相容剂对短纤维增强橡胶复合材料有着重要应用价值,选取合适的相容剂可以使复合材料综合性能有大幅提高。本文主要通过采用热氧化处理后芳纶短纤维和芳纶浆粕两种短纤维,马来酸酐化低分子量聚丁二烯橡胶(MLPB)、小分子环氧树脂和环氧化天然橡胶(ENR)作为相容剂,对天然橡胶复合材料的性能进行研究分析,考察不同相容剂及复配体系对复合材料的增容效果,结合复合材料的流变、力学和耐切割等性能,分析纤维与橡胶基体间界面层的特性。主要内容有以下几个方面:(1)芳纶短纤维经过热氧化处理后,两步法制备母炼胶。复合体系中小分子环氧类相容剂与MLPB共同作用,与纤维表面酰胺基团发生反应,提高了纤维与橡胶基体界面的粘结效果。不同种类环氧类相容剂的加入对复合材料的硫化起到一定促进作用,硫化时间减少。RPA分析显示相容剂的加入提高了纤维与基体之间的界面粘结效果。相容剂的加入对硫化胶的拉伸强度、100%定伸应力、300%定伸应力和撕裂强度等力学性能都有明显提高,橡胶复合材料的耐切割性能和拉伸断面形貌图可以看出纤维与橡胶基体的粘结效果改善,DMA结果表明相容剂的加入使损耗因子最大值减小,反映出芳纶短纤维与橡胶基体的界面粘结提高。(2)通过对ENR加入份数的研究,发现ENR加入使硫化时间减少,橡胶复合材料的100%定伸应力和300%定伸应力随着加入份数增加而提高,当用量为12phr时达到了最大值分别提高19.7%和21.3%,但在撕裂强度方面有所降低。由硫化胶的RPA分析,复合材料的储能模量和损耗模量降低,说明ENR的加入增加了基体橡胶的极性,填料分散性增加,橡胶复合材料的Payne效应减弱。DMA分析表明,损耗因子tanδ明显下降,说明复合材料的界面得到改善,ENR的加入使复合材料出现两个损耗峰也表明复合材料存在两相结构。(3)小分子环氧类相容剂的加入改善了混炼胶的加工性能,使填料分散性得到进一步改善。但小分子对复合材料起到一定的增塑作用,橡胶复合材料的100%定伸应力和300%定伸应力稍有下降,但拉伸强度和撕裂强度大幅提高,添加F51试样分别提高了12.1%和19.8%,纵向撕裂强度提高了15.1%。硫化胶的RPA分析表明,损耗因子tanδ也有所降低,纤维与橡胶基体的界面粘结改善。DMA数据分析tanδNR和tanδENR的峰值位置靠近,可以说明环氧树脂的加入使NR和ENR部分相容性增大。(4)通过对炭黑和芳纶浆粕共同增强天然橡胶的研究,发现炭黑和纤维具有一定的协同效应,在NR/ENR并用胶中炭黑含量适当减少的前提下,ENR的加入对复合材料力学性能提高明显。从RPA分析和断面形貌图来看,ENR对纤维与基体的界面粘结效果增强,硫化胶的tanδ明显降低,形貌图中纤维破坏严重。经实验对比,ENR加入12phr、炭黑含量为44phr时复合材料的综合性能最优。F51的加入改善了复合材料的加工性能,但对复合材料的拉伸强度和断裂伸长率没有明显改善。但硫化胶的RPA分析显示tanδ有所增大,生热会偏高。纵向撕裂强度在加入0.6phr时达到最大,横向撕裂与对照组相比有所下降,说明F51使胶料中的纤维更易取向。在纵向撕裂样条断面形貌图中可以看到,F51的加入使纤维根部界面粘结变好,纤维破坏加重。RPA分析和耐切割性能可以说明界面粘结效果提高。DMA图谱中,ENR的加入使AP增强的复合材料NR处的损耗因子峰值有较大降低,并使Tg向低温迁移,F51的加入使tanδENR也有所降低。