在交变应力(应变)的服役环境下,橡胶材料的疲劳性能决定了制品的使用寿命。本文研究了芳纶纤维(AF)增强炭黑(CB)/丁苯橡胶(SBR)的力学性能及疲劳行为。对芳纶纤维分别进行热氧化处理、Ca Cl2络合处理以及Na OH处理,使AF表面活化,增加AF的表面粗糙度,同时分别以丁吡胶乳、国产液体橡胶、硅烷偶联剂(KH560、KH570)作为界面粘结剂处理AF,通过对力学性能及疲劳性能的表征测试,分析了改性后复合材料界面性能的变化。具体内容如下:(1)少量芳纶纤维的加入,使AF-CB/SBR复合材料的力学性能明显提高,随着AF的含量增加,定伸应力逐渐增加,断裂伸长率降低,2phr AF时复合材料的综合性能相对较好。加入AF后,复合材料缺口试样在应力控制下疲劳寿命提高大约25倍。复合材料在应变和应力控制下疲劳一定周次后测定力学性能,疲劳后试样的定伸应力随应变的增加呈先增加后降低的趋势,加入AF的复合材料疲劳后仍然保持较高定伸应力,而断裂伸长率随疲劳形变增加有所下降。从应力应变曲线得出,疲劳后试样的应力应变曲线在小应变区偏离直线,说明疲劳使纤维发生脱粘,复合材料界面受到一定破坏,从断面扫描电镜形貌可以看出,疲劳后复合材料断面呈现剥离状,基体产生松弛现象。通过复合材料的应力-应变曲线计算出相对界面滑脱能,复合材料的相对界面滑脱能随疲劳形变的增加逐渐降低,说明疲劳形变对AF-CB/SBR复合材料界面破坏影响较大。(2)AF经过热氧化处理后,使纤维表面的油脂涂层分解,纤维表面含氧量增加,与基体之间的作用加强,复合材料性能有所提高;而AF经过热氧化处理后使用丁吡胶乳包覆,丁吡胶乳结构类似丁苯橡胶,分子链上的吡啶结构使其极性较强,能够与纤维紧密粘接,在纤维与橡胶基体之间形成柔性界面,提高了纤维与基体的粘接性,复合材料的力学性能及疲劳寿命大幅度提高,100%定伸应力提高了13.6%,疲劳寿命是未包覆处理AF的复合材料的8.5倍。(3)使用CaCl2溶液处理芳纶纤维,Ca2+与纤维发生络合反应,破坏纤维分子链上的氢键,从而降低纤维表面的结晶度,使纤维表面变粗糙。随着Ca Cl2溶液浓度增加,AF表面破坏越严重,结晶度明显下降,当Ca Cl2溶液浓度超过10%以后,AF本身的刚度和强度严重下降,MLPB的加入使复合材料的力学性能进一步提高。从动态力学性能(DMA)分析测试结果可以看出,相容剂的加入明显提高了复合材料的界面粘接性。MLPB能够与橡胶基体产生共硫化,在纤维与基体之间形成刚性界面,在应力控制疲劳过程中,MLPB的加入使复合材料疲劳滞后环面积大幅度降低,相同应力作用下,复合材料形变量减小,同样说明MLPB促进界面粘接,受力时能量传递给AF,AF承受更大的应力,使复合材料形变量减小。(4)本文使用硅烷偶联剂KH560、KH570涂覆AF,研究复合材料性能的变化,与AF未处理的复合材料相比,AF涂覆KH560、KH570后能提高复合材料界面粘接性,100%定伸应力分别提高了16.9%、16.8%,复合材料应力控制下的疲劳寿命提高到大约3倍。AF在Na OH乙醇溶液中酰胺键被水解,纤维表面被刻蚀,表面粗糙度明显提高,使其与橡胶基体的结合变好;AF经Na OH处理后再涂覆KH560,进一步提高了复合材料的界面粘接,KH560能够与橡胶基体作用,同时环氧结构又能与纤维很好的相容,使复合材料填料分散均匀,粘接性提高,复合材料的耐疲劳性能明显提高,从断面形貌可以看到,AF经Na OH处理后涂覆KH560,纤维与橡胶界面粘接较好,纤维受到一定的剥离,原纤化严重,疲劳过后,界面还能保持相对较好的粘接性。