在纳米尺度下,将纤维表面近似成平面与基质聚合物结合,构建了丁腈橡胶与海泡石纤维、芳纶纤维及碳纤维三种物质的界面结构。采用COMPASS力场、正则系综及周期性单元,设定时间步长为1 fs、模拟温度为320 K,对以丁腈橡胶为基质,芳纶纤维、海泡石及碳纤维分别为填料的界面结合能进行了20 ps的分子动力学模拟计算。结果发现,三种纤维与丁腈橡胶之间的结合能分别为8393.05,1055.23,994.49 kJ/mol,其中海泡石纤维界面结合能中,静电力大小是范德华力的3.2倍,但方向相反。碳纤维与橡胶分子之间的结合能完全为范德华力,这与碳纤维分子完全没有极性相符。芳纶纤维与橡胶分子之间的结合能中,静电力与范德华力同向,其中范德华力的贡献超过80%。

从胶料配方、表面处理和材料复合改性3个方面优化丁腈橡胶(NBR)耐磨密封制品的关键性能。结果表明:单独使用4,4′-二硫代二吗啉(DTDM)作硫化剂时,NBR胶料的硫化时间较长,压缩永久变形较大,硫黄与硫化剂DTDM并用作硫化剂时,随着硫黄用量的增大,NBR胶料的硫化速度提高,交联密度增大,压缩永久变形先减小后增大,NBR胶料的优化配方为NBR 100,氧化锌5,硬脂酸1,炭黑N33060,促进剂TBBS 1.5,硫化剂DTDM 1.5,硫黄0.5;NBR胶料表面喷涂抗磨聚氨酯涂料无法在本质上减小其摩擦因数,但在NBR密封制品表面喷涂抗磨聚氨酯涂料可以降低制品在装配初期磨损的风险;NBR胶料与聚酯帘布或粘胶纤维帘布复合均可以改善其耐磨性能,其中聚酯帘布/NBR胶料复合材料的摩擦因数更小,较粘胶纤维帘布/NBR胶料复合材料减小44.04%,较表面未喷涂抗磨聚氨酯涂料的NBR胶料减小45.72%。