内衬层是无内胎轮胎最内部的橡胶层，要求具有优异的气体阻隔性能及良好的综合力学性能。卤化丁基橡胶作为轮胎内衬层，由于存在生产成本高、滞后损失大、气体阻隔性能难以进一步提升等问题，已不能满足未来安全轮胎、智能轮胎、绿色轮胎发展需求。开发高性能轮胎内衬层材料，成为轮胎技术升级重要方向。微纳层叠技术是采用多种聚合物交替叠层复合，形成每层厚度可达微纳米级的多层结构复合材料，聚合物和填料在微纳米级厚的空间内更容易实现高度取向、结晶，进而大幅度提高复合材料气体阻隔性能及综合力学性能。本文以微纳层叠技术为理论指导，开展高性能轮胎内衬层叠层复合工艺研究。本论文将自制的功能高分子助剂加入内衬层用混炼橡胶中，制备叠层结构复合材料。探索加料方式、平板硫化机冷压工艺、开炼机混炼工艺、增粘剂种类和用量、功能高分子助剂用量对复合材料阻隔性能影响，进一步研究了叠层复合材料制备工艺、微观结构、阻隔性能相互关系。研究结果表明：A系列增粘剂与功能高分子助剂充分混合，同时加入内衬层用混炼橡胶中，界面粘合效果良好；B系列增粘剂较A系列增粘剂，具有更优异的界面改性效果；平板硫化机冷压工艺制备的叠层复合材料，微观层状结构规整，阻隔性能优异。本文第二部分探究了轮胎内衬层叠层复合工艺对力学性能影响。详细研究了增粘剂用量、增粘剂种类、功能高分子助剂用量、硫化预处理工艺对叠层复合材料力学性能影响。随增粘剂A2用量增加，叠层复合材料拉伸强度降低，扯断伸长率不断提高，撕裂强度变化不显著，定伸应力先增加后降低。B系列增粘剂制备的叠层复合材料，与增粘剂A2相比具有更好的力学性能，但B系列增粘剂用量对叠层复合材料力学性能影响显著。随功能高分子助剂用量增加，叠层复合材料拉伸强度、扯断伸长率降低，撕裂强度整体提高，定伸应力先升高后降低。本文最后一部分基于以上实验研究，设计了轮胎内衬层原位聚合微层共挤出工业生产装置。层叠器A将三层结构复合流体，反向旋转90度叠层复合形成六层结构复合流体，功能高分子助剂完全包裹于内衬层用混炼橡胶中，六层结构复合流体经层叠器B最终形成多层结构复合流体。原位聚合技术中改性填料与单体或低聚物充分混合，改性效果显著，同时解决了功能高分子助剂与内衬层用混炼橡胶加工温差大的难题。