4.1.3　動(dòng)態(tài)生熱及低生熱技術(shù)

4.1.3.1　動(dòng)態(tài)生熱機(jī)理

動(dòng)態(tài)生熱是橡膠材料的一種動(dòng)態(tài)性能，它是外加機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)化。任何材料的變形都可分為彈性成分和黏性成分，前者以彈簧表示，后者以黏壺表示。對(duì)（完全彈性的）彈簧施加周期性正弦應(yīng)變，其應(yīng)力與應(yīng)變是同相位，而黏壺的應(yīng)力正好與應(yīng)變異相位（相差90°）；當(dāng)應(yīng)變速率為最大值時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力值最大，而此時(shí)的應(yīng)變?yōu)榱?。材料彈性成分和黏性成分力學(xué)行為的合效果即為材料實(shí)際應(yīng)力，這導(dǎo)致其施加的應(yīng)變產(chǎn)生一個(gè)相位角θ。

依據(jù)彈性、黏性和實(shí)際應(yīng)力，分別定義了彈性模量、黏性模量以及復(fù)合模量（等于應(yīng)力除以應(yīng)變）。剪切過程中，這些模量分別用G′、G″以及G^*表示；在壓縮和拉伸過程中，用符號(hào)E代替G。由于黏性模量是與機(jī)械能損耗（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能）對(duì)應(yīng)的黏性成分，因此黏性模量也稱為損耗模量。此外動(dòng)態(tài)性能可以用柔量表示，柔量隨應(yīng)力而變化，而不是隨應(yīng)變而變化。柔量用J（剪切）或D（壓縮-拉伸）表示。復(fù)合柔量是復(fù)合模量的倒數(shù)。

若作出單個(gè)周期的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，能得到一個(gè)滯后環(huán)。此閉合滯后環(huán)的面積稱為滯后能密度，用H表示，它表示該周期內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能的機(jī)械能。可由下式大致算出滯后能密度：

　?。?.2）

式中，DSA是應(yīng)變幅值的兩倍或是兩峰值間的應(yīng)變幅值，以變形前的百分率表示。

在DSA（恒應(yīng)變）相同時(shí)比較膠料，發(fā)現(xiàn)膠料的滯后能密度與G′、tanδ或G″值成正比；而在等應(yīng)力（恒應(yīng)力）相同時(shí)比較膠料，則發(fā)現(xiàn)滯后能密度與損耗柔量J″成正比，此時(shí)：

　?。?.3）

經(jīng)過簡(jiǎn)單的積分計(jì)算可得到單次加載周期內(nèi)滯后能密度H的表達(dá)式，即式（4.3）。其中，σ_a是應(yīng)力幅值；ε_a是應(yīng)變幅值；ω是角頻率；t是時(shí)間；δ是動(dòng)態(tài)應(yīng)力與動(dòng)態(tài)應(yīng)變之間的相位差；G″是損耗模量；J″是損耗柔量，J″=G″/(G^*)²，G^*是復(fù)合模量。在不同的加載方式（恒定應(yīng)變、能量和應(yīng)力）下，滯后能密度H有不同的表達(dá)式。Willett指出，在恒定應(yīng)變幅值ε_a加載下，H與損耗模量G″成正比；在恒定應(yīng)力幅值σ_a加載下，H與損耗柔量J″成正比；在恒定能量幅值σ_aε_a加載下，H與損耗因子sinδ成正比，當(dāng)相位角δ較小時(shí)，由于sinδ等價(jià)于tanδ，即可認(rèn)為H與損耗因子tanδ成正比。熱源的定義為單位時(shí)間單位體積內(nèi)能量耗散量的大小，也稱為生熱速率Q·，滯后能密度H乘以頻率f即得Q·?？梢娚鸁崃颗c滯后能密度密切相關(guān)。

動(dòng)態(tài)生熱與節(jié)能是密切相關(guān)的，動(dòng)態(tài)黏性損耗越高，生熱就越大，動(dòng)態(tài)服役的橡膠制品如輪胎的能量損耗也約大，也越不“節(jié)油”和“節(jié)能”。

如上所述，動(dòng)態(tài)生熱與橡膠制品所受到的應(yīng)力及其所產(chǎn)生的變形有關(guān)，與動(dòng)態(tài)服役時(shí)的頻率、溫度也有關(guān)系。其根源是動(dòng)態(tài)黏性耗散，其本質(zhì)則是大分子鏈間的動(dòng)態(tài)摩擦、大分子鏈與納米顆粒間的動(dòng)態(tài)摩擦，以及納米顆粒-納米顆粒間的動(dòng)態(tài)摩擦，如圖4.18所示。

一定范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)服役的頻率越高，內(nèi)摩擦越大，動(dòng)態(tài)生熱越高，如圖4.19所示^[15]。固定頻率下，動(dòng)態(tài)應(yīng)力或應(yīng)變?cè)酱?，納米復(fù)合材料內(nèi)的內(nèi)摩擦也越大，黏性損耗也越大，動(dòng)態(tài)生熱也越高，如圖4.20所示。值得指出的是，在應(yīng)變非常小時(shí)，由于體系內(nèi)納米顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞，此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充當(dāng)著一個(gè)彈性網(wǎng)絡(luò)的角色，體系的黏性耗散反而會(huì)降低，一旦當(dāng)應(yīng)變達(dá)到一定值時(shí)，體系內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始解體，彈性功能喪失，黏性損耗將加?。ㄔ谇懊娴腜ayne效應(yīng)部分已經(jīng)有詳細(xì)論述）。圖4.20（a）中，不同炭黑用量填充的混煉膠的損耗因子隨應(yīng)變變化曲線出現(xiàn)交叉證明了這一觀點(diǎn)。對(duì)于交聯(lián)的橡膠體系，由于基體的黏性耗散大大下降，因此，隨著炭黑用量的增加，損耗因子增加；隨著應(yīng)變的增大，體系內(nèi)摩擦增大，損耗因子增加，但超過一個(gè)峰值后反而有所下降。對(duì)于納米炭黑填充的交聯(lián)橡膠，在大應(yīng)變時(shí)，體系內(nèi)部的顆粒聚集體基本處于解離狀態(tài)，顆粒-顆粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解體，顆粒間摩擦大大下降。盡管如此，如果納米顆粒高度分散而且與基體間有化學(xué)鍵合，例如白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑實(shí)施界面偶合后，其損耗因子隨應(yīng)變?cè)黾訒?huì)出現(xiàn)一個(gè)更為緩慢的增長(zhǎng)，在更高的應(yīng)變下才出現(xiàn)明顯上升。因此對(duì)輪胎性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用5%～10%應(yīng)變區(qū)間內(nèi)的損耗因子進(jìn)行表達(dá)比較客觀^[16]。

4.1.3.2　橡膠納米復(fù)合材料低生熱技術(shù)

橡膠種類對(duì)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)損耗具有明顯的影響。一般來講，橡膠材料的極性越大，相互作用力越強(qiáng)，分子間的動(dòng)態(tài)摩擦就越大，動(dòng)態(tài)損耗和生熱就越高。例如在其他因素相同的情況下，NBR的動(dòng)態(tài)生熱就比SBR高，CR的動(dòng)態(tài)生熱比BR高。對(duì)通用的NR、SBR與BR來講，BR的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最低，分子鏈最柔順，分子間的摩擦最小；SBR由于苯環(huán)側(cè)基的存在，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，分子間的摩擦較大，動(dòng)態(tài)損耗較高。ESBR/BR、NR/BR并用復(fù)合材料硫化膠的損耗因子隨應(yīng)變的變化曲線如圖4.21所示。從圖4.21（a）可以看出，ESBR膠料的動(dòng)態(tài)損耗最大，并用BR和NR后，硫化膠的動(dòng)態(tài)損耗降低，NR/BR/ESBR的動(dòng)態(tài)損耗最低，這也表明BR和NR的加入可以改善乳聚丁苯橡膠的生熱性能。從圖4.21（b）可以看出，NR/BR并用時(shí)，材料的動(dòng)態(tài)損耗進(jìn)一步降低，低于 NR/BR/ESBR的動(dòng)態(tài)損耗^[17]。

乳聚丁苯橡膠是丁苯橡膠的傳統(tǒng)品種，大部分用于輪胎胎面，但其致命的缺點(diǎn)是彈性小、滯后損失大、行駛時(shí)滾動(dòng)阻力大，從而造成生熱高、耗油量大、廢氣排放量大，乳聚丁苯橡膠難以實(shí)現(xiàn)高濕抓著性與低滾動(dòng)阻力的統(tǒng)一，而溶聚丁苯橡膠采用陰離子活性聚合，苯乙烯與丁二烯比例、丁二烯單元的微觀結(jié)構(gòu)、聚合物的宏觀結(jié)構(gòu)、單元組成的序列分布、相對(duì)分子質(zhì)量及分布等都可任意進(jìn)行控制，能滿足分子設(shè)計(jì)的要求，使?jié)L動(dòng)阻力、抗?jié)窕约澳湍バ匀咧g達(dá)到最佳平衡，如圖4.22所示^[18]。

偶聯(lián)溶聚丁苯橡膠是新型溶聚丁苯橡膠，與未偶聯(lián)溶聚丁苯橡膠相比，具有結(jié)合膠多，模量和強(qiáng)度高，內(nèi)耗小，生熱低等突出特點(diǎn)。如圖4.23所示，偶聯(lián)溶聚丁苯橡膠的0℃損耗因子高，60℃損耗因子低，證明其有優(yōu)異的抗?jié)窕阅芎偷蜐L動(dòng)阻力性能，在提高輪胎行駛安全性、降低能耗、節(jié)約能源等方面意義重大。

橡膠分子經(jīng)交聯(lián)后，彈性增加。隨著交聯(lián)密度的增加，材料的模量增加，變形能力降低，內(nèi)摩擦下降，動(dòng)態(tài)損耗降低，生熱下降。硫黃用量對(duì)炭黑增強(qiáng)天然橡膠復(fù)合材料動(dòng)態(tài)損耗和壓縮生熱的影響分別如圖4.24和表4.1所示。從圖4.24可以看出，隨著硫黃用量的增加（交聯(lián)密度增加），橡膠復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)損耗呈下降的趨勢(shì)；從表4.1中數(shù)據(jù)可以看出，隨著硫黃用量的增加，膠料的壓縮溫升逐漸降低，說明配方中硫黃用量越高，膠料的生熱越低。這與圖4.24中膠料的動(dòng)態(tài)損耗的結(jié)果是相符的^[21]。

另外，除了橡膠種類與交聯(lián)程度，納米顆粒用量對(duì)復(fù)合體系動(dòng)態(tài)生熱影響也很大。理論上分析，納米顆粒用量越多，納米顆粒與分子鏈界面面積越大，其界面摩擦增大，生熱增加；同時(shí)納米顆粒用量越多，納米顆粒與納米顆粒之間接觸概率也相應(yīng)增加，導(dǎo)致納米顆粒-納米顆粒間摩擦增加，動(dòng)態(tài)生熱增加（如圖4.25所示）。關(guān)于納米顆粒尺寸對(duì)動(dòng)態(tài)損耗的影響，可參考本章4.2.2.1節(jié)。

值得強(qiáng)調(diào)的是，如果單純?cè)黾臃稚r(shí)間和分散能耗，隨著分散程度的增加，動(dòng)態(tài)生熱下降［圖4.26（a）與（b）］。分散劑處理只是提高了分散程度，但界面間仍然是物理作用，因此動(dòng)態(tài)生熱比不處理時(shí)低，但與偶聯(lián)劑處理相比會(huì)有差距。偶聯(lián)劑處理后，不但改善了分散，減少了顆粒-顆粒間摩擦，而且有了化學(xué)鍵接，顯著增大了交聯(lián)密度，也減少了界面摩擦，因此動(dòng)態(tài)生熱降低最為明顯［圖4.27（a）與（b）］。

歐盟數(shù)據(jù)表明，近五年來交通運(yùn)輸能耗約占世界總能耗的20%以上，而其中輪胎油耗為汽車油耗的20%～30%；全球18%的CO₂排放與道路交通有關(guān)，道路車輛排放的CO₂的24%與輪胎有關(guān)。另有數(shù)據(jù)顯示，2015年英國(guó)由于輪胎故障造成的交通事故總計(jì)921起，造成17人喪生、147人受重傷。為順應(yīng)輪胎節(jié)油、安全、高性能的發(fā)展要求，歐盟于2009年推出了輪胎強(qiáng)制標(biāo)簽法，對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)和濕抓地指數(shù)做了分級(jí)（A～G）。據(jù)測(cè)算，輪胎滾動(dòng)阻力每降低20%，可節(jié)油5%，即使用B級(jí)綠色輪胎每年可節(jié)省200億升汽油，減少5000萬噸CO₂排放；使用A級(jí)輪胎，相較于使用G級(jí)輪胎，濕路面剎車距離可縮短18m，極大提高了安全性。

如何進(jìn)一步降低輪胎的油耗，傳統(tǒng)的橡膠納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)理念與制備似乎走到了瓶頸。為了突破這一瓶頸，劉軍和張立群教授等提出了新結(jié)構(gòu)的概念。他們采用分子模擬設(shè)計(jì)了理想型橡膠納米復(fù)合材料，如圖4.28（a）所示。通過對(duì)分子鏈末端進(jìn)行官能化（綠色表示），再與納米顆粒（藍(lán)色表示）表面進(jìn)行化學(xué)接枝，構(gòu)造了由等長(zhǎng)分子鏈連接納米顆粒的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。納米顆粒在體系中分布均勻，被等長(zhǎng)分子鏈隔開。在這種結(jié)構(gòu)中，納米顆粒高度分散，因?yàn)橄鹉z分子鏈末端與納米顆粒間為化學(xué)鍵合，而且由于是等長(zhǎng)鏈連接結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)生熱很低，拉伸取向更高。圖4.29（a）是模擬體系的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。可以看出，理想結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)共混結(jié)構(gòu)相比，分子鏈更容易拉伸取向，呈現(xiàn)出高的應(yīng)力-應(yīng)變行為，且理想型橡膠納米復(fù)合材料表現(xiàn)出最低的動(dòng)態(tài)滯后損失（dynamic hysteresis loss，DHL）。

實(shí)際上該理想網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似于熱塑性彈性體的自組裝結(jié)構(gòu)，均勻分散的納米顆粒類似于自組裝形成的均勻分布的硬相微區(qū)［4.28（b）與（c）］。圖4.30顯示了單根分子鏈連接相鄰納米顆粒的拉伸-回復(fù)示意圖。進(jìn)一步針對(duì)如下4種體系： SBS、TPU、天然橡膠/白炭黑體系、天然橡膠/炭黑體系，對(duì)比研究其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。相對(duì)于共混納米顆粒體系，自組裝復(fù)合材料呈現(xiàn)出了非常低的損耗因子。在大應(yīng)變下，由于微相分離的結(jié)構(gòu)被破壞，分子鏈間的內(nèi)摩擦呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)［圖4.31（a）］。為反映輪胎的滯后損失，一般采用7%應(yīng)變下的損耗因子，相對(duì)于共混體系，自組裝體系均表現(xiàn)出很低的滯后損失。進(jìn)一步做成小輪子——天然橡膠小輪子與聚氨酯小輪子。在50kg載荷與800r/min下，監(jiān)測(cè)輪子的溫升與功率損耗，自組裝體系均表現(xiàn)出了更好的性能 （圖4.32）。但由于一般的熱塑性彈性體耐溫性不好，高溫下結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，限制了其在輪胎工業(yè)上的應(yīng)用。關(guān)于如何設(shè)計(jì)超級(jí)彈性體，來解決魔三角的問題，參見第12章12.3節(jié)^[22]。

4.1.3.3　納米彈簧對(duì)滯后損失影響的分子模擬研究

北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體材料研究中心首次提出了采用納米彈簧來調(diào)整橡膠材料黏彈性的概念，模擬了碳納米彈簧的引入對(duì)橡膠基體黏彈性的影響［圖4.33（a）］。碳納米彈簧具有力學(xué)可回復(fù)變形性，與橡膠復(fù)合后，可用前一節(jié)的黏彈性模型來描述，即兩個(gè)彈簧與一個(gè)黏壺的并聯(lián)［圖4.33（b）］。通過對(duì)其拉伸回復(fù)過程的模擬，發(fā)現(xiàn)體系動(dòng)態(tài)滯后損失隨著碳納米彈簧彈性系數(shù)的增加而逐漸減小，其原因是隨著碳納米彈簧彈性系數(shù)的增大，拉伸過程中儲(chǔ)存的能量增加，在回復(fù)過程中能更有效地帶動(dòng)周圍橡膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)，降低體系內(nèi)摩擦與滯后損失。該發(fā)現(xiàn)為工業(yè)上制備低滯后損失的輪胎提供了新的思路，也為碳納米材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用提供了新的途徑。

進(jìn)一步采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，系統(tǒng)研究可發(fā)生回復(fù)變形的大尺寸碳納米填料——碳納米管和石墨烯帶填充的順丁橡膠納米復(fù)合材料，以及填料對(duì)復(fù)合材料黏彈性的影響^[23]。

（1）碳納米管填充的順丁橡膠納米復(fù)合材料

將碳納米管與順丁橡膠共混，制備納米復(fù)合材料，如圖4.34（a）所示。碳納米管的填充分?jǐn)?shù)w=12.0%，順丁橡膠的交聯(lián)密度ρ₁=0.0011mol/cm³。采用體系的快照?qǐng)D觀察復(fù)合材料變形過程中碳納米管的變化情況，如圖4.34（b）和圖4.34（c）所示。結(jié)果表明，復(fù)合材料單軸拉伸的方向不一樣，碳納米管的變形方式也不一樣。當(dāng)復(fù)合材料沿z方向拉伸時(shí)，碳納米管會(huì)被逐漸拉直；當(dāng)材料沿x方向拉伸時(shí)，碳納米管的彎曲程度會(huì)逐漸增加；總之，當(dāng)體系回復(fù)時(shí)，碳納米管會(huì)逐漸回復(fù)到變形前的形態(tài)?；谶@一結(jié)果，可以利用柔性碳納米材料在加載過程中改變形態(tài)，吸收一部分能量，在卸載過程中逐漸回復(fù)初始形態(tài)，釋放出能量，從而降低材料的損耗能量，減少滯后損失。

接下來分析界面作用對(duì)復(fù)合材料黏彈性的影響。采用界面交聯(lián)密度表征碳納米管與橡膠基體的界面作用。界面交聯(lián)鍵個(gè)數(shù)依次為0、50、100和150，對(duì)應(yīng)的界面交聯(lián)密度ρ₂分別為0、0.0016mmol/m²、0.0032mmol/m²和0.0048mmol/m²。隨著界面交聯(lián)密度逐漸升高，材料的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，如圖4.35（a）所示。拉伸應(yīng)變?yōu)?00%時(shí)，界面交聯(lián)密度為0.0048mmol/m²的材料的應(yīng)力是界面交聯(lián)密度為0的材料的7倍。同時(shí)，隨著界面交聯(lián)密度增加，復(fù)合材料的永久變形z逐漸減小。這是因?yàn)榻缑孀饔迷鰪?qiáng)了分子鏈與碳納米管之間的協(xié)同運(yùn)動(dòng)能力，即碳納米管的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了分子鏈的運(yùn)動(dòng)。為了表征在形變過程中，界面作用對(duì)分子鏈與碳納米管之間協(xié)同作用的影響，表征了純體系和碳納米管填充體系中分子鏈的取向程度，如圖4.35（c）所示。很明顯，隨著界面交聯(lián)密度的升高，回復(fù)后復(fù)合材料中的分子鏈取向程度逐漸接近于分子鏈的初始態(tài)，表明柔性碳納米管在變形過程中可以帶動(dòng)分子鏈運(yùn)動(dòng)，即分子鏈與碳納米管的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。此外，探討了壓縮模式下，界面交聯(lián)密度對(duì)復(fù)合材料應(yīng)力-應(yīng)變的影響，如圖4.35（b）所示。與拉伸模式一致，隨著界面交聯(lián)密度升高，復(fù)合材料的力學(xué)性能增強(qiáng)，永久變形減小。為了更直觀、更具體的體現(xiàn)交聯(lián)密度對(duì)體系黏彈性的影響，計(jì)算了復(fù)合材料的滯后損失，如圖4.35（d）和（e）所示?？梢钥吹剑S著界面交聯(lián)密度升高，在拉伸-回復(fù)、壓縮-回復(fù)兩種模式下，材料的滯后損失均逐漸減小。在拉伸-回復(fù)模式下，當(dāng)界面交聯(lián)密度ρ₂=0.0048mmol/m²時(shí)，復(fù)合材料的滯后損失為31%，明顯高于界面交聯(lián)密度為0時(shí)復(fù)合材料的滯后損失（61%）。從上面的討論可知，界面交聯(lián)密度對(duì)復(fù)合材料滯后損失的影響與對(duì)永久變形的影響規(guī)律一致。

除了界面作用以外，我們還研究了在強(qiáng)界面作用下，碳納米管填充分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料黏彈性的影響。在模擬體系中，碳納米管的填充個(gè)數(shù)依次為6、12、18和24，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w= 6.4%、12.0%、16.9%和21.4%，界面交聯(lián)鍵的個(gè)數(shù)依次為25、50、75和100，以保證在模擬體系中界面交聯(lián)密度一致（ρ₂=0.0016mmol/m²）。研究結(jié)果如圖4.36所示。

由圖4.36（a）可以看出，在拉伸模式、強(qiáng)界面作用下，隨著碳納米管填充分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，永久變形逐漸減小。在壓縮模式下，也能得到相同的規(guī)律，如圖4.36（b）所示。計(jì)算不同填充分?jǐn)?shù)下材料的滯后損失，結(jié)果如圖4.36（c）和（d）所示。可以看到，隨著填充分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的滯后損失逐漸減小。原因如下：在強(qiáng)界面作用下，碳納米管在聚合物基體中均勻分散。在形變過程中，碳納米管會(huì)協(xié)同周圍分子鏈一起運(yùn)動(dòng)。填充分?jǐn)?shù)越高，協(xié)同運(yùn)動(dòng)的分子鏈越多，復(fù)合材料內(nèi)部的分子鏈摩擦?xí)饾u減小，因此復(fù)合材料的滯后損失逐漸減小。值得指出的是，在真實(shí)的納米復(fù)合材料體系中，由于填充濃度高會(huì)導(dǎo)致粒子分散不均勻而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Payne效應(yīng)增大，因此，即使粒子與基體間存在化學(xué)鍵合，一般也表現(xiàn)為填充濃度越高，損耗因子越大。

（2）石墨帶填充的順丁橡膠納米復(fù)合材料

圖4.37顯示了石墨帶填充納米復(fù)合材料在拉伸-回復(fù)過程中，納米帶的變形-回復(fù)情況。

由圖4.37（a）可以看出，在納米復(fù)合材料中，石墨帶處于彎曲狀態(tài)；當(dāng)復(fù)合材料沿z方向拉伸時(shí)，石墨帶會(huì)被逐漸拉直，如圖4.37（b）所示；當(dāng)復(fù)合材料沿x方向拉伸時(shí)，石墨帶彎曲程度會(huì)逐漸增加，如圖4.37（c）所示；最終，當(dāng)復(fù)合材料回復(fù)時(shí)，石墨帶都能回復(fù)到初始狀態(tài)。

圖4.38顯示了界面作用對(duì)石墨帶填充順丁橡膠納米復(fù)合材料黏彈性的影響。由圖可知，隨著界面交聯(lián)密度增加，即界面作用逐漸增強(qiáng)，復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，永久變形顯著減小，如圖4.38（a）所示；在壓縮模式下，也能得到一樣規(guī)律，如圖4.38（b）所示。此外，計(jì)算了復(fù)合材料的滯后損失，如圖4.38（c）和（d）所示；在拉伸-回復(fù)、壓縮-回復(fù)兩種模式下，隨著界面作用的增強(qiáng)，復(fù)合材料的滯后損失均逐漸減小。說明石墨帶也能像碳納米管一樣，調(diào)控順丁橡膠的黏彈性。

最后，探討石墨帶尺寸對(duì)復(fù)合材料黏彈性的影響。固定石墨帶的寬度，改變石墨帶的長(zhǎng)度。隨著石墨帶長(zhǎng)度的增加，石墨帶所含的碳原子數(shù)逐漸增多。研究結(jié)果如圖4.39所示。由圖4.39（a）可以看出，在拉伸模式下，石墨帶的力學(xué)增強(qiáng)效果存在一個(gè)最佳的尺寸；然而，在壓縮模式下，隨著石墨帶尺寸的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能一直增強(qiáng)，如圖4.39（b）所示。計(jì)算石墨帶尺寸對(duì)滯后損失的影響，研究結(jié)果如圖4.39（c）和圖4.39（d）所示。在兩種模式下，隨著石墨帶尺寸的增加，復(fù)合材料的滯后損失均逐漸減小。