本發(fā)明屬于橡膠類(lèi)聚合物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種天然橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
玄武巖纖維作為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維之一，在我國(guó)基本上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。玄武巖纖維是一種新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過(guò)漏板快速拉制而成的。玄武巖纖維的硬度很高，因而具有優(yōu)異的耐磨、抗拉性能。玄武巖纖維為非晶態(tài)物質(zhì)，使用溫度最高可達(dá)700℃，耐酸堿，抗紫外線性能強(qiáng)，吸濕性低，有較好的耐環(huán)境性能。此外，還有較好的高溫過(guò)濾性、抗輻射和良好的透波性、環(huán)保潔凈及較好的力學(xué)性能。
但玄武巖纖維同時(shí)具有表面化學(xué)惰性，需要對(duì)其化學(xué)改性，以改善纖維與基體間的結(jié)合狀態(tài)來(lái)提高復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，進(jìn)而提高復(fù)合材料的綜合性能，現(xiàn)有技術(shù)中，玄武巖纖維的界面處理多借鑒玻璃纖維的界面處理方式，以硅烷偶聯(lián)劑為主。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種天然橡膠復(fù)合材料，通過(guò)鈦酸酯偶聯(lián)劑將玄武巖纖維和有機(jī)聚合物結(jié)合起來(lái)，明顯改善二者的親和性，提高玄武巖纖維的分散性，并將改性的玄武巖纖維添加到天然橡膠的配方中，以提高天然橡膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度，降低滾動(dòng)阻力等。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：
所述促進(jìn)劑為促進(jìn)劑NS和促進(jìn)劑TMTD。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，由以下重量份的組分組成：
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，所述玄武巖纖維為短切絲，單絲直徑15μm，長(zhǎng)3mm。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，所述促進(jìn)劑NS和促進(jìn)劑TMTD的質(zhì)量比為10:3。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，所述改性的玄武巖纖維為鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的玄武巖纖維，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑為PN-131、PN-311和TG-38S中的一種。所述鈦酸酯偶聯(lián)劑作為一種多功能助劑，既可用作偶聯(lián)劑，又可用作分散劑和粘合劑。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，所述炭黑為炭黑N330。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，其中，所述防老劑為防老劑4020。防老劑4020具有良好的抗氧化效能外，還有抗臭氧、抗曲撓龜裂和抑制銅、錳等有害金屬的作用，毒性小。
本發(fā)明還提供了上述天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.15-0.45g鈦酸酯偶聯(lián)劑用200-300mL的乙酸乙酯稀釋后，再加入3-5g玄武巖纖維，高速攪拌4-6h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80～90℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備：
(a)按配比準(zhǔn)備天然橡膠復(fù)合材料的原料，在開(kāi)煉機(jī)中加入天然橡膠，然后依次加入步驟(1)中得到的所述改性玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進(jìn)劑NS、炭黑、促進(jìn)劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結(jié)束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機(jī)上硫化，得到產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟(1)中將0.15-0.45g鈦酸酯偶聯(lián)劑用300mL的乙酸乙酯稀釋后，再加入5g的玄武巖纖維。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟(b)中所述硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時(shí)間5～8min。
本發(fā)明有益效果：
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)玄武巖纖維與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料相比具有優(yōu)異的耐磨、抗拉性能、低生熱、可降解，符合低滾阻、低污染、低成本的要求；
(2)玄武巖纖維經(jīng)過(guò)鈦酸酯偶聯(lián)劑處理，有效提高了纖維和橡膠的結(jié)合性能。
本發(fā)明所述的天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所用到的原料來(lái)源如下：
防老劑4020的中文名：N-(1,3-二甲基)丁基-N’-苯基對(duì)苯二胺，分子式：C18H24N2；促進(jìn)劑NS的中文名：N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，分子式：C11H14N2S2；促進(jìn)劑TMTD的中文名：二硫化四甲基秋蘭姆，分子式：C6H12N2S4；鈦酸酯偶聯(lián)劑PN-131、PN-311和TG-38S購(gòu)自南京品寧偶聯(lián)劑有限公司。
實(shí)施例1
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本實(shí)施例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.15g鈦酸酯偶聯(lián)劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備：
(a)按配比準(zhǔn)備天然橡膠復(fù)合材料的原料，在開(kāi)煉機(jī)中加入天然橡膠，然后依次加入步驟(1)中得到的所述改性玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進(jìn)劑NS、炭黑、促進(jìn)劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結(jié)束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機(jī)上硫化，硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時(shí)間6min，得到產(chǎn)品。
實(shí)施例2
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本實(shí)施例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.25g鈦酸酯偶聯(lián)劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備，同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本實(shí)施例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.35g鈦酸酯偶聯(lián)劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備，同實(shí)施例1。
實(shí)施例4
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本實(shí)施例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.45g鈦酸酯偶聯(lián)劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備，同實(shí)施例1。
實(shí)施例5
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅3份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維2份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本實(shí)施例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.35g鈦酸酯偶聯(lián)劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備，同實(shí)施例1。
對(duì)比例1
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本對(duì)比例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(a)按配比準(zhǔn)備天然橡膠復(fù)合材料的原料，在開(kāi)煉機(jī)中加入天然橡膠，玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進(jìn)劑NS、炭黑、促進(jìn)劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結(jié)束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機(jī)上硫化，硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時(shí)間6min，得到產(chǎn)品。
對(duì)比例2
一種天然橡膠復(fù)合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進(jìn)劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進(jìn)劑TMTD 0.3份。
本對(duì)比例天然橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.25g硅烷偶聯(lián)劑KH550用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌過(guò)濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復(fù)合材料的制備，同實(shí)施例1。
不同實(shí)施例和對(duì)比例1和2制得的產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)表
從表1中可以看出，并與對(duì)比例1和2比較，當(dāng)玄武巖纖維經(jīng)過(guò)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性處理后，玄武巖纖維與天然橡膠的結(jié)合強(qiáng)度提高，天然橡膠復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、邵氏A硬度、直角撕裂強(qiáng)度上升，斷裂伸長(zhǎng)率下降，復(fù)合材料的tanδ值下降。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。