4.2.1　橡膠納米復合材料的阻尼機理

橡膠納米復合材料的阻尼來源可以分為兩部分：①基體的黏彈性；②納米填料間以及納米填料與基體間的界面摩擦。如果添加了阻尼功能助劑，其損耗特性及其與基體間的相互作用，也會為復合材料提供阻尼^[28,29]。

橡膠材料的黏彈性直接影響其阻尼特性，在其玻璃化轉變區有較高的內耗，采用橡膠材料模量和內耗與溫度的關系曲線可以更好地解釋這一機理。如圖4.40所示，低于玻璃化轉變溫度（T_g）時，橡膠材料呈玻璃態，在受到外力作用時形變很小，這種形變主要由鍵長、鍵角的變化所引起，應變完全跟得上應力的變化，此時模量很高，鏈段幾乎不能運動而只是將機械能儲存起來，耗散低，阻尼性差；隨著溫度升高，進入玻璃化轉變區，大分子鏈段“解凍”開始運動，模量大幅度下降，而體系黏度很大，大分子鏈在運動過程中受到較大內摩擦阻力，應變遠遠落后于應力的變化，內耗大。在玻璃化轉變區分子具有一定的自由度，在一定的頻率范圍內能夠發生耦合，在應變響應中會伴隨緩慢的相轉變，如果外界的應力產生在這個頻率范圍內，機械能便可以得到耗散^[30]；隨著溫度進一步升高到高彈態，鏈段可充分自由運動，模量和內耗都很低。所以，在玻璃化轉變區將出現一個內耗的最大值，稱為內耗峰。

圖4.40　橡膠材料儲能模量G和損耗因子tanδ隨溫度變化的示意圖

橡膠基體的阻尼性能受使用溫度和振動頻率的影響很大，通過合成方法設計新型分子結構，引入懸垂鏈、自由端基、無規網絡等多重松弛結構，可以有效提高橡膠基體的阻尼值并拓寬其阻尼功能區^[31～33]。對于多組分體系，根據各組分T_g和相容性等因素，采用化學或物理的方法調控其微觀相態結構，可達到各組分之間取長補短的目的。為了減小傳統橡膠阻尼材料阻尼功能對溫度頻率的依賴性，并提高損耗因子和擴寬有效阻尼溫域，在橡膠復合材料體系中，構筑新的阻尼機制，如引入界面摩擦阻尼、可逆氫鍵作用、壓電轉換、磁流變等，對提高橡膠復合材料的阻尼性能有顯著的效果，也是橡膠阻尼材料的重要發展方向^[31,34]。

微納米填料是橡膠材料體系中的重要組成部分，通過選擇合適的填充補強體系，解決分散、界面等問題，可以賦予橡膠材料合適的力學性能。同時，填料的加入會影響橡膠基體自身的內耗峰（體積效應），而填料之間、填料與大分子鏈間存在的相互作用也會因為增加了體系內界面摩擦而獲得阻尼減振降噪的效果。對于橡膠納米復合材料而言，由于納米顆粒的介入，內部形成了納米顆粒-橡膠、納米顆粒-納米顆粒間的相互作用構建的多重物理網絡結構，這些網絡結構在外力場作用下會產生破壞和部分重構，并且會與橡膠大分子鏈物理網絡結構和化學交聯網絡結構相耦合從而使橡膠納米復合材料表現出更加復雜的非線性黏彈性，這為高性能橡膠阻尼材料的設計提供了廣闊的空間。