碳纤维的表面处理及其橡胶复合材料的粘合性能研究
纤维作为橡胶制品的骨架材料部分起着至关重要的作用，特别是随着现今汽车轻量化概念的逐渐普及和国家节能减排的严格要求，实现汽车减重尤其是簧下质量降低变得尤为重要。采用低密度高强度的碳纤维材料是一种非常有效的途径，但是由于碳纤维材料表面的活性官能基团很少，所以与橡胶基体的界面粘合性能就比较差，这也直接影响到了碳纤维/橡胶复合材料制品的使用寿命以及各方面综合性能。碳纤维和橡胶基体之间的界面与橡胶本身是决定两者之间粘合性能的两个关键因素。间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)体系是现阶段工业上比较常用的改善纤维表面粘合性能的方法，但是将这一体系应用于碳纤维材料表面处理的工艺条件目前尚未明确。因此，本文旨在从碳纤维与橡胶基体两者间的界面和橡胶基体配方两个方面出发，探究适用于碳纤维线绳的表面浸渍处理体系与橡胶粘合体系，从而可以使碳纤维线绳与橡胶基体的界面粘合强度达到要求，实现用碳纤维材料代替传统轮胎骨架材料的目标。 (1)将RFL浸渍体系应用于碳纤维材料的表面处理，并在该体系粘合作用机理的基础上，分别探究了RF树脂的固含量、线绳浸渍表面的附胶率以及热固化处理工艺等条件对碳纤维/橡胶复合材料界面粘合性能的影响。得出了RFL浸渍体系处理碳纤维线绳时合适的工艺条件:浸渍时间为5-10min，表面附胶率为25％，RF树脂固含量为18％，固化温度为240℃，固化时间为4min，此时碳纤维线绳的表面微观形貌有明显变化，与橡胶复合材料的H型抽出力的值最高可以达到256N，与未处理的碳纤维线绳相比其H抽出值增加至310％左右，有效的提高了碳纤维与橡胶基体之间的界面粘合性能。 (2)使用蒙脱土MMT悬浮液、封闭的异氰酸酯TDI改性传统RFL体系浸渍处理碳纤维线绳，探究了MMT与TDI的质量分数对碳纤维与橡胶基体界面粘合性能的影响。结果表明MMT的质量分数为2％时碳纤维线绳从橡胶中的H型抽出值最大为286N，其浸渍处理效果最好;封闭异氰酸酯TDI的质量分数为4.5％时碳纤维线绳从橡胶中的H型抽出值最大为289N，粘合性能最佳。 (3)使用间苯二酚-HMMM-白炭黑橡胶粘合体系改善碳纤维/橡胶复合材料的界面粘合性能，探究了该体系中各组分含量对粘合性能的影响，得出在HMMM7phr、白炭黑10phr、硫磺4phr的组分含量条件下，碳纤维与橡胶的H抽出值最大为348N，界面粘合强度最高。
橡胶轮胎;骨架材料;碳纤维;表面处理;粘合性能
北京化工大学
硕士
材料工程
王文才;孟阳
2020
中文
TQ336.1
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）