過去數(shù)十年來，用表面處理的紡織絲線和鋼絲線來加固橡膠制品。這些材料在橡膠制品的制造中得到了廣泛的應用，因為它們提供了保持形狀和耐久性的關鍵性能特性。幾個應用例子包括：輪胎（帶束層、胎冠層、胎體層、胎圈層）；工業(yè)產(chǎn)品（針織層、編結(jié)層或纏繞編織層軟管）；輸送帶（鋼絲繩芯橡膠輸送帶、織物芯橡膠輸送帶）。當然，使用絲線為最終產(chǎn)品增加了很大的成本，因為，與沒有這種類型增強的橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)相比，它們的使用需要更復雜的生產(chǎn)過程。例如，對于輪胎，可能含有增強附著力的化學物質(zhì)的橡膠化合物必須采用工業(yè)輪壓機在經(jīng)過化學處理的紡織織物或黃銅鍍銅鋼絲線上處理，形成必要的帶狀和層狀。每根絲線增強組件必須單獨生產(chǎn)，然后使用復雜的機器“結(jié)合”在一起生產(chǎn)用于隨后硫化的未硫化胎。
已經(jīng)表明，對于某些應用，更便宜的材料可以用來加強橡膠和提供高水平的強度和耐久性。一個很好的例子是使用短纖維增加復合物理性能，以提供濕態(tài)形狀保持性，降低擠出膨脹，并在整個橡膠產(chǎn)品的使用壽命期間給予所需的強度。短纖維提供的其它性能改進是降低了切痕成長和更佳的碎片塊抗性。在許多應用中短纖維并未取代簾線增強，但它們的使用已經(jīng)顯示，與簾線結(jié)合，或在簾線缺失時可提高產(chǎn)品的性能。
圖1、短纖維長徑比
相對于其它增強材料，短纖維的獨特幾何形狀有助于在加入橡膠化合物時提供正面的物理性能。這個幾何形狀用長徑比來描述，它被定義為纖維長度/纖維直徑（圖1)。即使在不能采用低份量補強的情況下，長徑比可使短纖維與常規(guī)微粒形成緊密連接結(jié)構來實現(xiàn)增強。因此，短纖維提供了優(yōu)異的強度特性，減少了高應變力造成的缺陷。表1列出了一些短纖維類型的典型長徑比，其中包括兩個是本文的重點: Rhenogran WP(木漿纖維)和Rhenogran P91和P95(芳綸漿粕纖維)。這兩種纖維類型都能提高橡膠復合物的彈性模量和抗拉強度。芳綸纖維具有極高的長徑比和韌性，可提供最大程度的增強。
表1、各種短纖維類型的比較
圖2和圖3顯示了短纖維與其它增強材料的不同之處。當高應力應用于具有良好整體分散性的橡膠零件時，該零件將保持其完整性。然而，當相同的力被應用到有分散不良或凝聚顆粒的橡膠部件時，橡膠和粒子之間的界面會發(fā)生斷裂，從而導致失效。含有良好分散短纖維的同一橡膠制品在類似的應變下能抵抗斷裂，很有可能在不失效的情況下抵抗更高的應變。
圖2、未分散的填料顆粒可能導致過早失效
圖3、短纖維可防止過早失效
圖4、各向異性* — 纖維定向作用
圖5、短纖維橡膠復合材料的各向異性
短纖維性能的第二個重要方面是它們在橡膠化合物中的排列。短纖維是各向異性的，這意味著它們的性能在橡膠基體中相對于它們的取向會有所不同。纖維在通過典型的加工系統(tǒng)移動時，傾向于在復合流方向縱向?qū)R(圖4)。一致性的證據(jù)見圖5。在這里，當纖維排列從縱向(流動方向)向橫向(垂直于流動方向)轉(zhuǎn)移時，模量會顯著地變化。同樣，圖6顯示了纖維排列的縱向和橫向方向之間的表面剛度和阻抗力的變化。其實，較好排列的纖維在一定程度上會作為持續(xù)的補強材料。
表2、側(cè)重極性的聚合物化合物配方
表3、側(cè)重極性的聚合物物理特性
表4、側(cè)重非極性高分子的化合物配方
本文綜述了兩種廣泛應用的短纖維的性能，包括木漿纖維和芳綸漿粕纖維，以及它們對橡膠復合性能的積極影響。這些纖維在彈性粘合劑中發(fā)揮最大化性能的極端重要傾向?qū)⒈徽f明。
表5、側(cè)重非極性的聚合物物理特性
表6、聚合物結(jié)合芳綸纖維Rhenogran P95和P91的種類
預分散木漿纖維(Rhenogran WP)
木漿纖維是一種豐富、可再生的木質(zhì)纖維素纖維材料。來自這個可再生資源的短纖維可以為基于許多彈性體（包括EPDM、SBR、NR、CR和PVC）的各種橡膠制品提供良好的形狀保留和提高其使用壽命。這些纖維很容易從森林或造紙工業(yè)獲得，且還可以用其它（生物)復合材料（如鋸木廠殘渣)生產(chǎn)。通常，硬木纖維由以下步驟產(chǎn)生：
★ 采伐樹木，然后制成木屑
★ 將木屑進行化學或機械分解，并精制成纖維漿料
★ 干燥纖維漿料到最后狀態(tài)
★ 將纖維漿料壓成薄片
圖6、各向異性，纖維定向作用
圖7、纖維份量對拉伸強度和斷裂伸長率的影響
為了生產(chǎn)Rhenogran WP，木漿被粉碎，然后結(jié)合各種彈性體；對于某些產(chǎn)品，添加含間苯二酚-甲醛樹脂。為了最大限度地提高纖維對橡膠的附著力，建議在化合物中加入一個亞甲基供體。最終產(chǎn)品是一種提高了復合性能，降低了復合成本的易于分散的母粒。Rhenogran WP再分散作用令其在非極性和極性彈性體中均可分散良好，并在非極性彈性體，如三元乙丙橡膠中實現(xiàn)了最好的分散。木漿纖維添加到橡膠化合物的好處如圖7和8所示。圖7顯示了增加木漿纖維量其抗拉強度顯著增加，伸長率明顯降低。采用ASTM die C方法測量，即使在低負荷下木漿纖維也改善了抗扯強度（圖8)。
圖8、低含量無粘結(jié) Rhenogran WPDX-73/SBR對NR OTR輪胎胎面撕裂強度的影響
應用
一般而言，木漿纖維在低溫下（小于125℃)的應用將表現(xiàn)良好：
★ 輪胎 - 減少簾線刺穿內(nèi)襯層的風險
★ 輸送帶 - 耐磨、耐撕裂性
★ 軟管 - 低壓力應用中的形狀保持和良好性能
★ 模壓制品-改善模量、吸振和抗撕裂性
★ 屋面防水片材-形狀保持，抗穿刺性
可用Rhenogram WP預分散木漿的等級及其基本特點包括：
★ Rhenogran WPD-70SBR-NR、SBR、BR、IR和CR的粘結(jié)等級
★ Rhenogran WPH-65EPDM- EPDM和IIR（丁基)粘結(jié)等級
★ Rhenogran WPDX-73SBR-NR、SBR、BR、IR和CR的無粘結(jié)等級；需要粘結(jié)劑
★ Rhenogran WPW-77/PVC-PVC白色等級，需要粘結(jié)劑；也用于NBR
預分散芳綸漿粕纖維（Rhenogran P91和P95)
對芳綸纖維（聚對苯二甲酰對苯二胺)可以顯著提高橡膠復合物的物理性質(zhì)（圖9)。芳綸是兩個單體的聚合產(chǎn)物，包括1，4-苯二胺和對苯二酰氯。由此產(chǎn)生的聚合物具有液態(tài)結(jié)晶行為，機械拉伸定向聚合物鏈到纖維的方向。由于其抗拉強度-重量比高，當紡成絲繩或編織片時，它可以用于許多高應變的應用，強度比鋼絲約強5倍。作為一種短纖維，芳綸保留這種高強度傳遞給其分散到的橡膠化合物中。
圖9、高熱量應用芳綸漿粕纖維 - 芳香族聚酰胺纖維的臨界性能
相對于其它短纖維類型，芳綸纖維具有更高的韌性和不滲透性。此外，由于其韌性高，當它們被切碎，這意味著芳綸纖維的“有原纖維組織的”兩端擴散成細纖維，將使其表面積急劇增加。機械手段可以用來進一步增加這種纖維細化。這種現(xiàn)象，連同其極高的長徑比，可提供已添加這些纖維的橡膠化合物非常高強度的性能。反過來，這些相同的特性又會抑制原料纖維的充分分散。為了克服這一問題，在彈性體粘合劑中預分散芳綸纖維是必不可少的。圖10顯示了通過朗盛公司的專有方法預分散的芳綸纖維與不充分分散的原絲芳綸纖維的對比結(jié)果。
圖10、粗纖維混合與萊茵化學預分散摻入技術的比較
芳綸作為極性材料，將與極性彈性體進行最佳的互動。然而，彈性粘結(jié)劑中的預分散芳綸纖維可以很好地分散這些纖維在極性或非極性彈性體中，如表2~表5所示。表2顯示了一種基于氯丁橡膠的橡膠復合配方，一種極性彈性體，具有無預分散芳綸纖維。如表3所示，隨著芳綸纖維的加入，物理性能，包括抗撕裂性得到了改善。
在將預分散芳綸纖維添加到基于EPDM的非極性化合物（表4和5)時，有著同樣的觀測結(jié)果。圖11說明了在橡膠化合物中添加低份量（5百分量)芳綸纖維時對模數(shù)的重要影響。
圖11、芳綸纖維加入橡膠后對模量的直接影響
表6列出了所用到的Rhenogran預分散芳綸纖維類型。
Rhenogran P91和P95預分散芳綸纖維增強的化合物具有耐熱性、阻燃性、低導熱性和良好的耐磨性能等優(yōu)點。以下列出了從這類加固方式中獲益的橡膠制品的例子：
★ V型帶，同步齒輪皮帶，傳動帶 - 減少使用中的皮帶增長；良好的壓縮形變，提供了齒剛度和抗疲勞性能
★ 越野車輪胎胎面 - 耐磨損和耐切痕成長
★ 散熱器軟管 - 濕強度、尺寸穩(wěn)定性；減少水膨脹
★ 密封件，墊圈 - 用織物替換，耐高溫，低壓縮形變
★ 橡膠型材 - 濕強度，尺寸穩(wěn)定性
★ 鞋類 - 耐磨性
結(jié)論
相對于其它更多的球形橡膠補強劑，當以較低份量添加到橡膠化合物時，由于短纖維獨特的、長形的特點，仍可以提供顯著增加的強度性能和尺寸穩(wěn)定性。由于這種一定長徑比的形狀，預分散短纖維可有效地混合進橡膠化合物。Rhenogran WP預分散木漿纖維以及Rhenogran P91和P95預分散芳綸纖維提供橡膠混合生產(chǎn)商更經(jīng)濟的選擇，而又獲得成品橡膠制品性能要求所需的物理性能。芳綸纖維憑借其極高的韌性和耐熱性，將提供高強度的性能和耐用性的橡膠產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的使用將可經(jīng)受高熱、高磨損、高應變等嚴峻的環(huán)境。對于哪些經(jīng)受較低溫度、不太嚴苛工作環(huán)境的橡膠產(chǎn)品，木漿纖維是一種經(jīng)濟的方式，并足可為橡膠制品提供良好的性能。任何含有短纖維的橡膠化合物都必須令其最終產(chǎn)品成功表現(xiàn)出完全達到其所需的物理性能。那么，產(chǎn)品本身必須由測試協(xié)議評估，以確?？蓾M足應用需要。短纖維可以提高已含簾線增強的橡膠制品的性能，并有望可在某些應用中取代這種增強。（文章來源于網(wǎng)絡）
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