王曉龍，許其軍，徐 玥，華潤稼，彭美艷

（江蘇太極實(shí)業(yè)新材料有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225006）

玄武巖纖維是天然火山巖高溫熔融后通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。由于所用原材料不含和加工生產(chǎn)中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，玄武巖纖維是一種真正的環(huán)保型纖維，同時(shí)其具有優(yōu)異的物理性能，因此玄武巖纖維成為世界各國競相研發(fā)的高性能纖維。玄武巖纖維與芳綸纖維、碳纖維、超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維并列為四大高性能纖維。

近些年，玄武巖纖維的制備及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用均已取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在眾多領(lǐng)域，玄武巖纖維在性能上已經(jīng)可以達(dá)到，甚至超過芳綸纖維、碳纖維和鋼絲等材料，被廣泛用于道路土建、航空航天、軍事裝備、汽車船舶等領(lǐng)域。

作為橡膠骨架材料，除本身具有優(yōu)異性能外，還要求與橡膠具有良好的粘合性能。玄武巖纖維表面缺少活性基團(tuán)，與橡膠界面粘合性能較差，因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的玄武巖纖維浸漬液成為橡膠領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

本工作在單線浸膠機(jī)上進(jìn)行了連續(xù)化浸漬處理玄武巖纖維，確定了可使玄武巖纖維粘合良好的一浴和二浴浸漬液，同時(shí)研究了浸漬液對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維和錦綸66纖維的作用，為玄武巖纖維與錦綸纖維或PET纖維搭配使用及其混織織物應(yīng)用創(chuàng)造條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

玄武巖纖維，規(guī)格為660dtex/2，70捻·m-1，四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品。PET纖維，規(guī)格為1670dtex/2，370捻·m-1，江蘇太極實(shí)業(yè)新材料有限公司產(chǎn)品。錦綸66纖維，規(guī)格為1400dtex/2，370捻·m-1，神馬實(shí)業(yè)股份有限公司產(chǎn)品。丁吡膠乳和羧基丁苯膠乳，上海歐諾法化學(xué)有限公司產(chǎn)品。封閉異氰酸酯，牌號(hào)Grilbond?IL-6，己內(nèi)酰胺封端，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6；環(huán)氧樹脂G1701（縮水甘油醚型），瑞士EMSGriltech公司產(chǎn)品。環(huán)氧樹脂GE100和GE500，德國Raschig GmbH公司產(chǎn)品。環(huán)氧樹脂EX614B（山梨醇型）和環(huán)氧樹脂EX512，日本Nagase Chemtex Corporation公司產(chǎn)品。間苯二酚-甲醛-膠乳（RFL）和RFL-M（RFL調(diào)整后）體系，自制。

1.2 主要設(shè)備和儀器

LJJ-Ⅱ型單線浸膠機(jī)和LPS-1型簾線排線機(jī)，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；3343型材料拉伸試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

首先配制浸漬液，然后將玄武巖纖維置于單線浸膠機(jī)上進(jìn)行浸漬處理?？紤]到目前業(yè)內(nèi)多采用剝離力表征纖維骨架與橡膠粘合性能，因此本研究將浸膠纖維置于簾線排線機(jī)上排線，制成與橡膠共硫化的“三明治樣式”試樣。試樣硫化溫度為160 ℃，硫化壓力為3.0 MPa，硫化時(shí)間為15和60 min。硫化試樣進(jìn)行水冷卻，然后進(jìn)行性能測試。

1.4 性能測試

剝離力和覆膠等級(jí)按照ASTM D 4393—2010《增強(qiáng)軟線或織物與橡膠化合物的搭接脫落粘合力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 玄武巖纖維浸漬液

目前，改善纖維骨架材料與橡膠粘合性能的有效方法是用RFL體系處理纖維骨架材料。對(duì)于錦綸纖維，直接用RFL體系一浴浸漬法很有效，但對(duì)于PET纖維及其他表面活性基團(tuán)不多的纖維，需要經(jīng)過二浴法浸漬方能實(shí)現(xiàn)其與橡膠的良好粘合。浸漬過程通常為一浴進(jìn)行活化處理，二浴采用RFL體系處理。

玄武巖纖維浸漬液如表1所示。

表1 玄武巖纖維浸漬液

從表1可以看出，1#試樣玄武巖纖維一浴和二浴均采用RFL體系，無法實(shí)現(xiàn)玄武巖纖維與橡膠之間的良好粘合。RFL體系在纖維骨架與橡膠粘合過程中的機(jī)理為：R和F中的羥基、羥甲基與纖維活性基團(tuán)作用，L膠乳與橡膠進(jìn)行共硫化交聯(lián)，通過上述化學(xué)鍵合，實(shí)現(xiàn)了纖維骨架和橡膠之間的粘合。1#試樣玄武巖纖維表面光滑，缺少活性基團(tuán)，無法直接與RFL體系配合。2#試樣玄武巖纖維采用目前PET纖維的浸漬處理方法處理，即先經(jīng)過D417體系一浴處理，然后經(jīng)過RFL體系二浴處理，得到結(jié)果依然不理想，玄武巖纖維并沒有像PET纖維一樣達(dá)到100%覆膠。2#試樣結(jié)果表明，需要采用不同于現(xiàn)有PET纖維浸漬液，才能活化玄武巖纖維，實(shí)現(xiàn)其與橡膠的粘合。

3#—7#試樣，一浴浸漬采用不同于RFL及D417的體系，分別選用了5種不同廠家及牌號(hào)的環(huán)氧樹脂浸漬液，發(fā)現(xiàn)除了5#試樣結(jié)果較好外，其余試樣的粘合效果均不良。8#—10#試樣浸漬液在5#試樣浸漬液的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。對(duì)比5#，8#和9#試樣可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一浴浸漬液的環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.02增大到0.04時(shí)，玄武巖纖維與橡膠的粘合性能呈現(xiàn)先變好再變差的趨勢，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)最優(yōu)值為0.03。

10#試樣浸漬液為在8#試樣浸漬液的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，以環(huán)氧樹脂為主要組分。從表1可以看出，10#試樣的剝離力較大，覆膠等級(jí)較高，其玄武巖纖維與橡膠的粘合性能達(dá)到要求。

2.2 浸漬液停放時(shí)間

考慮到工業(yè)生產(chǎn)的多樣性，浸漬液配置后，有時(shí)要延后使用，浸漬液停放時(shí)間對(duì)玄武巖纖維與橡膠粘合性能的影響如表2所示。

表2 浸漬液停放時(shí)間對(duì)玄武巖纖維與橡膠粘合性能的影響

從表2可以看出，浸漬液停放時(shí)間從零延長至40 h，玄武巖纖維與橡膠的粘合性能并未下降，反而有所提高。

2.3 其他纖維

纖維骨架材料應(yīng)用于橡膠中，有時(shí)需要單品種使用，有時(shí)需要多品種配合使用。玄武巖纖維與其他骨架材料，如PET纖維和錦綸纖維等搭配使用時(shí)，需要浸漬液既能滿足現(xiàn)有二浴連續(xù)化浸漬工藝，又能實(shí)現(xiàn)各纖維與橡膠粘合性能良好。

采用相同工藝的不同纖維與橡膠的粘合效果如表3所示。

從表3可以看出，采用相同的一浴和二浴浸漬液、相同的浸漬溫度（230 ℃），硫化60 min的玄武巖纖維試樣和PET纖維試樣的剝離力均較大，覆膠等級(jí)均較高，硫化15 min的PET纖維試樣覆膠等級(jí)略低，此時(shí)略提高浸漬溫度至235 ℃，就可以較大幅度提高試樣的覆膠等級(jí)。

表3 采用相同工藝的不同纖維與橡膠的粘合效果

從表3還可以看出，采用相同的一浴和二浴浸漬液以及相同的浸漬溫度，硫化15和60 min的玄武巖纖維試樣和錦綸66纖維試樣的剝離力均較大，覆膠等級(jí)均為最高5級(jí)。

綜上所述，一浴采用AS體系，二浴采用RFL或RFL-M體系，可以實(shí)現(xiàn)玄武巖纖維、PET纖維和錦綸66纖維與橡膠的良好粘合。

3 結(jié)論

通過優(yōu)選，確定了玄武巖纖維的浸漬液——以環(huán)氧樹脂為主的一浴浸漬液和RFL體系為二浴的浸漬液。使用優(yōu)選的浸漬液，對(duì)玄武巖纖維、PET纖維和錦綸66纖維進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了3種纖維與橡膠的良好粘合，使得玄武巖纖維與PET纖維或錦綸纖維的搭配使用成為可能；同時(shí)能滿足連續(xù)化生產(chǎn)的要求，浸漬液停放40 h后使用依然有效。