仿生合成橡胶/芳纶浸胶骨架材料实现高可靠粘合与耐老化性能

发布时间:2026-08-27

芳纶(Aramid)纤维以其高强度、高模量、低密度以及优异的耐高温和耐腐蚀性能,成为航空轮胎等高端橡胶制品理想的骨架材料。然而,芳纶表面化学惰性强、结晶度高、缺乏反应性官能团,导致其与橡胶基体之间的界面粘合性能极差,这一瓶颈长期制约着芳纶/橡胶复合材料的安全性与服役寿命。现有表面改性方法(如等离子体处理、辐射接枝等)虽能引入活性基团,但往往工艺复杂、成本高昂,且易造成纤维力学性能损失,难以满足工业化应用需求。

刘向东团队在 Composites Communications 期刊上发表了《Study on the highly reliable adhesive mechanism with bionic synthetic rubber based on the high-strength and low-damage aramid-impregnated skeletal cord》研究论文,提出了一种简便高效的界面改性策略。研究团队在传统芳纶帘线“双浴浸胶”工艺的基础上,向浸胶液中引入自主研发的柔性界面改性剂MV-3(添加量为10 wt%),该改性剂含有活性官能团,能够在芳纶帘线表面均匀分布,并通过共硫化交联与仿生合成橡胶(BSR)基体形成牢固的化学键合网络。

研究结果表明,经MV-3改性后,芳纶浸胶帘线的断裂强度保持率达到101.06%,不仅未出现传统改性方法常见的力学性能衰减,反而因柔性活性基团的“集束与保护”效应使强度略有提升。同时,H抽出力从162.10 N显著提升至197.97 N,180°剥离强度从27.26 N/cm大幅提升至69.09 N/cm(提升率达153.45%)。值得注意的是,当MV-3添加量超过20 wt%时,因过度交联导致应力集中,粘合性能反而下降,表明10 wt%为最佳添加量。

该改性策略还显著提升了复合材料的热氧老化稳定性。在100 °C/48 h热空气老化后,改性样品的H抽出力保持率仍达89.89%,明显优于未改性样品。此外,改性复合材料在室温下可稳定储存3个月,具备良好的存储适用性。

该研究为高性能芳纶骨架材料与橡胶基体的可靠粘合提供了一种简单、有效、环保的解决方案,对航空轮胎等高端橡胶制品的性能提升与技术创新具有重要意义。相关工作得到国家自然科学基金(22175171)、中国科学院先导专项(XDC06020402)及吉林省创新创业人才项目(2023QN04)的资助。



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