前言

橡膠材料的高彈性、大形變能力來自于其長鏈柔性大分子鏈結(jié)構(gòu)和無定形的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，十分獨特，奠定了它在輪胎工業(yè)、密封行業(yè)、阻尼減震行業(yè)等諸多領(lǐng)域的不可替代的地位。從航空航天、高鐵、汽車，到建筑橋梁，再到艦船潛艇、深海探測，從衣食住行到生命健康，從電子通信到人工智能，從國防軍工到國民經(jīng)濟，橡膠材料無處不在。每年全世界的橡膠耗量超過2000萬噸。

橡膠材料或許是最早與納米材料相結(jié)合并實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的材料了。炭黑，這種具有納米尺度的顆粒，早在1904年就被發(fā)現(xiàn)能對橡膠材料產(chǎn)生高增強效果，加入炭黑后，橡膠材料的模量、耐磨性能夠提高10倍以上，非拉伸結(jié)晶性橡膠材料的強度也可被提高10倍以上。可以說，沒有納米材料，橡膠工業(yè)就不會發(fā)展到今天。2017年，全球用于橡膠工業(yè)的炭黑的產(chǎn)量已達(dá)1200萬噸，納米二氧化硅的產(chǎn)量已達(dá)240萬噸，比任何一個行業(yè)所消耗的納米材料都要多。

今天，隨著納米科技的發(fā)展，學(xué)術(shù)界已經(jīng)將各種各樣的納米顆粒與橡膠材料進行復(fù)合，不但在納米強化方面有了許多進展，而且在聲光電磁和生物性能賦予等功能化方面也有了諸多發(fā)現(xiàn)，既為橡膠材料和橡膠工業(yè)的發(fā)展與進步提供了大量的新方法和新儲備，也為納米材料和納米科技的發(fā)展做出了重要貢獻?？梢哉f，橡膠納米復(fù)合材料是橡膠材料科學(xué)與工程領(lǐng)域最為重要的方面之一，也是納米材料科技中的一個重要方向。

為了推動我國納米材料科技研究與應(yīng)用的迅速發(fā)展，萬立駿院士組織此領(lǐng)域的一批優(yōu)秀專家和學(xué)者編寫了“納米材料前沿”叢書，由化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行。筆者有幸受邀編寫《橡膠納米復(fù)合材料：基礎(chǔ)與應(yīng)用》一書。本書基于筆者團隊20多年來在橡膠納米復(fù)合材料領(lǐng)域的研究成果，同時對國內(nèi)外橡膠納米復(fù)合材料領(lǐng)域的研究與發(fā)展進行了梳理、總結(jié)，以期凝練出對橡膠行業(yè)以及納米材料科技領(lǐng)域發(fā)展有價值的內(nèi)容與方向。本書從“基礎(chǔ)”和“應(yīng)用”兩個方面入手，力圖從機理上闡述納米顆粒在橡膠基體中分散的復(fù)雜機制，描述納米顆粒與橡膠大分子鏈復(fù)雜的界面作用以及在高濃度下形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，闡述各種納米顆粒對橡膠材料模量、強度、耐磨性、耐疲勞性、動態(tài)生熱性能、抗?jié)窕阅艿任锢頇C械性能的影響，以及對阻隔、阻燃、阻尼、電熱聲傳導(dǎo)等功能的影響，也總結(jié)和描述了各種納米顆粒/橡膠復(fù)合材料的性能及相應(yīng)的納米復(fù)合方法，并介紹了一些重要的工業(yè)化案例和工業(yè)化新進展。

全書共分12章。第1章概括凝練了橡膠納米復(fù)合材料的發(fā)展歷程、工業(yè)應(yīng)用以及未來的發(fā)展方向，并提出了十大挑戰(zhàn)。第2章介紹了橡膠納米復(fù)合材料的界面、納米顆粒、分散結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，總結(jié)了這些微觀結(jié)構(gòu)的多種表征方法。第3章闡述了橡膠納米增強機理，總結(jié)了納米復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系，介紹了近些年研究很熱的犧牲鍵增強方法與機理。第4章介紹了橡膠納米復(fù)合材料的動態(tài)黏彈性的機理、分子模擬研究及納米復(fù)合對橡膠材料阻尼性能的影響。第5章闡述了橡膠納米復(fù)合材料的磨損現(xiàn)象和磨耗機理，介紹了納米抗磨技術(shù)和其他增強耐磨性的技術(shù)。第6章首先重點綜述了橡膠納米復(fù)合材料的疲勞機制，然后介紹了納米耐疲勞技術(shù)及其他耐疲勞技術(shù)。第7章概述了橡膠納米復(fù)合材料的濕滑機制及抗?jié)窕夹g(shù)，也介紹了中低分子量樹脂等在橡膠中的微納分散結(jié)構(gòu)及其對橡膠抗?jié)窕阅艿挠绊?。?章綜述了橡膠納米復(fù)合材料的傳導(dǎo)/阻隔機理，包括在導(dǎo)電、介電、導(dǎo)熱、阻隔、阻燃等方面的應(yīng)用與相關(guān)機理。第9章綜述了常見的零維納米顆粒/橡膠納米復(fù)合材料的制備及基本性能與應(yīng)用，涉及的填料包括炭黑、白炭黑、納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米有機球、不飽和羧酸金屬鹽、多面體低聚硅倍半氧烷、淀粉等。第10章綜述了碳納米管、凹凸棒土、埃洛石和納米微晶纖維素等一維納米顆粒填充的橡膠納米復(fù)合材料，介紹了其制備過程、性能及應(yīng)用。第11章展示了層狀硅酸鹽、石墨烯等二維納米顆粒等填充的橡膠復(fù)合材料的制備、性能與應(yīng)用。第12章首先介紹了嵌段型橡膠納米復(fù)合材料，而后介紹了應(yīng)變誘導(dǎo)產(chǎn)生的納米晶體增強橡膠，最后展示了先進自組裝聚氨酯超級彈性體的設(shè)計和制備過程。

全書由張立群教授統(tǒng)稿和校核，郭寶春教授和劉軍教授除了參與一些章節(jié)編寫外，還協(xié)助進行了大量的組稿工作，對此書出版做出了特殊貢獻?；瘜W(xué)工業(yè)出版社對此書的編寫與出版也給予了大力支持，一并表示感謝。

本書適合于高校和科研院所從事納米材料和納米復(fù)合材料研究與開發(fā)的學(xué)生以及專家學(xué)者參考使用，也適合橡膠工業(yè)領(lǐng)域從事材料與產(chǎn)品開發(fā)的研究人員閱讀。由于時間限制，再加上作者水平有限，書中疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。

張立群

2018年7月16日