2.3　物理網(wǎng)絡結構的表征

除了分散，納米顆粒通過直接接觸聚集或者通過吸附分子鏈形成的物理網(wǎng)絡結構的描述也是關鍵科學問題之一。高填充分數(shù)往往導致三維物理網(wǎng)絡結構的形成，通過顆粒間的直接接觸聚集（direct contact aggregation）或通過吸附分子鏈形成橋鏈（bridged by polymer chains）。該網(wǎng)絡結構在動態(tài)應變下會被破壞，導致儲能模量隨應變非線性大幅度降低，該現(xiàn)象也被稱為Payne效應。橡膠納米復合材料中的物理網(wǎng)絡結構及其隨應變變化導致的動態(tài)性能的變化對于橡膠制品而言至關重要。

物理網(wǎng)絡主要由兩部分構成：一部分是填料-填料直接接觸聚集形成，另一部分是填料通過吸附分子鏈形成，如圖2.43所示。

圖2.43?。╝）納米顆粒直接接觸聚集構建填料網(wǎng)絡；（b）納米顆粒通過吸附分子鏈構建填料網(wǎng)絡

物理網(wǎng)絡結構可以通過分子模擬來表征，見第4章針對黏彈性機理的描述；另一個方法就是通過顯微觀察，如分散結構中也有論述（見2.2.1節(jié)）。在實驗中，為了提高填料分散均勻度和填料-橡膠界面相互作用強度，一般加入表面改性劑。圖2.44所示為三種體系橡膠材料的儲能模量與損耗因子。結果表明，純體系因為只有化學交聯(lián)，儲能模量很平穩(wěn)。相對未改性體系（S1），改性復合材料體系（S2）的非線性行為逐漸降低，表明體系的物理網(wǎng)絡結構逐漸被破壞。并且，損耗因子隨應變幅度的變化，在大應變時純體系最低，而S1體系最高^[63]。

圖2.44　三種體系（SSBR代表純丁苯橡膠，S1代表白炭黑填充的丁苯橡膠體系，S2代表TESPT、白炭黑與丁苯橡膠的復合體系）橡膠材料對應的（a）儲能模量及（b）損耗因子