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基本信息

項目名稱:
廢舊棉短纖維 橡膠復合材料的應用研究
小類:
能源化工
簡介:
短纖維增強橡膠復合材料是指將短纖維作為增強體分散在橡膠基質中,使之與橡膠相互復合制成類似于聚合物共混體的補強性復合材料。這種材料能夠把橡膠的柔性和短纖維的剛性很好地結合在一起,從而賦予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂強度等特點,廣泛應用于輪胎、膠管等橡膠制品中。 研究開發廢舊棉短纖維在橡膠的應用,可以實現資源能源的綜合利用,降低成本,因此是一項非常有價值的研究。
詳細介紹:
短纖維/橡膠復合材料(SFRC)能夠將橡膠的柔性和短纖維的剛性有機結合,具有高模量、高抗刺扎性和高撕裂強度等優點,廣泛應用于輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、密封件等橡膠制品中。 近年來日趨嚴重的資源危機和生態問題,激發了人們對廢舊棉短纖維(SCF)為主的天然纖維增強SFRC的研究興趣。但SCF的表面含有大量羥基基團與疏水性的橡膠基質界面粘合弱,相容性差;纖維素大分子間易形成氫鍵結合,短纖維相互團聚,難以在橡膠基質中均勻分散;另外,短纖維的加入會導致SFRC的流動性和粘性變差。因此必須對SCF進行改性,從而促進填料的分散,提高基體與填料間的相容性,改善聚合物復合材料的加工性能和力學性能。 項目采用新型的預處理工藝,通過研究新型的分散劑和改性劑及其用量對預處理棉短纖維/橡膠復合材料性能的影響,探討出可行而有效的棉短纖維預處理方法,從而提高的短纖維的利用價值并制備性能優越的復合材料。 研究成果: 項目研究設計了棉短纖維新預處理設備和工藝,經加入6份的60NSF或5.0%(相對于SCF的質量百分數)的加工助劑M預處理SCF增強的SFRC具有良好的綜合力學性能,制得的膠料性達到產品性要求。此外,已發表學術論文5篇,其中核心期刊2篇、學術會議論文2篇。

作品圖片

  • 廢舊棉短纖維 橡膠復合材料的應用研究
  • 廢舊棉短纖維 橡膠復合材料的應用研究
  • 廢舊棉短纖維 橡膠復合材料的應用研究
  • 廢舊棉短纖維 橡膠復合材料的應用研究

作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

1.作品設計: 本項目通過利用回收廢舊棉短纖維,直接從短纖維在橡膠中分散困難以及與橡膠之間界面粘合性不良一直是應用上的兩大難題入手,采用簡易的預處理方法使得棉絨短纖維較易在橡膠基質里分散,同時提高SCF與橡膠基質的界面粘合性,制備出綜合性能良好、符合環保要求的棉短纖維/橡膠復合材料。 2.作品研究目的: 嘗試新型的預處理工藝,通過研究新型的分散劑和偶聯劑及其用量對預處理棉短纖維/橡膠復合材料性能的影響,探討出可行而有效的棉短纖維預處理方法。 3.基本思路 (1)棉短纖維的改性研究;(2)棉短纖維/橡膠皮帶復合材料的制備研究及其優化設計 4.創新點 本課題采用獨特預處理方法,棉短纖維在高速攪拌過程中偶聯劑等以噴灑形式添加到短纖維中。 分散劑應用在棉短纖維的分散中,使棉短纖維“預隔離”和“預分散”,能很好的解決棉短纖維的分散問題。 5.技術關鍵 (1)棉短纖維的分散。短纖維在橡膠基質中分散不良導致SFRC難以推廣,本研究將采用多種改性劑對棉短纖維進行預處理,使棉短纖維很好地分散在基體材料之中。(2)界面粘合。棉短纖維與橡膠之間的界面粘合狀況直接影響復合材料的各項性能,本研究分別從以下兩方面解決短纖維與橡膠基質粘合不良這一關鍵問題。 6.主要技術指標 以三元乙丙橡膠(EPDM)為基體的硫化膠,力學性能達到:邵氏A型硬度80±5,拉伸強度不小于10MPa、斷裂伸長率不小于350%、撕裂強度不小于35kN/m,疲勞壽命不小于100小時。

科學性、先進性

目前,對棉短纖維的預處理多采用浸漬法和膠乳共混法,工藝較復雜、能源消耗量大且具有一定的污染性;研究采用的棉短纖維取源工廠的廢舊棉纖維和廢舊衣物等廢棄物制備,能夠提高資源的綜合利用,具有環保價值。本課題采用獨特預處理方法,棉短纖維在高速攪拌過程中偶聯劑和分散劑以噴灑形式添加到短纖維中。該方法設備投資少,工藝簡練,效果明顯,國內外一直沒有系統的報道。

獲獎情況及鑒定結果

1.廣東工業大學2009年學生課外學術科技立項項目結題驗收 中期驗收 優秀 2.廣東工業大學2009年學生課外學術科技立項項目結題驗收 結題驗收 良好 3.廣東工業大學第四屆挑戰杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽 一等獎 4.第十一屆“挑戰杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽 三等獎

作品所處階段

作品處于中試階段。

技術轉讓方式

暫無。

作品可展示的形式

實物產品展出。

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

目前,對棉短纖維的預處理多采用浸漬法和膠乳共混法,工藝較復雜、能源消耗量大且具有一定的污染性;研究采用的棉短纖維取源工廠的廢舊棉纖維和廢舊衣物等廢棄物制備,能夠提高資源的綜合利用,具有環保價值。本課題采用獨特預處理方法,棉短纖維在高速攪拌過程中偶聯劑和分散劑以噴灑形式添加到短纖維中。該方法設備投資少,工藝簡練,效果明顯,具有良好經濟效益。

同類課題研究水平概述

橡塑工業的發展,為人類帶來諸多新型材料,這些材料在各領域的廣泛應用推動了社會的快速發展。但是由于這些材料的大多數廢棄物不可降解而造成環境的污染,已經引起人們的高度重視。另外,加工廠里生產中不能回收利用的邊角料,有些材料不易降解,焚燒會產生嚴重污染。隨著人們對環境保護的意識加強,要求保護資源,減少不可降解廢棄物的排棄的呼聲高漲,回收再利用這些材料成了各國研究者的研究熱點。 棉短纖維(SCF) 是工廠生產棉制品的邊角料經初步加工制成的,難于降解,如不加以利用,直接丟棄或焚燒會對環境造成嚴重的污染。另外,SCF來源豐富、成本低廉,且對制品有一定的增強作用;與其它合成纖維相比,SCF表面存在許多絨毛,籍此在橡膠與纖維之間產生較強的物理結合力。因此研究開發SCF的應用是一項非常有必要和價值的事情。 本課題主要涉及短纖維/橡膠皮帶復合材料, 主體材料為三元乙丙橡膠(EPDM)和氯丁橡膠(CR)。短纖維/橡膠復合材料(SFRC)是指將短纖維作為增強體分散在橡膠基質中,使之與橡膠相互復合制成類似于聚合物共混體的補強性復合材料。這種材料能夠把橡膠的柔性和短纖維的剛性很好地結合在一起,從而賦予材料以高模量、高抗刺扎性、高撕裂強度和低伸長下的高應力和各向異性等特點。憑借其良好的物理機械性能,該復合材料廣泛應用于輪胎、膠管、膠帶等橡膠制品中。 目前,SFRC的主要應用領域之一是三角傳動帶(主體材料為三元乙丙橡膠和氯丁橡膠),輪胎胎面膠(主體材料為丁苯橡膠)是一個潛在的應用領域。因此,研究預處理棉短纖維對三元乙丙橡膠、氯丁橡膠性能的影響具有明顯的現實意義。 短纖維在橡膠中分散困難以及與橡膠之間界面粘合性不良一直是應用上的兩大難題。本項目通過利用回收廢舊棉短纖維,直接從上述兩大難題入手,采用簡易的預處理方法使得棉絨短纖維較易在橡膠基質里分散,同時提高SCF與橡膠基質的界面粘合性,制備出綜合性能良好,符合環保要求的棉短纖維/橡膠復合材料。該項目完成后將會積極摧動廢舊棉纖維的回收利用,滿足人們對環保材料的需求;同時,進一步提升SFRC產品的國際和國內市場競爭力,改變目前市場中主要依賴進口高性能橡膠皮帶而且價格較高的現狀,掌握核心技術,滿足輪胎、皮帶等行業發展的需求。
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