本论文对芳纶纤维(AF)增强天然橡胶(NR)复合材料的性能进行了研究,以制备高性能工程轮胎胎面胶为目标,分别从芳纶纤维表面改性、加工工艺的调整和相容剂的优选三个方面展开研究。以界面状态及界面强度为分析、研究的中心,通过复合材料加工过程的流变分析和界面粘结状态的表征,考察了填料分散及界面状态与复合材料的力学性能间的关系。此外,又以所制备的硫化胶复合材料的耐磨性为重点,从复合材料结构和磨损现象两方面对此进行了单独研究。(1)探讨了芳纶纤维表面热氧化时间对其天然硫化胶复合材料的界面亲和性、纤维状态及力学性能的影响,结果表明纤维保留长度远小于临界纤维长度,复合材料断裂时纤维只拔出不断裂,AF/NR的界面粘结强度随时间的增加,呈先增大后减小的趋势,复合材料力学强度与界面粘结强度变化趋势一致,并在AF热处理20min时性能最优。以在转矩流变仪上母炼胶的加工工艺为例,探讨加工工艺对纤维状态及力学性能的影响,经正交分析得出了影响100%定伸应力、撕裂强度和拉伸强度的主因素是分别是母炼温度、母炼时间和母炼时间,母炼胶最优加工工艺是:温度为160℃,转速为80rpm下,母炼6min。(2)考察了国产相容剂的用量对天然硫化胶复合材料的界面亲和性、纤维状态及力学性能的影响,结果表明毛细作用促使马来酸酐化低分子量聚丁二烯橡胶(MLPB)进入AF/NR界面,提高界面亲和性及填料的分散程度,而过量的相容剂则充当了增塑剂的作用。国产MLPB的加入会增强界面物理与化学键接作用力,因而增大表观填料网络化程度,随国产MLPB含量的增加,力学模量逐渐增大,而力学强度与界面粘结强度一致,呈现先增大后降低的趋势,并在相容剂MLPB加入4.5phr时取得极大值。探究并论述了国产相容剂与进口相容剂的复配对加工过程中界面的形成过程的影响,及形成界面的粘结状态与力学性能的关系,实验后表明进口MLPB与AF的界面亲和性比国产MLPB的更好,在AF表面的铺展过程更快,增塑作用较弱,并对改善填料的分散性有明显的促进作用;相应地,进口相容剂加入比例较大时,产生的动态损耗也是较小的,在进口MLPB/国产MLPB=2.5phr/2.0phr时综合力学性能最佳。(3)单独研究了复合材料的耐磨性能与其它性能及结构的关系,并从结构与现象两方面分析并总结出本体系复合材料磨损的一般规律:一方面纤维增强硫化胶复合材料的耐磨性能与AF/NR界面粘结强度密切相关,AF/NR界面粘结强度越大,材料的耐磨性能越好;另一方面,磨耗面越粗糙,磨蚀的橡胶微粒尺寸越大,皱纹线与摩擦力方向夹角越大,纤维增强硫化胶复合材料的磨损程度越大。经本文优选出的实验工艺及配方,具有可对比性的数据表明:拉伸强度、100%定伸应力、断裂伸长率、撕裂强度和耐磨性分别提高16.8%、33.2%,16.3%,34.7%和18.8%。而且所优选出的加工工艺更为简化,原料成本增加较小。因而将制得的母炼胶用于胶面胶的生产,并得到了符合本课题要求的第一条工程轮胎,现已用于实地测试。