阅读说明：本技术 一种高负载窄v带及其制备方法 (High-load narrow V-shaped band and preparation method thereof ) 是由 干才勇 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及V带技术领域,尤其涉及一种高负载窄V带及其制备方法,该V带包括纤维粘附层和蒙脱石改性内层,所述蒙脱石改性内层由以下原料制备而成：丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜、纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙、改性蒙脱石；所述纤维粘附层由以下原料制备而成：氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶、石墨纤维、碳化硅纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维。本发明V带原料分子间的相容性好,V带的负载量大、强度高。(The invention relates to the technical field of V belts, in particular to a high-load narrow V belt and a preparation method thereof, wherein the V belt comprises a fiber adhesion layer and a montmorillonite modified inner layer, and the montmorillonite modified inner layer is prepared from the following raw materials: nitrile rubber, chlorinated nitrile rubber, styrene butadiene rubber, ethylene propylene diene monomer, bismaleimide resin, polyaryletherketone, polyarylethersulfone, nano calcium silicate, nano barium silicate, nano calcium oxalate and modified montmorillonite; the fiber adhesion layer is prepared from the following raw materials: chlorosulfonated polyethylene rubber, fluororubber, butadiene rubber, graphite fiber, silicon carbide fiber, and poly (p-phenylene benzobisoxazole) fiber. The V-belt raw material has good intermolecular compatibility, large load capacity and high strength.)

一种高负载窄V带及其制备方法

技术领域

本发明涉及V带技术领域，尤其涉及一种高负载窄V带及其制备方法。

背景技术

橡胶V带是现代工业生产设备中重要的零配件，橡胶V带有包边式V带和切边式V带，而V带都为摩擦传动。V带的使用领域也非常广泛，如汽车V带、摩托车变速V带、农机变速V带等。它使用的工况环境也各种各样，有高负载的，在高负载环境下因皮带为摩擦传动，且升温也很高。那么在高寒地区，如零下40℃以下，有些橡胶就会发脆。比如专利号为CN201910832600.7一种耐高低温三元乙丙橡胶V带，采用三元乙丙橡胶、促进剂、氧化锌、防老剂、炭黑、石蜡油、过氧化物交联剂、棉粉、尼龙使得V带可以应对多种温差环境，但是其制作中为了兼顾温差，降低了V带强度。又如专利号为CN201910501668.7的一种橡胶V带硫化胶套及其生产方法，采用ExxproTM特种弹性体、增塑剂、氧化镁、氧化锌、增粘树脂、微晶蜡、表面润滑剂、补强剂、硫化树脂、促进剂，使制得胶套具有优异的气密性、耐热氧老化性，但其原料并没有深度联结，强度及负载量都不够高，所以制作一种专门针对高负载的V带极有必要。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种高负载窄V带及其制备方法，以提高V带的负载量和刚性，具体技术方案为：

一种高负载窄V带，包括纤维粘附层和蒙脱石改性内层，所述纤维粘附层包裹在蒙脱石改性内层表面；所述蒙脱石改性内层由以下质量份的原料制备而成：丁腈橡胶10-15份、氯化丁腈橡胶20-30份、丁苯橡胶40-50份、三元乙丙橡胶70-80份、双马来酰亚胺树脂3-5份、聚芳醚酮20-30份、聚芳醚砜25-35份、纳米硅酸钙1-3份、纳米硅酸钡1-3份、纳米草酸钙1-3份、改性蒙脱石3-5份。

进一步的，所述纤维粘附层由以下质量份的原料制备而成：氯磺化聚乙烯橡胶60-90份、氟橡胶20-30份、顺丁橡胶50-60份、石墨纤维1-3份、碳化硅纤维1-3份、聚对苯撑苯并二噁唑纤维5-13份。

进一步的，所述石墨纤维长度为2-10um。

进一步的，所述碳化硅纤维长度为30-50um。

进一步的，所述聚对苯撑苯并二噁唑纤维长度为100-200um。

本发明所述的高负载窄V带，制备方法如下：

(1)将蒙脱石粉碎为30-50目的粉末，在0.1-0.3个标准大气压下，加热到300-500℃，保温20-30min，将温度降低至180-250℃，保温50-90min；

(2)将粉末降低至常温，加入在真空下加热至80-100℃，充入氮气，将气压增加至2-3个标准大气压，将温度降低至10-15℃，通入纯净水、二氧化碳，将温度提高至50-70℃，保温30-50min，将温度升至500-600℃保温3-5h，然后将气压瞬间释放至0.3-0.5个标准大气压，收集处理后的蒙脱石粉末烘干，用球磨机粉碎为粒度100nm-200nm的粉末备用；

(3)将蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水混合，加热到70-80℃，搅拌20-30min，保温静置5-6h，再搅拌50-70min，将混合物抽滤，取沉淀物，将沉淀物与其质量5-8倍的清水混合，在40-50℃下搅拌10-20min，再次过滤，将过滤得到的沉淀物减压干燥得到改性蒙脱石；

(4)按质量比，取丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜混合塑炼，待各组分充分混合均匀，加入纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙、改性蒙脱石混合，继续搅拌熔炼，熔炼结束后，将原料排出到模具中，压制成型，在60-70℃预冷15-25min，然后继续压制20-30min，得到蒙脱石改性内层；

(5)按照质量比，将氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶加热熔炼混合均匀后，加入石墨纤维、碳化硅纤维熔炼1-2h，然后加入聚对苯撑苯并二噁唑纤维顺着同一方向搅拌熔炼3-5h，将熔融的纤维粘附层，将纤维粘附层均匀喷涂到蒙脱石改性内层，放入模具中压制成型，再经硫化、脱模得到高负载窄V带。

进一步的，所述粉末与水、二氧化碳的质量比为10-12:1:2-4。

进一步的，所述蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水的质量比为1-1.3:8-10:0.2。

本发明的有益效果：

本发明通过将蒙脱石在低气压下加热，使得蒙脱石疏松度增高，削弱蒙脱石层间联系，然后，注入二氧化碳和水，在高温高压下促进蒙脱石吸附，使得水分子、二氧化碳分子进入蒙脱石层间，再瞬间失压处理，利用水分子和二氧化碳分子在低压下的逸出产生微观的***力，扩展蒙脱石的层间距离，然后烘干定型，再粉碎到纳米尺度，扩展蒙脱石的吸附区间，促进十八烷基二甲基苄基氯化铵***到蒙脱石层间，提高原料分子间的相容性，增加V带的负载量和强度。

本发明使用蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵反应，通过十八烷基二甲基苄基氯化铵与蒙脱石层间的阳离子交换，使得十八烷基二甲基苄基氯化铵的长分子链***到蒙脱石层间，增加蒙脱石与原料之间的连接基团，利用十八烷基二甲基苄基氯化铵与丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜之间的相容性，通过其分子链来固化蒙脱石，增加蒙脱石在V带中的着力点；并且，改性后蒙脱石本身对于无机成分就有强大的吸附能力，可以将纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙牢固的吸附在V带晶体结构中，强化V带的稳定性。

本发明利用草酸钙含有碳链的特点，使得草酸钙在原料中连接性更强，在被改性蒙脱石吸附的同时，与丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜的凝结性更好，可以强化V带晶体，提高V带的负载能力。

本发明通过石墨纤维提高V带模量，利用石墨烯纤维的层状分布特点，使得含有石墨纤维的纤维粘附层与含有改性蒙脱石的改性蒙脱石内层的层间分子形成彼此交错的咬合结构，让V带的内外层一体化，使得其中的丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜的凝结度更高，应力分散效果更好，提高V带在高强度使用中的稳定性，增加V带的抗拉伸和防断裂性能；通过外层的纤维结构强化V带的力分散效果，提高V带的内层应力承受，增加V带的使用寿命。

根据本发明原料组分和制备方法制得的V带，300％定伸应力高于13.9MPa，拉伸强度高于14.8MPa，屈挠断裂次数高于2.7×10⁴，其性能优良，各方面参数均衡，具有很强的应用效果。

本发明通过双马来酰亚胺树脂提高V带在不同环境下的稳定性，利用其流动性降低各原料之间的加工难度，使得各成分塑炼时溶解迅速，相容性好，使得制备出来的V带致密度更高，具有更高的模量和尺寸稳定性；本发明通过使用聚芳醚酮，提高V带的稳定性，利用聚芳醚酮的自润滑性，促使纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙在原料中流动性更强，更容易分散，提高原料的加工特性，使得制备出来的V带耐冲击，具有优良的力学性能，强化V带中各成分的凝结，提高V带的负载量和强度；本发明通过聚芳醚砜促进聚芳醚酮的融合，提高V带的抗力效果，使得V带具有良好的耐应力开裂和稳定性，让原料在高温下更容易塑形，增强V带的分子链对纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙的约束，使得V带表面晶体结构均匀稳定，抗外力效果好；本发明通过纳米硅酸钡连接V带中树脂和橡胶，使得V带在使用中稳定性好，提高V带晶体的应力承受，增加V带的抗拉伸效果，降低V带使用中局部开裂的可能性；本发明利用碳化硅纤维容易被双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜浸润的特点，通过双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜促进碳化硅纤维分散到氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶中，增强V带抗性，提高V带的拉伸强度，使得V带在使用中防断裂性更好。

具体实施方式

实施例1

一种高负载窄V带，包括纤维粘附层和蒙脱石改性内层，所述纤维粘附层包裹在蒙脱石改性内层表面；所述蒙脱石改性内层由以下质量份的原料制备而成：丁腈橡胶10份、氯化丁腈橡胶20份、丁苯橡胶40份、三元乙丙橡胶70份、双马来酰亚胺树脂3份、聚芳醚酮20份、聚芳醚砜25份、纳米硅酸钙1份、纳米硅酸钡1份、纳米草酸钙1份、改性蒙脱石3份；所述纤维粘附层由以下质量份的原料制备而成：氯磺化聚乙烯橡胶60份、氟橡胶20份、顺丁橡胶50份、石墨纤维1份、碳化硅纤维1份、聚对苯撑苯并二噁唑纤维5份；所述石墨纤维长度为2um；所述碳化硅纤维长度为30um；所述聚对苯撑苯并二噁唑纤维长度为100um。

本实施例所述的高负载窄V带，制备方法如下：

(1)将蒙脱石粉碎为30目的粉末，在0.1个标准大气压下，加热到300℃，保温20min，将温度降低至180℃，保温50min；

(2)将粉末降低至常温，加入在真空下加热至80℃，充入氮气，将气压增加至2个标准大气压，将温度降低至10℃，通入纯净水、二氧化碳，将温度提高至50℃，保温30min，将温度升至500℃保温3h，然后将气压瞬间释放至0.5个标准大气压，收集处理后的蒙脱石粉末烘干，用球磨机粉碎为粒度100nm的粉末备用；所述粉末与水、二氧化碳的质量比为10:1:2；

(3)将蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水混合，加热到70℃，搅拌20min，保温静置5h，再搅拌50min，将混合物抽滤，取沉淀物，将沉淀物与其质量5倍的清水混合，在40℃下搅拌10min，再次过滤，将过滤得到的沉淀物减压干燥得到改性蒙脱石；所述蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水的质量比为1:10:0.2；

(4)按质量比，取丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜混合塑炼，待各组分充分混合均匀，加入纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙、改性蒙脱石混合，继续搅拌熔炼，熔炼结束后，将原料排出到模具中，压制成型，在60℃预冷15min，然后继续压制20min，得到蒙脱石改性内层；

(5)按照质量比，将氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶加热熔炼混合均匀后，加入石墨纤维、碳化硅纤维熔炼1h，然后加入聚对苯撑苯并二噁唑纤维顺着同一方向搅拌熔炼3h，将熔融的纤维粘附层，将纤维粘附层均匀喷涂到蒙脱石改性内层，放入模具中压制成型，再经硫化、脱模得到高负载窄V带。

实施例2

一种高负载窄V带，包括纤维粘附层和蒙脱石改性内层，所述纤维粘附层包裹在蒙脱石改性内层表面；所述蒙脱石改性内层由以下质量份的原料制备而成：丁腈橡胶15份、氯化丁腈橡胶30份、丁苯橡胶50份、三元乙丙橡胶80份、双马来酰亚胺树脂5份、聚芳醚酮30份、聚芳醚砜35份、纳米硅酸钙3份、纳米硅酸钡3份、纳米草酸钙3份、改性蒙脱石5份；所述纤维粘附层由以下质量份的原料制备而成：氯磺化聚乙烯橡胶90份、氟橡胶30份、顺丁橡胶60份、石墨纤维3份、碳化硅纤维3份、聚对苯撑苯并二噁唑纤维13份；所述石墨纤维长度为10um；所述碳化硅纤维长度为50um；所述聚对苯撑苯并二噁唑纤维长度为200um。

本实施例所述的高负载窄V带，制备方法如下：

(1)将蒙脱石粉碎为50目的粉末，在0.3个标准大气压下，加热到500℃，保温30min，将温度降低至250℃，保温90min；

(2)将粉末降低至常温，加入在真空下加热至100℃，充入氮气，将气压增加至3个标准大气压，将温度降低至15℃，通入纯净水、二氧化碳，将温度提高至70℃，保温50min，将温度升至600℃保温5h，然后将气压瞬间释放至0.5个标准大气压，收集处理后的蒙脱石粉末烘干，用球磨机粉碎为粒度200nm的粉末备用；所述粉末与水、二氧化碳的质量比为10:1:2；

(3)将蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水混合，加热到80℃，搅拌30min，保温静置6h，再搅拌70min，将混合物抽滤，取沉淀物，将沉淀物与其质量8倍的清水混合，在50℃下搅拌20min，再次过滤，将过滤得到的沉淀物减压干燥得到改性蒙脱石；所述蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水的质量比为1:10:0.2；

(4)按质量比，取丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜混合塑炼，待各组分充分混合均匀，加入纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙、改性蒙脱石混合，继续搅拌熔炼，熔炼结束后，将原料排出到模具中，压制成型，在70℃预冷25min，然后继续压制30min，得到蒙脱石改性内层；

(5)按照质量比，将氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶加热熔炼混合均匀后，加入石墨纤维、碳化硅纤维熔炼2h，然后加入聚对苯撑苯并二噁唑纤维顺着同一方向搅拌熔炼5h，将熔融的纤维粘附层，将纤维粘附层均匀喷涂到蒙脱石改性内层，放入模具中压制成型，再经硫化、脱模得到高负载窄V带。

实施例3

一种高负载窄V带，包括纤维粘附层和蒙脱石改性内层，所述纤维粘附层包裹在蒙脱石改性内层表面；所述蒙脱石改性内层由以下质量份的原料制备而成：丁腈橡胶13份、氯化丁腈橡胶25份、丁苯橡胶47份、三元乙丙橡胶78份、双马来酰亚胺树脂4份、聚芳醚酮21份、聚芳醚砜26份、纳米硅酸钙3份、纳米硅酸钡1份、纳米草酸钙3份、改性蒙脱石3份；所述纤维粘附层由以下质量份的原料制备而成：氯磺化聚乙烯橡胶90份、氟橡胶20份、顺丁橡胶60份、石墨纤维1份、碳化硅纤维3份、聚对苯撑苯并二噁唑纤维5份；所述石墨纤维长度为10um；所述碳化硅纤维长度为30um；所述聚对苯撑苯并二噁唑纤维长度为200um。

本实施例所述的高负载窄V带，制备方法如下：

(1)将蒙脱石粉碎为50目的粉末，在0.1个标准大气压下，加热到300℃，保温30min，将温度降低至180℃，保温90min；

(2)将粉末降低至常温，加入在真空下加热至100℃，充入氮气，将气压增加至2个标准大气压，将温度降低至15℃，通入纯净水、二氧化碳，将温度提高至50℃，保温50min，将温度升至500℃保温5h，然后将气压瞬间释放至0.5个标准大气压，收集处理后的蒙脱石粉末烘干，用球磨机粉碎为粒度100nm的粉末备用；所述粉末与水、二氧化碳的质量比为10:1:2；

(3)将蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水混合，加热到80℃，搅拌20min，保温静置6h，再搅拌50min，将混合物抽滤，取沉淀物，将沉淀物与其质量8倍的清水混合，在40℃下搅拌20min，再次过滤，将过滤得到的沉淀物减压干燥得到改性蒙脱石；所述蒙脱石粉末与十八烷基二甲基苄基氯化铵、水的质量比为1:10:0.2；

(4)按质量比，取丁腈橡胶、氯化丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、双马来酰亚胺树脂、聚芳醚酮、聚芳醚砜混合塑炼，待各组分充分混合均匀，加入纳米硅酸钙、纳米硅酸钡、纳米草酸钙、改性蒙脱石混合，继续搅拌熔炼，熔炼结束后，将原料排出到模具中，压制成型，在70℃预冷15min，然后继续压制30min，得到蒙脱石改性内层；

(5)按照质量比，将氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶加热熔炼混合均匀后，加入石墨纤维、碳化硅纤维熔炼2h，然后加入聚对苯撑苯并二噁唑纤维顺着同一方向搅拌熔炼3h，将熔融的纤维粘附层，将纤维粘附层均匀喷涂到蒙脱石改性内层，放入模具中压制成型，再经硫化、脱模得到高负载窄V带。

对比例

试验例

分别按照实施例1-3、对比例1-7制作V带，检测V带各种参数如下：

	300％定伸应力/MPa	拉伸强度/MPa	屈挠断裂次数×10<sup>4</sup>
				实施例1	13.92	15.02	2.88
实施例2	13.97	14.99	2.77
				实施例3	14.36	14.88	2.81
对比例1	10.92	11.87	1.15
				对比例2	11.84	12.24	1.24
对比例3	11.59	12.06	1.36
				对比例4	11.06	11.10	1.26
对比例5	11.58	12.86	1.30
				对比例6	10.92	11.85	1.24
对比例7	10.23	10.53	1.21

由表可以看出，使用本发明方法的实施例1-3组，其V带性能显著，但是对比例中缺乏本发明改性蒙脱石的对比例1和对比例7性能下降明显，所以本发明V带的配方合理，性能显著。