吸水膨胀橡胶自20世纪70年代问世以来,以其优良的弹性和吸水膨胀性能,广泛应用于防水密封领域。随着科学技术和国民经济的高速发展,在实际应用中,对吸水膨胀橡胶制品性能的要求也越来越高,需要吸水膨胀橡胶根据具体的使用需求,来发挥密封止水等特性。本文旨在找到一种填料使吸水膨胀橡胶既能保持使用所需要的吸水膨胀性,又能改善其力学性能,并使吸水膨胀橡胶具备可设计性的特点。本文选取芳纶作为主体增强填料,并对芳纶表面进行磷酸刻蚀改性,对磷酸刻蚀芳纶的改性条件进行优化,通过红外光谱、扫描电子显微镜分析磷酸改性对芳纶结构的影响。采用芳纶、改性芳纶、丁腈橡胶、吸水树脂及其它常用橡胶加工助剂混合来制备吸水膨胀橡胶,研究了芳纶、改性芳纶、吸水树脂及几种加工助剂对吸水膨胀橡胶力学性能与吸水性能的影响,并对吸水膨胀橡胶的配方进行优化。制备的改性芳纶增强吸水膨胀橡胶,具有优良的力学性能、快速高倍率吸水、吸水后质量损失率低、改性芳纶与橡胶粘合较好等特性。主要研究成果如下:(1)对改性前后的芳纶进行了红外光谱分析和扫描电子显微镜分析。结果表明,芳纶的酰胺键部分水解,芳纶在经过磷酸刻蚀改性后,表面出现许多凹槽和凸起,为改性芳纶与橡胶复合时的界面粘合提供了有利条件。对磷酸刻蚀芳纶的改性条件进行优化,得到最佳反应条件如下:反应温度为55℃,反应时间为2 h,磷酸浓度为30%,此时芳纶与水的接触角为58°。(2)当芳纶用量为4份、吸水树脂用量为60份时,芳纶改性吸水膨胀橡胶综合性能达到最佳,吸水膨胀橡胶的拉伸强度与断裂伸长率分别可达3.91 MPa和163.08%,邵氏硬度提高至75。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡时间由21天缩短至6天,并且平衡质量吸水率可达175.34%,质量损失率为12.46%。(3)当改性芳纶用量为4份、吸水树脂用量为60份时,改性芳纶制备的吸水膨胀橡胶综合性能达到最佳,吸水膨胀橡胶的拉伸强度与断裂伸长率分别可达4.38 MPa和312.75%,邵氏硬度提高至75。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡的时间由21天缩短至5天,并且平衡质量吸水率可达468.17%,质量损失率仅为7.68%。(4)加入相同组分芳纶与改性芳纶制备吸水膨胀橡胶的力学性能与吸水性能相比,得到如下结论:芳纶在经过磷酸刻蚀改性过程中,芳纶的表皮容易受到磷酸的影响而产生凸起或凹陷,严重时会引起芳纶表皮的脱落,使芳纶强度下降,但形成的凸起或凹陷会增大改性芳纶与橡胶之间的结合力,从而增强吸水膨胀橡胶的拉伸强度;芳纶在经过磷酸刻蚀改性后,可部分生成亲水性基团,与吸水树脂之间可以有较好的粘合作用,加入到吸水膨胀橡胶中的改性芳纶能够更好地作为吸水通路,缩短吸水膨胀橡胶达到吸水平衡状态的时间,提高吸水膨胀橡胶吸水性能,又可以补强橡胶强度。(5)通过采用控制变量法,研究了硫磺、炭黑、PEG-6000对改性芳纶增强吸水膨胀橡胶力学性能与吸水性能的影响。结果表明:在橡胶中添加过量的硫磺,会使橡胶的交联网络更加致密,严重限制吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能;炭黑作为一种补强剂,在影响吸水膨胀橡胶力学性能的同时,也会对橡胶的吸水性能产生影响;在吸水膨胀橡胶中加入PEG-6000可以增加吸水膨胀橡胶的早期吸水速率,但同时,也将增加橡胶中吸水树脂的析出,造成吸水膨胀橡胶最终吸水膨胀率下降,反复吸水能力减弱,增加吸水膨胀橡胶的质量损失率,在一定程度上影响了吸水膨胀橡胶的重复使用性能。(6)对改性芳纶在吸水膨胀橡胶中的粘合与取向性进行了分析。结果表明,改性芳纶主要是以机械粘合作用与橡胶相粘结,通过双辊筒开炼机的剪切作用,可以使改性芳纶在橡胶中的取向度大于50%,有利于改性芳纶在橡胶中的取向。改性芳纶增强吸水膨胀橡胶具有优良的力学性能、快速高倍率的吸水、吸水后质量损失率低、界面粘合较好等特点。