废氨纶短纤维/废聚氨酯/丁腈橡胶复合材料的性能研究

叶林忠

（青岛科技大学材料科学与工程学院，山东青岛266042）

废氨纶短纤维/废聚氨酯/丁腈橡胶复合材料的性能研究

叶林忠

（青岛科技大学材料科学与工程学院，山东青岛266042）

对废氨纶短纤维/废聚氨酯（PU）/丁腈橡胶（NBR）复合材料的性能进行研究，探讨了废氨纶短纤维含量、废PU含量和两种低聚物对NBR胶复合材料的性能影响。结果表明，废氨纶短纤维含量在20份左右，材料的综合性能最佳；废PU能改善废氨纶短纤维/NBR胶的综合性能；两种低聚物均能明显改善复合材料的物理机械性能，酚醛树脂的改善效果较好。

废氨纶短纤维；废聚氨酯；丁腈橡胶；低聚物

氨纶纤维主要分干法氨纶和熔纺氨纶。我国干法氨纶总产量约21～25万t/a，熔纺氨纶约2.5万t/a，若以废丝率2%计算，废丝数量相当可观，同时我国每年还需进口大量氨纶废丝，形势十分严峻，对氨纶废丝进行回收利用，是一个亟待解决的问题[1]。

氨纶废丝交联较多，高温下不会熔融，可以在低温下将其粉碎成短纤维，用短纤维补强橡胶的方法回收利用[2]，是一种经济且不会造成二次污染的好方法。在废PU综合利用的基础上[3－5]，探索一条回收利用氨纶废丝的新方法。

1 实验部分

1.1 主要原材料

丁腈橡胶，NBR－41，兰州石化公司产；酚醛树脂（PF），9430，江苏常熟东南塑料有限公司产；环氧树脂（EP）,R－2218A，广州市瑞奇化工有限公司产；固化剂,芳香族，R－2218B，广州市瑞奇化工有限公司产；高耐磨炭黑（HAF市售）；促进剂TT（市售，工业级）；促进剂CZ（市售，工业级）；硫磺（市售，工业级）；硬脂酸（市售，工业级）；氧化锌（市售）。

1.2 基本配方和工艺流程

基本配方：NBR－41 100，促 CZ 1.2，ZnO 5，SA 2，防RD 1，促TT 0.5，S 1.5。硫化条件：150 ℃×15 min。在160℃高温双辊开炼机上将废丝和废PU与NBR胶混炼均匀下片，冷却到室温后待用，其他与一般橡胶的加工工艺相同。

1.3 仪器设备及性能测试

开放式炼胶（塑）机，型号 X（S）K－160，上海群翼橡塑机械有限公司生产；平板硫化机，型号50T，上海群翼橡塑机械有限公司生产。微机控制电子万能试验机，型号AI－7000M，台湾高铁科技股份有限公司；邵氏硬度计，型号LX－A，莱州华银仪器公司产。

拉伸性能按GB1040－79标准测试，撕裂性能按GB1043－79标准测试，硬度按GB2411－80测试。

2 结果与讨论

2.1 废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的性能影响

影响短纤维补强橡胶的性能主要有3个因素，纤维长径比、取向和界面。本工作短纤维的长径比在100左右，氨纶与丁晴橡胶的相容性较好，采用无规取向，尽量保持各向同性。

图1是废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的拉伸强度和撕裂强度的影响。由图可见，随氨纶废丝含量的增加，材料的撕裂强度单调增加，拉伸强度在废丝含量为20～30份时最高，之后缓慢下降。

图1 废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的拉伸强度和撕裂强度的影响

图2是废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的断裂伸长率和定伸强度的影响。由图可见，随氨纶废丝含量的增加，材料的断裂伸长率变化不大，定伸强度在废丝含量30份之前逐渐提高，30份时最高，之后缓慢下降。

图2 废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的断裂伸长率和定伸强度的影响

图3是废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的邵氏硬度和永久变形的影响。由图可见，随氨纶废丝含量的增加，材料的永久变形单调增加，邵氏硬度在废丝含量30份之前逐渐提高，30份时最高，之后缓慢下降。

图3 废氨纶短纤维含量对丁腈橡胶的邵氏硬度和永久变形的影响

综上所述，短纤维含量在20～30份时复合材料的综合性能最佳。

2.2 废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的性能影响

图4是废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的拉伸强度和撕裂强度的影响。由图可见，随废PU含量的增加，材料的撕裂强度单调增加，拉伸强度在废PU含量为20份之前明显提高，20份之后变化不大。

图4 废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的拉伸强度和撕裂强度的影响

图5是废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的断裂伸长率和定伸强度的影响。由图可见，随废PU含量的增加，材料的断裂伸长率逐渐增大，30份以后变化不大，定伸强度在废PU含量10份之前逐渐提高，10份之后变化平缓。

图5 废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的断裂伸长率和定伸强度的影响

图6是废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的邵氏硬度和永久变形的影响。由图可见，随废PU含量的增加，材料的永久变形20份之前逐渐增加，20份之后明显提高，邵氏硬度在废PU含量10份之前和30份以后逐渐提高，10～30份之间出现平台。

综上所述，废PU可以改善短纤维与丁腈橡胶的界面，废PU含量在30份时复合材料的综合性能最佳。

2.3 低聚物对炭黑补强废氨纶短纤维/丁腈橡胶复合材料的性能影响

图6 废PU含量对废氨纶短纤维/丁腈橡胶的邵氏硬度和永久变形的影响

低聚物对橡胶的作用已有多篇文章报道[6－8]，这里不再赘述。表1列出了各类复合材料的力学性能的数据对比。从表中数据可以看出，废氨纶短纤维和废PU均会使炭黑补强丁腈橡胶的拉伸强度下降，其他性能变化不大；酚醛树脂在保持复合材料拉伸强度不变的前提下，明显地提高了材料的撕裂强度和断裂伸长率；环氧树脂的改性效果不如酚醛树脂。

废聚氨酯和酚醛树脂均是很好的耐油材料，与丁腈橡胶复合后耐油性优异，同时提高了复合材料的力学性能，大幅度地降低了原材料成本，获得了性价比较高的复合材料，具有一定的市场开发前景。

表1各类复合材料的力学性能的数据对比

3 结论

（1）废氨纶短纤维含量在20～30份时复合材料的综合性能最佳。

（2）废PU可以改善短纤维与丁腈橡胶的界面，废PU含量在30份时复合材料的综合性能最佳。

（3）酚醛树脂在保持复合材料拉伸强度不变的前提下，明显地提高了材料的撕裂强度和断裂伸长率；环氧树脂的改性效果不如酚醛树脂。

[1]王静荣，陈大俊.氨纶废丝醇解工艺探讨[J].化学世界，2008，49(8)：474-476.

[2]于海琴，王金刚，闫良国.短纤维增强橡胶复合材料研究进展[J].材料科学与工程，2002，20(2)：287-289.

[3]叶林忠，郑光华.聚氨酯材料的再生利用[J].橡胶工业，2002，49(6)：337-339.

[4]叶林忠，王兆波，王培山.废聚氨酯改性丁腈橡胶的研究[J].特种橡胶制品，2004，25(5)：27-29.

[5]叶林忠,隋丽娜,于立岩.废聚氨酯的溶解和综合利用[J].弹性体，2006，16(3):28-31.

[6]Linzhong Ye，Yongheng Zhang，Zhaobo Wang.Mechanical properties and microstructure ofacrylonitrile-butadiene rubbervulcanizates reinforced by In situ polymerized phenolic resin[J].J.Appl.Polym.Sci.2007，105(6):3851-3857.

[7]叶林忠，李桂村.热固性树脂补强NBR的性能研究[J].橡胶工业，2008，55(9):538-540.

[8]Linzhong Ye，Yongheng Zhang，In-situ polymerized phenolic resin for reinforcement of chloroprene and ethylene-propy lene rubber vulcanizates[J].J.Appl.Polym.Sci.2009，111(3):1177-1184.

Properties of composite material of waste polyurethane fiber,polyurethane and nitrile rubber

YE Linzhong
（College of Materials Science and Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China）

This paper studied the properties of composite material of waste polyurethane fiber,polyurethane(PU)and nitrile rubber (NBR).The impact of the content of short polyurethane fiber content and PU,as well as two kinds of oligomers on the properties of NBR vulcanizates were separately analyzed.The results showed that the best properties of composite material were achieved when 20 phr short polyurethane fibers were filled,and the waste polyurethane could improve the general properties of waste polyurethane fiber filled NBR vulcanizates.Both oligomers can improve the properties of NBR vulcanizates,while the impact of phenolic resin oligomer was more remarkable.

waste polyurethane fiber;waste polyurethane;nitrile rubber;oligomer

X79

A

1674－0912（2010）10－0032－03

2010－04－21）

叶林忠（1960－），男，江苏金坛人，副教授，从事高分子材料的教学与科研工作。