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,广泛应用于各种密封防水领域。随着工业迅速发展,人们对吸水膨胀橡胶制品性能要求也越来越高,需其具备力学性能优良、快速高倍率吸水、吸水后质量损失率低等特点。针对此目的,本文旨在找到一种填料使吸水膨胀橡胶既能保持较高的吸水膨胀性,又能改善其力学性能。本文选取腈纶作为主体填料,对其进行碱法水解亲水改性,对亲水改性反应条件进行优化,通过红外光谱、扫描电镜分析亲水改性对腈纶的影响。为提高橡胶与吸水树脂之间的相容性以及提高橡胶与纤维的界面黏合,对丁腈橡胶进行水解改性,对水解反应条件进行优化,通过红外光谱分析水解改性对丁腈橡胶的影响。将亲水改性前后腈纶、丁腈橡胶、水解丁腈橡胶用以制备吸水膨胀橡胶,研究了亲水改性前后腈纶对吸水膨胀橡胶力学性能与吸水性能的影响,并对吸水膨胀橡胶进行配方优化。通过扫描电镜直观考察各吸水膨胀橡胶体系的断面情况,通过动态热力学分析测试结果计算各体系界面黏合参数,定性评价各体系吸水膨胀橡胶界面黏合水平,得到亲水性腈纶改性吸水膨胀水解丁腈橡胶具有力学性能优良、快速高倍率吸水、吸水后质量损失率低、界面黏合较好等特性。主要研究成果如下:(1)对丁腈橡胶水解条件进行优化,最佳反应条件如下:反应温度为50℃,反应时间为24h,氢氧化钠浓度为3mol/L,丙三醇用量为10mL。此时丁腈橡胶水解率为6.07%。对条件最佳组丁腈橡胶进行了红外光谱分析,验证了丁腈橡胶成功水解。(2)对腈纶亲水改性条件进行优化,最佳反应条件如下:反应温度为90℃,反应时间为3h,氢氧化钠浓度为3.75mol/L,丙三醇用量为20mL,此时反应体系的碱减率为25.7%。对条件最佳组亲水性腈纶进行了红外光谱分析和扫描电镜分析,验证了腈纶成功水解,发现亲水改性后腈纶表面出现许多凹槽和凸起,为其与橡胶复合时界面黏合作用提供了有利条件。(3)当腈纶用量为10份、吸水树脂用量为60份时,腈纶改性吸水膨胀橡胶综合性能达到最佳,取向方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达6.37MPa和943.08%,垂直方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达5.86MPa和715.29%,邵氏硬度提高至74。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡时间由21d缩短至9d,并且平衡质量吸水率可达570.34%,质量损失率为4.85%。当NBR经水解后,其性能得到一定程度地改善。取向方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达7.43MPa和1096.42%,垂直方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达6.37MPa和731.82%,邵氏硬度为69。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡时间为12d,并且平衡质量吸水率可达617.95%,质量损失率为4.13%。(4)当亲水性腈纶用量为10份、吸水树脂用量为60份时,亲水性腈纶改性吸水膨胀橡胶综合性能达到最佳,取向方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达6.02MPa和843.75%,垂直方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达5.38MPa和652.93%,邵氏硬度提高至73。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡时间由21d缩短至7d,并且平衡质量吸水率可达592.17%,质量损失率为3.92%。当NBR经水解后,其性能得到一定程度地改善。取向方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达7.08MPa和967.18%,垂直方向上拉伸强度与断裂伸长率分别可达5.67MPa和689.45%,邵氏硬度为70。吸水膨胀橡胶达到吸水平衡时间为9d,并且平衡质量吸水率可达664.89%,质量损失率为3.32%。(5)对加入相同组分腈纶与亲水性腈纶改性吸水膨胀橡胶的力学性能与吸水性能相比,可得如下结论:腈纶在亲水改性过程中,水解程度较大的部分纤维易脱落大分子溶于水解液,使腈纶强度有所下降,加入橡胶中的增强效果不如未改性腈纶;但同时腈纶经过水解后可将部分氰基水解成亲水性基团,从而与吸水树脂有较好的黏附,能起到较好的增容作用,亲水性腈纶也能更好地起到吸水通道的作用,吸水膨胀橡胶吸水性能改善明显。(6)丁腈橡胶经水解后,可使丁腈橡胶分子链上少量氰基水解成亲水性基团,可改善其与吸水树脂相容性,使吸水树脂分散均匀,并且与加入的纤维形成较强的界面黏结作用,从而使吸水膨胀橡胶力学性能与吸水性能均得到改善。(7)对加入相同组分腈纶与亲水性腈纶改性吸水膨胀橡胶进行扫描电镜分析,直观考察各体系断面情况;对加入相同组分腈纶与亲水性腈纶改性吸水膨胀橡胶进行动态热力学分析,通过测试结果对界面黏合参数进行计算,比较后得到亲水性腈纶改性吸水膨胀水解丁腈橡胶体系的界面黏结最佳。(8)机理研究分析表明,对于亲水性腈纶改性吸水膨胀水解丁腈橡胶复合材料,亲水性腈纶与橡胶基体通过机械黏合、分子缠结两者协同作用,使复合材料界面黏结较好。得出亲水性腈纶改性吸水膨胀水解丁腈橡胶具有力学性能优良、快速高倍率吸水、吸水后质量损失率低、界面黏合较好等特性。