摘要：纳米增强是聚合物材料科学与工程领域的一个十分重要的问题,已经有大量的纳米复合材料设计、制备和性能方面的研究报导,但是有关其增强机理的研究不多,仍有很多问题未能得到很好的理解和解释.大量的研究和工业应用表明,纳米粒子对于橡胶的高效增强是必需的.本文首次通过实验报道了在橡胶的纳米增强中存在着类似于橡胶增韧塑料的逾渗现象,即橡胶(丁苯橡胶)的拉伸强度随着纳米增强剂(炭黑)用量的增加先缓慢增加进而迅速上升而后达到平衡.进一步分析和实验证明,纳米粒子增强橡胶的机理在于诱导形成了粒子间伸直链,从而提出了橡胶增强临界间距的新概念,并讨论了其影响因素.对于炭黑增强丁苯橡胶体系,存在一个最大临界粒径(原生粒子直径)约为80nm左右.提出了一些橡胶增强设计上的新观点:包括界面相互作用、最佳交联密度和最小增强粒子的尺寸.对于塑料基体,由于大分子链处于玻璃冻结态或被晶区束缚,分子链的活动性大大下降,无法产生在高弹态中发生的链滑移和伸直链逐渐增加的现象.因此,对于塑料聚合物,球形纳米颗粒的增强效果是极为有限的,发展方向应该是高形状系数比的纳米填料,如纳米纤维、纳米片层等,其机理服从应力传递理论.文章采用傅立叶红外光谱、应力应变曲线和分子模拟等手段相结合,进行了机理上的阐述.
