芳纶纤维作为一种高性能的合成纤维,具有优异的物理机械性能,可用作骨架材料对橡胶基体进行补强,丁腈橡胶是一种非结晶性的合成橡胶,具有良好的耐油性、耐磨性和耐腐蚀性能等,将芳纶纤维与丁腈橡胶共混制备复合材料,能够有效地提高复合材料的力学性能。然而,由于芳纶纤维长径比大、表面光滑且呈现化学惰性,在橡胶基体中的分散性和界面粘合性能较差,因而实际的力学增强效果远低于理论预期。有鉴于此,本文基于湿法炼胶技术制备了芳纶纤维增强丁腈橡胶复合材料,系统考察了纤维用量、纤维表面改性以及纤维尺寸(微米级、纳米级芳纶)等因素对复合材料性能的影响规律。为了提高芳纶纤维在橡胶基体中的分散性,首先添加聚丙烯酸钠和聚氧化乙烯两种增稠剂对丁腈胶乳进行增稠,然后与芳纶纤维预混制备母炼胶,对比研究增稠剂种类对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,添加聚丙烯酸钠增稠胶乳制备的复合材料拉伸力学性能要优于聚氧化乙烯,并且,浓度为0.75%的聚丙烯酸钠增稠胶乳制备的复合材料拉伸强度达到最大值。与此同时,为了改善芳纶纤维与丁腈橡胶之间的界面粘合性能,通过多巴胺氧化聚合反应对芳纶纤维表面改性处理。实验结果表明,在无机械搅拌条件下,芳纶纤维在添加过硫酸钠的多巴胺缓冲溶液中浸渍24h后,制备的纤维增强丁腈橡胶复合材料性能最好;在相同改性条件下,纳米芳纶纤维表面改性程度高于微米芳纶纤维。在上述研究基础上,通过橡胶加工分析仪、拉力测试机和扫描电镜等表征手段详细研究了纤维含量和纤维表面改性对芳纶纤维增强丁腈橡胶复合材料的微观结构、加工及力学性能的影响。结果表明:增加芳纶纤维添加量和对纤维表面改性后,纤维与丁腈橡胶混炼胶的最低扭矩、最高扭矩和扭矩差值增大,Payne效应增强,并且改性纳米芳纶纤维与丁腈橡胶混炼胶的工艺正硫化时间延长;芳纶纤维对丁腈橡胶力学性能的增强应该存在最佳添加量,在纤维最佳添加量以下,随着纤维含量的增加,复合材料中填料网络结构完善程度提高,拉伸性能增强,而添加量超过一定值之后,纤维在橡胶基体中的分散性变差,复合材料力学性能也随之下降;由于纳米芳纶纤维直径尺寸更小,在橡胶基体中的分散性优于微米芳纶纤维,因而最佳添加量增大;经过表面改性后,纳米芳纶纤维对复合材料力学性能提高幅度高于微米芳纶纤维,两种纤维的最佳添加量受表面改性的影响规律不同,微米芳纶纤维最佳添加量减小,而纳米芳纶纤维的则会增大。为了进一步提高未改性纳米芳纶纤维增强丁腈橡胶复合材料的力学性能,使用纤维素纳米晶代替聚丙烯酸钠增稠丁腈胶乳,制备了一系列纤维增强橡胶复合材料。初步研究结果表明,纤维素纳米晶一方面保证了纤维在湿法预分散过程中的均匀性,另一方面,还起到了补强剂的作用,与纳米芳纶纤维共同增强丁腈橡胶复合材料拉伸力学性能表现出协同效应。