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自1938年美国杜邦公司发明间苯二酚-甲醛-橡胶(RFL)胶乳用于提高纤维与橡胶粘合性以来,RFL涂覆纤维广泛用于低模量橡胶的骨架材料[1],提高周期性动载荷作用下橡胶的力学和粘合性能。玻璃纤维是橡胶很重要的增强材料之一,可赋予橡胶很好的尺寸稳定性。但RFL胶膜本身吸湿性较大,尤其在高温高湿环境下,外界湿气很容易通过RFL胶膜进入玻璃纤维表面,破坏玻璃纤维的结构,造成纤维强度的迅速下降。到目前为止,日本板硝子(NGF)和中央玻璃(CGF)等公司已在玻璃纤维用RFL涂覆层耐湿热改性方面,申请了大量专利[2-9],但由于易造成环境污染或可能降低纤维挠度,最终真正投入使用的很少。
针对上述情况,本论文的主要目的是:
在现有RFL基础上,通过在RFL体系中引入含长链烷基的对烷基酚或有机层状纳米蒙脱石,旨在:
1)不改变现有工艺,制备烷基酚-间苯二酚-甲醛-橡胶(ARFL)胶膜或有机蒙脱石改性间苯二酚-甲醛-橡胶(OMMT/RFL)胶膜。通过引入疏水性长链烷基的疏水性或纳米层状蒙脱石的气体阻隔性,提高涂覆玻璃纤维的耐湿性和湿热条件下的拉伸强度保留率;
2)研究具有良好疏水性或湿气阻隔性涂层的玻璃纤维的力学性能以及静态和动态粘合性能;
3)研究温湿度对涂覆玻璃纤维力学性能的影响,探索涂覆玻璃纤维性能失效机理,提出提高涂覆玻璃纤维使用寿命的对策;
4)为提高橡胶其他增强纤维(如,芳纶纤维、聚酯纤维、碳纤维等)酚醛-橡胶涂层的表面疏水性,探讨一个具有普遍意义和实用价值的新思路。
本论文主要研究内容:
1)采用超声乳化法,在无乳化剂或痕量乳化剂存在下,将少量不同碳原子数烷基取代的对烷基酚与间苯二酚、甲醛共缩聚,并与橡胶胶乳共混,制备稳定的烷基酚-间苯二酚-甲醛-橡胶(ARFL)乳液;
2)制备具有表面疏水性的ARFL胶膜,研究其表面疏水性、力学性能和动态粘弹性等;
3)研究壬基酚-间苯二酚-甲醛-橡胶(NRFL)涂覆玻璃纤维在不同温度和湿度下的拉伸强力以及粘合性变化,探讨涂覆玻璃纤维增强橡胶的拉伸-弯曲疲劳测试方法,提出温、湿受对涂覆玻璃纤维失效机制影响;
4)研究不同烷基碳原子数对长链烷基三甲基溴化铵改性蒙脱石(OMMT)插层效果的影响,并探讨不同OMMT/RFL胶膜的湿气阻隔性、力学、粘弹性及其涂覆玻璃纤维耐湿热性和粘合性的影响。
本论文创新之处:
1)利用长链烷基的疏水性和苯酚的可共缩聚性,首次在无或痕量乳化剂存在下,采用超声乳化法制备了稳定的烷基酚-间苯二酚-甲醛-橡胶(ARFL)乳液和具有良好表面疏水性的壬基酚-间苯二酚-甲醛-橡胶(NRFL)胶膜;
2)系统研究了烷基碳原子数与ARFL胶膜表面吸湿性、动态粘弹性等的关系,以及通过湿热条件下涂覆玻璃纤维的拉伸强度保留率,研究了NRFL涂覆玻璃纤维的耐湿热性。NRFL涂覆玻璃纤维的湿热储存寿命提高了六倍以上;
3)利用长链烷基的疏水性和蒙脱石的阻隔性,首次采用长链烷基三甲基溴化铵改性钠基蒙脱石(OMMT)用于玻璃纤维表面处理,并探讨了OMMT/RFL胶膜的湿气阻隔性、力学性能和动态粘弹性,OMMT/RFL涂覆玻璃纤维的湿热储存寿命提高约四倍。