3.1.5　橡膠增強(qiáng)影響因素的進(jìn)一步探討

（1）界面作用程度

增強(qiáng)劑粒子表面必須具備物理吸附一定量橡膠分子鏈的能力，這種吸附必須能抵抗一定的外力作用，并且能產(chǎn)生適度的滑移，以便于粒子誘導(dǎo)產(chǎn)生伸直鏈或平行排布鏈。過弱的界面結(jié)合和完全的化學(xué)結(jié)合都不利于橡膠的增強(qiáng)，前者導(dǎo)致過早和過快的滑脫，后者導(dǎo)致橡膠分子鏈無(wú)法通過界面滑動(dòng)形成更多的伸直鏈和平行取向鏈。這樣的話，對(duì)于增強(qiáng)劑粒子表面的修飾而言，不必要追求非常完全的化學(xué)鍵合，必須保證有部分的物理吸附。圖3.20是納米二氧化硅增強(qiáng)丁苯橡膠的強(qiáng)度對(duì)表面處理的依賴性。可以看出，硅烷偶聯(lián)劑處理納米二氧化硅后，定伸應(yīng)力有很大提高，但就拉伸強(qiáng)度（特別是真應(yīng)力）而言，提高幅度并不大。對(duì)于動(dòng)態(tài)工況下使用的橡膠制品，為了減少永久變形和降低滯后，使增強(qiáng)劑粒子與橡膠間產(chǎn)生一定的化學(xué)鍵合是必須的，但不能過度追求，否則代價(jià)就是復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的下降。

（2）交聯(lián)密度

可以設(shè)想，橡膠大分子的交聯(lián)既“延長(zhǎng)”了分子長(zhǎng)度，對(duì)形成整體取向的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)有利，同時(shí)又會(huì)阻礙分子的滑移取向，對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。因此，理論上，對(duì)一個(gè)確定的增強(qiáng)體系應(yīng)該存在一個(gè)最佳的交聯(lián)密度。

圖3.21是不同交聯(lián)密度的N330炭黑增強(qiáng)丁苯橡膠的拉伸強(qiáng)度隨體積分?jǐn)?shù)變化的規(guī)律，可以看出，低交聯(lián)密度體系的強(qiáng)度隨增強(qiáng)劑用量增加上升得更快。這是因?yàn)榈徒宦?lián)密度體系其分子鏈更易在粒子間取向和平行排列。如果體系的交聯(lián)密度很高，嚴(yán)重妨礙了大分子的伸直與平行排列，即使有足夠數(shù)量的納米粒子增強(qiáng)，強(qiáng)度也會(huì)很低。圖3.22表明，交聯(lián)密度提高到一定程度后，繼續(xù)增加交聯(lián)密度會(huì)使橡膠的強(qiáng)度迅速下降，即使使用補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)異的炭黑作為增強(qiáng)劑，拉伸強(qiáng)度也會(huì)迅速衰減到3MPa左右。

（3）分散性

毋庸置疑，納米粒子在橡膠中形成聚集體對(duì)于增強(qiáng)是十分有害的，它不利于粒子吸附效能的發(fā)揮和減小粒子間的分散間距，反而會(huì)造成薄弱點(diǎn)。橡膠增強(qiáng)中的逾滲現(xiàn)象及機(jī)理回答了為什么對(duì)于橡膠的納米增強(qiáng)，也必須要達(dá)到一定填充量的問題，同時(shí)也回答了為什么納米粒子對(duì)塑料基體只有微弱的增強(qiáng)效果。

對(duì)于塑料基體，分子鏈處于玻璃化凍結(jié)態(tài)或被晶區(qū)嚴(yán)重束縛，納米粒子分散其中，很難產(chǎn)生類似于橡膠基體的誘導(dǎo)分子鏈取向排列的效果。通常的界面吸附作用不能抵抗塑料基體所需的拉伸取向力而發(fā)生界面脫粘，而且形成的界面化學(xué)作用又阻礙了排列取向。因此，對(duì)于塑料基體的增強(qiáng)，還是應(yīng)該選擇與高長(zhǎng)徑比增強(qiáng)劑相復(fù)合的思路，后者受應(yīng)力傳遞理論的支配^[37,38]。