吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber,简称WSR)是一种新型功能高分子材料,自上世纪70年代末问世以来,就受到人们广泛关注。WSR是通过在基体(橡胶)中引入亲水性物质,在保证自身弹性和力学性能几乎不变的情况下,同时具备一定的吸水性。本文以丁腈橡胶(NBR)为基体,聚丙烯酸钠(PAANa)为吸水组分,通过物理共混法制备了吸水膨胀橡胶,通过加入吸水助剂聚乙二醇(PEG-6000)来提高吸水性,同时加入补强剂炭黑、白炭黑、硫酸钙晶须、聚氨酯预聚体改善吸水膨胀橡胶物理机械性能,通过无转子硫化仪、橡胶加工分析仪、万能材料实验拉伸机及扫描电子显微镜等表征手段分析了吸水膨胀橡胶的硫化性能、硫变性能、力学性能、吸水性能及相容性,同时采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重(TG)对析出物进行分析,并使用拉曼图像分析吸水膨胀橡胶补强前后的吸水过程,所得结果如下:1)随着聚丙烯酸钠含量的增加,吸水膨胀橡胶物理机械性能下降,吸水膨胀性提高,质量损失率增大。聚丙烯酸钠与丁腈橡胶相容性较差,吸水过程中有大量吸水树脂呈凝胶状析出,并且随着吸水树脂含量的增加,WSR吸水后出现“翘曲”现象。聚丙烯酸钠粒径减小,WSR综合性能提升,吸水助剂PEG-6000的加入有助于提升WSR的吸水性能,但对物理机械性能有负面作用。(2)从填料体系来看,当用炭黑/白炭黑协同补强时,随着炭黑比例的增加,物理机械性能明显增强,而吸水膨胀率大幅下降,而当白炭黑比例增加时,机械强度提升不如炭黑,但吸水性能较好,完全用白炭黑补强时,吸水膨胀率可达93.57%。当炭黑/白炭黑为30/20时,WSR综合性能较好,吸水膨胀率为54.78%,拉伸强度为13.75MPa,质量损失率为3.6%。(3)在炭黑/白炭黑补强的基础上,加入硫酸钙晶须,进一步提升了WSR的综合性能,同时具有长径比的晶须为水分子的进入提供了通道,提升了吸水膨胀率。通过硅烷偶联剂KH570、11-100对晶须表面处理,处理后的晶须补强WSR效果更好,特别是11-100处理后,拉伸强度达到15.115MPa,吸水膨胀率为77%,质量损失率为3.54%。(4)以聚氨酯预聚体为增容剂,改善了白炭黑在橡胶中的分散性,提高了吸水膨胀橡胶的物理机械性能,同时间接改善了聚丙烯酸钠在橡胶基体中的分散,减缓了吸水速率,但提升了吸水膨胀橡胶的最终吸水膨胀率,降低了质量损失率。(5)未补强的橡胶试样强度主要受硫化作用影响,其强度相对较低,拉曼图像表明,未补强的试样,吸水树脂极易从试样中析出,而经炭黑补强后,在同样的时间内,吸水树脂只是溶胀并未析出。