一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及橡胶复合材料，具体为一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维线绳是由碳纤维制成的绳状材料，具有高强度、高模量、低伸长和轻量化等优异特性，是一种高端新型骨架材料。由于其强度高、收缩小、耐高温、导电性优良等突出优点，碳纤维线绳开始广泛应用于橡胶传动带领域，以替代传统的聚酯线绳和芳纶线绳等骨架材料。

2、然而，碳纤维表面化学惰性强、活性官能团少、表面能低，与氯丁橡胶基体的界面粘结能力较弱，导致两者复合时难以形成有效的化学键合与机械咬合，使碳纤维线绳与橡胶基体的粘合性能差。现有技术中，通常采用间苯二酚-甲醛-胶乳（rfl）粘合剂对纤维进行表面处理，以促进橡胶对纤维的粘结。但对于碳纤维与氯丁橡胶的复合体系而言，传统的rfl处理及常规橡胶配方仍难以满足高性能要求，具体而言，现有技术主要存在以下问题：界面脱粘问题突出，碳纤维线绳与氯丁橡胶基体在受力时容易发生界面剥离，导致复合材料整体强度下降；动态疲劳性能差，在动态负载条件下，界面反复受力导致粘合性能快速衰减，严重时导致传动带散架，使用寿命大幅缩短；性能难以兼顾，传统配方在追求高粘合强度时往往牺牲了氯丁橡胶本身的弹性与耐疲劳性能，难以实现“高强度”与“高弹性”的平衡；工艺稳定性差，现有技术中部分粘合体系对工艺条件要求苛刻，难以实现工业化批量生产的质量一致性。因此，开发一种能够与碳纤维线绳实现高强度、高耐久性粘合的氯丁橡胶复合材料，并建立工艺可控、适宜工业化生产的制备方法，具有重要的技术价值和市场意义，为此我们提出了一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料及其制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料及其制备方法，解决了上述的问题。

2、为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，由以下重量份数的组分组成：

3、橡胶基材：硫调型氯丁橡胶（cr）100份，提供优异的物理机械强度。

4、主粘合体系：由间苯二酚3-5份、改性线型酚醛树脂2-4份、白炭黑20-25份复配而成。间苯二酚和改性线型酚醛树脂提供氢键与共价键结合；白炭黑采用氮吸附比表面积约165m²/g的高分散型沉淀法白炭黑，改善胶料对纤维表面的润湿吸附性及催化间甲粘合树脂生成的作用，相当于在橡胶基体-粘合层-碳纤维之间搭建桥梁，大幅提升碳纤维线绳与氯丁橡胶的界面剥离强度、抽出力，抑制脱粘。同时可显著提升氯丁橡胶的拉伸强度、定伸应力和撕裂强度，同时保持较好伸长率，避免胶料过硬、脆性大，让基体与碳纤维线绳受力同步，减少界面应力集中。

5、辅助粘合体系：由γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂（kh-550）1-2份、甲醚化六羟甲基三聚氰胺树脂（hmmm）0.8-2份及硼酰化钴0.4-0.6份协同作用。kh-550一端结合碳纤维活性基团，一端与橡胶交联，实现化学键合；hmmm固化间甲粘合树脂，构建稳定粘合层，强化碳纤维线绳与橡胶的结合；硼酰化钴强化与氯丁橡胶的硫化粘合，提升耐老化性能。

6、补强体系：选用炭黑n55030-40份，提供氯丁橡胶的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度及较好伸长率，同时保持复合材料的弹性。

7、复合硫化体系：氧化锌5-10份、硬脂酸0.5-2份、双叔丁基过氧化二异丙苯（双25）1-2份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（dtmpta）1.5-2.0份、氧化镁4-5份、促进剂dm/cz1-3份。

8、辅助助剂：包括防老剂mb/rd1-3份、环保芳烃油5-10份、防焦剂ctp0.2-0.8份，各助剂协同保障复合材料的加工性能和粘合耐久性。

9、本发明还提供上述氯丁橡胶复合材料的制备方法，采用密炼机进行混炼，混炼添加顺序为：

10、cr塑炼→白炭黑、炭黑、增塑剂、防焦剂→防老剂→间苯二酚、改性线型酚醛树脂、kh-550、hmmm→硼酰化钴→dtmpta、氧化镁→双25、氧化锌、硬脂酸、促进剂。

11、其中，dtmpta在后段加入，双25最后加入，全程混炼速度20-35r/min，混炼温度控制在100℃以下，防止过氧化物提前分解、胶料焦烧。

12、与现有技术相比，本发明提供了一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料及其制备方法，具备以下有益效果：

13、界面粘合强度显著提升；本发明通过对氯丁橡胶进行特殊粘合配方设计及硫化工艺控制的多重协同作用，使碳纤维线绳与氯丁橡胶基体之间的粘合强度较传统方法提高40%以上。初始静态粘合强度≥45n/mm，剥离强度≥60n/mm，附胶率≥95%。

14、耐老化与动态疲劳性能优良；本发明复合材料与碳纤维线绳在动态工况下的界面粘合稳定性显著优于传统产品，动态疲劳200h后粘合强度≥40n/mm，剥离强度≥50n/mm，附胶率≥95%，粘合强度保持率≥90%，适用于长期承受交变应力的高端橡胶制品。

15、综合力学性能优异；本发明的氯丁橡胶复合材料在保证与碳纤维线绳高度粘合的同时，拉伸强度、撕裂强度等力学指标均有显著提升，邵尔a硬度为82-85度，拉伸强度≥17mpa，扯断伸长率≥370%。

16、配方体系绿色环保；本发明的配方设计避开了有毒有害助剂，符合现代工业对环保与安全的要求。

17、工艺稳定性好；本发明制备方法工艺可控，加料顺序科学合理，有效防止了胶料焦烧和过氧化物提前分解，适合工业化批量生产。

1.一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：

2.根据权利要求1所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，所述白炭黑为氮吸附比表面积为165m2/g的高分散型沉淀法白炭黑。

3.根据权利要求1所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，所述促进剂dm/cz为促进剂dm与促进剂cz按任意比例组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，所述防老剂mb/rd为防老剂mb与防老剂rd按任意比例组成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，所述氯丁橡胶复合材料与碳纤维线绳复合后的初始静态粘合强度≥45n/mm，剥离强度≥60n/mm，附胶率≥95%。

6.根据权利要求1所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料，其特征在于，所述氯丁橡胶复合材料与碳纤维线绳复合后经动态疲劳200h后，粘合强度≥40n/mm，剥离强度≥55n/mm，附胶率≥95%。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述混炼全程密炼机转速为20-35r/min，混炼温度控制在100℃以下。

9.一种应用，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的与碳纤维线绳高度粘合的氯丁橡胶复合材料在制备橡胶传动带中的应用。