一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料及其制备方法技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料及其制备方法。
背景技术
手套是生产生活中常见、重要的劳保用品，按制作方法可分为缝制、针织和浸胶等。随着现代社会科技的快速发展，进一步拓展了人类接触的临界环境条件，尤其增大了低温、超低温等条件下的操作风险(郝梦楠，王瑞，夏兆鹏，等。轻薄型耐低温挂胶手套的制备与性能[J]，上海纺织科技，2021，49(2)：pp33-37)，进而对纺织用品的防护性能提出了更加严苛的要求。
在低温、超低温操作条件下，除了要求手套具备保护作用外，其功能需求呈现多样化的特点(李志锋，吕明哲，李永振，等。天然胶乳手套与合成胶乳手套的发展[J]，橡胶工业，2021，68(2)：pp146-153)，主要表现在以下几个方面：
(1)耐磨性：磨损是手套损毁的主要形式之一，尤其在承重或摩擦情况下，无论织物或浸胶等处理的手套，其耐磨性较差，当局部出现破损，手套的保护功能也将面临失效。
(2)轻便灵活：手套的保护作用大多以降低轻便、透气等舒适性为代价，操作上的灵活性是手套的重要功能需求，对浸渍材料而言则体现在轻质/轻量等特性要求。
(3)低导热：阻碍外界与手套的热传递或热交换。手套本体材料无论织物或橡胶等，其隔热性能稳定，通过浸渍处理并进一步降低浸渍材料整体的热导率是提高手套防护性能的关键因素。
(4)外观特性：手套属于修饰单元，在兼具功能性的条件下还应体现美观、防润湿(防水、防油、防污渍)等特点，无刺激性气味，这对浸渍材料的绿色环保特性也提出了一定要求。
“一种耐低温丁腈防护手套及所用丁腈胶浆的制备方法”(CN201810168993.1)，公开了在丁腈胶乳中加入磨料助剂进行预硫化并提高其粘度，以其作为手套表层材料表现出较好的耐油、耐磨和耐低温性能。但丁腈胶乳中丙烯腈含量高，一方面刺激性气味明显，同时在硫化过程中操作风险较高，尤其与酸碱类化学成分反应剧烈。此外，以有机胶层作为手套表层的防护，其耐低温性能的改善所取得的效果有限，一般服役耐受温度约为-25℃～-10℃，难以进一步优化提升，甚至面临低温硬化失效。
“一种增强手套防切割性能的浸胶复合材料”(CN201910364057.2)公开了在胶乳中添加金属氧化物、二氧化硅或纤维等无机材料，通过无机-有机复合制备手套浸胶材料，该技术显著提高了手套的防护性能，尤其通过晶须的引入增强了手套浸胶层的防切割性能。但浸胶层中采用预加入晶须的方式，一方面由于晶须的交错导致难以均匀分散，另外晶须的引入在浸胶层中容易引起“毛边”或“凸刺”，降低手套穿戴的舒适度。除此之外，浸胶层中强碱性氧化物的引入存在操作风险(如氧化钾、氧化钠等腐蚀性极强)，也易于导致胶乳的失效；而高密度/高比重氧化物(如氧化锆、氧化铁等)的引入也增大了浸胶层的比重，降低了手套穿戴后的操控灵活性。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料及其制备方法，用该方法制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料分散均匀稳定、耐磨性强和耐低温性能好。
本发明的一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将一定质量比的氯化铝溶液、尿素溶液、正硅酸乙酯和草酸溶液在一定温度下搅拌静置后得到混合料；
S2：向所述混合料中加入一定量的B2O3，超声分散得到前驱体料；
S3：将所述前驱体料喷雾干燥成型，得到前驱体微球；
S4：将所述前驱体微球置于电磁感应炉中，在氮气气氛下，以一定速率升温至预设温度后保温处理得到热处理微球；
S5：将所述热处理微球与液体硅橡胶混合均匀制得耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
进一步的，步骤S4中，在氮气气氛下经30～40分钟升温至1370～1420℃，然后保温30～60分钟，得到热处理微球。
进一步的，所述氯化铝溶液的浓度为2～3mol/L，所述尿素溶液的浓度为1～2mol/L，所述草酸溶液的浓度为0.5～0.8mol/L，所述正硅酸乙酯为化学纯，所述氯化铝溶液︰尿素溶液︰正硅酸乙酯︰草酸溶液的质量比为100︰(120～135)︰(25～30)︰(3～5)。
进一步的，步骤S1中，于55～60℃条件搅拌10～15分钟后，室温下静置20～30分钟，得到混合料。
进一步的，步骤S2中，B2O3的质量为混合料质量3～6wt％。
进一步的，步骤S2中，超声分散10～15分钟。
进一步的，所述前驱体料于120～150℃下喷雾干燥成型。
进一步的，所述热处理微球与液体硅橡胶按质量比为(20～25)︰100。
进一步的，B2O3为工业纯，液体硅橡胶为工业纯。
一种采用上述的制备方法制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明制备工艺简单，无易燃易爆组分，原料来源广泛，制备过程中无毒害气体产生，环境友好。
2、本发明通过喷雾干燥成型制备球形颗粒料，并结合电磁感应快速升温烧结，提高球形料表面扩散传质速率，易于晶须的成核与生长，实现球形料表面密实化的同时，保障材料的球形度，提高颗粒料的流动性，有利于提高无机-有机浸渍复合材料的分散均匀性和稳定性。
3、本发明通过球形料热处理过程中气体组分的逸出，抑制氮源进入球形料内部，利用氮源在球形料表面沉积引发的原位氮化反应形成氮化硼-莫来石晶须交错互锁结构，提高球形料的表面粗糙度和强度，增强无机-有机界面的润湿性，改善浸渍复合材料的耐磨性。
4、本发明采用无机-有机复合手段，降低硅橡胶键合强度，破坏胶体分子的整体结构，进而降低硅橡胶的结晶温度，避免浸渍复合材料与外界的热交换，有效提高手套的低温耐受性能。
5、本发明制备的球形料比重小，表面密实化程度高、无毛边或凸刺，降低了浸渍层的比重，可实现手套浸渍材料的轻量化，增强手套穿戴舒适度且便于操作灵活。
6、本发明制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料经测定耐磨系数达2～3级；抗撕裂性系数达2～3级；抗切割系数达3～4级；耐低温性能达到-80～-120℃，且浸渍复合材料无硬化。因此，本发明所制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料分散均匀稳定、耐磨性强和耐低温性能好。
附图说明
图1和图2均为实施例1制备的热处理微球的SEM图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述氯化铝溶液的浓度为2.2mol/L。
所述尿素溶液的浓度为1.8mol/L。
所述正硅酸乙酯为化学纯。
所述草酸溶液的浓度为0.6mol/L。
所述B2O3为工业纯。
所述液体硅橡胶为工业纯。
实施例1
一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料的制备方法，本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按氯化铝溶液︰尿素溶液︰正硅酸乙酯︰草酸溶液的质量比为100︰122︰28︰3，将所述氯化铝溶液、尿素溶液、正硅酸乙酯和草酸溶液加入容器中，于55℃条件搅拌12分钟后，室温下静置25分钟，得到混合料；
第二步、向所述混合料中加入占混合料质量4wt％的B2O3，超声分散15分钟，得到前驱体料；
第三步、将所述前驱体料于125℃下喷雾干燥成型，得到前驱体微球；
第四步、将所述前驱体微球置于电磁感应炉中，在氮气气氛下经30分钟升温至1400℃，保温60分钟，得到热处理微球；
第五步、将所述热处理微球与液体硅橡胶按质量比22︰100混合均匀，制得耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
本实施例所制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料经测定耐磨系数达3级；抗撕裂性系数达3级；抗切割系数达3级；耐低温性能达到-120℃，且浸渍复合材料无硬化。
如图1所示，本实施例制备的热处理微球具有良好的球形结构，球形度为0.96。
如图2所示，本实施例制备的热处理微球的表面晶须生长发育完整，长径比为5.5～8.3，且具有交错互锁结构。
实施例2
一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料的制备方法，本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按氯化铝溶液︰尿素溶液︰正硅酸乙酯︰草酸溶液的质量比为100︰130︰26︰4，将所述氯化铝溶液、尿素溶液、正硅酸乙酯和草酸溶液加入容器中，于60℃条件搅拌15分钟后，室温下静置30分钟，得到混合料；
第二步、向所述混合料中加入占混合料质量6wt％的B2O3，超声分散10分钟，得到前驱体料；
第三步、将所述前驱体料于150℃下喷雾干燥成型，得到前驱体微球；
第四步、将所述前驱体微球置于电磁感应炉中，在氮气气氛下经35分钟升温至1380℃，保温45分钟，得到热处理微球；
第五步、将所述热处理微球与液体硅橡胶按质量比24︰100混合均匀，制得耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
本实施例所制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料经测定耐磨系数达2级；抗撕裂性系数达2级；抗切割系数达4级；耐低温性能达到-80℃，且浸渍复合材料无硬化。
实施例3
一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料的制备方法，本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按氯化铝溶液︰尿素溶液︰正硅酸乙酯︰草酸溶液的质量比为100︰132︰30︰3，将所述氯化铝溶液、尿素溶液、正硅酸乙酯和草酸溶液加入容器中，于58℃条件搅拌10分钟后，室温下静置20分钟，得到混合料；
第二步、向所述混合料中加入占混合料质量3wt％的B2O3，超声分散11分钟，得到前驱体料；
第三步、将所述前驱体料于135℃下喷雾干燥成型，得到前驱体微球；
第四步、将所述前驱体微球置于电磁感应炉中，在氮气气氛下经40分钟升温至1410℃，保温50分钟，得到热处理微球；
第五步、将所述热处理微球与液体硅橡胶按质量比20︰100混合均匀，制得耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
本实施例所制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料经测定耐磨系数达3级；抗撕裂性系数达3级；抗切割系数达4级；耐低温性能达到-100℃，且浸渍复合材料无硬化。
实施例4
一种耐低温耐磨手套用浸渍复合材料的制备方法，本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按氯化铝溶液︰尿素溶液︰正硅酸乙酯︰草酸溶液的质量比为100︰125︰25︰4，将所述氯化铝溶液、尿素溶液、正硅酸乙酯和草酸溶液加入容器中，于55℃条件搅拌13分钟后，室温下静置30分钟，得到混合料；
第二步、向所述混合料中加入占混合料质量5wt％的B2O3，超声分散12分钟，得到前驱体料；
第三步、将所述前驱体料于140℃下喷雾干燥成型，得到前驱体微球；
第四步、将所述前驱体微球置于电磁感应炉中，在氮气气氛下经40分钟升温至1370℃，保温35分钟，得到热处理微球；
第五步、将所述热处理微球与液体硅橡胶按质量比25︰100混合均匀，制得耐低温耐磨手套用浸渍复合材料。
本实施例所制备的耐低温耐磨手套用浸渍复合材料经测定耐磨系数达2级；抗撕裂性系数达3级；抗切割系数达4级；耐低温性能达到-120℃，且浸渍复合材料无硬化。
以上未涉及之处，适用于现有技术。虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。