

背景技术

天然橡胶作为重要的工业原料和战略物资，具有优异的综合性能，如高的粘弹性、良好的绝缘性、耐磨性、气密性和耐曲挠性能，广泛应用于航天航空、国防军工、汽车轮胎、飞机轮胎、医用弹性体等领域。但天然橡胶本身的强度和模量较低，需要经过炭黑、白炭黑、纤维、纳米粉体材料等增强材料增强后才具有实际的应用价值。

无机晶须如钛酸钾晶须、硼酸铝晶须等作为一种单晶纤维材料，具有一定的长径比，同时具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性，是制备高性能高分子复合材料较理想的增强材料。但昂贵的价格限制了其规模化应用。碳酸钙晶须最早由日本丸尾公司开发出来，不仅具有一般无机晶须的优良特性，而且原料来源丰富，价格仅相当于钛酸钾晶须的1/10，是一种质优价廉的绿色环保材料，是高分子材料理想的增强材料。

但碳酸钙晶须的表面亲水性，使其在疏水性的天然橡胶基质中难于均匀分散，与天然橡胶基质之间界面结合力弱，易造成界面缺陷，导致复合材料达不到理想的性能。因此，碳酸钙晶须的表面疏水改性是制备高性能碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的关键。      

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的制备方法。本发明的关键在于以碳酸钙晶须作为天然橡胶的增强材料，并用Si69、NDZ101、硬脂酸钠、硬脂酸、十八酸锌等表面改性剂对碳酸钙晶须进行表面改性，改善碳酸钙晶须的表面亲油性，提高碳酸钙晶须与天然橡胶基质的界面作用强度，制备高性能的碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料。

本发明所采用的技术方案是：

一种碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）碳酸钙晶须的表面改性处理：将20~40g碳酸钙晶须加入250~500mL水中制成料浆，将料浆在水浴加热搅拌30~60min，搅拌速度为800~1200r/min，在60~85℃下逐渐加入5~15ml加有表面处理剂的无水乙醇溶液或丙酮溶液，改性处理40min后趁热过滤得到滤饼，将滤饼干燥得到改性碳酸钙晶须产品；

（2）碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料的制备：在开炼机上，将天然橡胶塑炼，待其包辊后依次加入硬脂酸、氧化锌和改性碳酸钙晶须产品、促进剂M和硫磺混炼，用硫化仪测定其正硫化时间t₉₀，用平板硫化机在145℃下硫化，制得碳酸钙晶须／天然橡胶复合材料。

步骤（1）所述的水浴的温度为70~100℃，所述的表面处理剂为Si69、NDZ101、硬脂酸钠、硬脂酸、十八酸锌，所述的改性碳酸钙晶须干燥温度为90~110℃；步骤（2）所述的硬脂酸的用量为天然橡胶重量的0.3~0.7%，所述的氧化锌的用量为天然橡胶重量的3~8%，所述的促进剂的用量为天然橡胶重量的0.5~0.8%，所述的硫磺的用量为2~5%，所述的碳酸钙晶须产品的平均长径为10~50，用量为天然橡胶的2~10%。

一种用上述方法制备的碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料，其300%定伸应力为1.4~1.9MPa，拉伸强度为21~28MPa，拉断伸长率为850%~925%，撕裂强度为30~38KN/m。

本发明相对于现有技术的有益效果是：采用该方法制备的碳酸钙晶须/天然橡胶复合材料，其300%定伸应力由1.38 Mpa提高到1.89 Mpa；拉伸强度由20.75 Mpa提高到27.85 Mpa；撕裂强度由30.43 KN/m提高到37.96 KN/m；同时提高了复合材料的耐热，耐磨性，使得复合材料具有更广阔的应用前景。此外，该方法成本低廉、制备工艺简单，易于规模化的生产。

附图说明

图1为表面改性前碳酸钙晶须表面形貌的SEM图；

图2为si69改性后碳酸钙晶须表面形貌的SEM图；

图3为未改性碳酸钙晶须/NR复合材料断面的SEM图；

图4为 si69改性碳酸钙晶须/NR复合材料断面的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

将26g的碳酸钙晶须加入300ml的蒸馏水中，在水浴温度80℃，搅拌速度为1000r/min下搅拌45min，并逐渐加入10ml含 0.52g Si69的无水乙醇溶液。碳酸钙晶须改性处理后趁热过滤，滤饼在100℃干燥3小时，得到改性碳酸钙晶须产品。