炭黑和白炭黑作為橡膠增強劑長期以來被廣 泛使用，隨著納米技術(shù)的興起，產(chǎn)生了把炭黑和白 炭黑納米級粉體通過常規(guī)機械共混方式與橡膠進 行納米復(fù)合的技術(shù)—— “熔體粉體共混納米復(fù)合 技術(shù)”_3-5]．但由于炭黑或白炭黑粉體尺寸小，視 密度低，橡膠熔體粘度高，在橡膠基質(zhì)中炭黑或白 炭黑納米粉體很難均勻分散。此外，由于納米粉 體粒徑小，表面能大，易于團聚，通常以二次聚集 體的形式存在，這在一定程度上對其增強性能產(chǎn) 生不同導(dǎo)向和不同程度的影響。 為了增加納米材料與橡膠的界面結(jié)合力，提 高其分散能力，需對納米材料進行表面改性，從而 提高納米粒子與橡膠大分子間的作用力，同時調(diào) 整加工時橡膠的粘度，改進混煉工藝。改進措施 有，1)添加界面改性劑，即分散劑、偶聯(lián)劑等；2) 納米粒子表面改性，可采用表面覆蓋改性、機械化 學(xué)改性、外膜層改性、局部活性改性、高能量表面 改性和利用沉淀反應(yīng)進行表面改性；3)將熔體粉 體混合改為橡膠溶液或乳液與納米粒子的混合， 或?qū)⒓{米粒子預(yù)處理后分散在橡膠聚合單體中， 然后進行本體或溶液聚合。 2．2 纖 橡膠納米復(fù)合材料 纖維增強橡膠復(fù)合材料，由于纖維與橡膠的 性能差別很大，使用不同的納米纖維 J，如凹凸 棒土、納米晶須、碳纖維等，可賦予這種橡膠復(fù)合 材料的不僅僅是強度性能的提高，更重要的是賦 予其耐磨性、傳導(dǎo)性(包括導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性)等特 殊性能。作為復(fù)合材料，纖維與基質(zhì)的結(jié)合強度 是至關(guān)重要的。如制備納米碳纖維橡膠復(fù)合材 料 ，由于碳纖維的表面基本上是惰性的，它與 橡膠直接復(fù)合難以獲得足夠的結(jié)合力，必須預(yù)先 進行表面處理。經(jīng)表面處理后，表面積增大，表面 活性基團(如一COOH，一OH等)濃度增加，從而 有利于碳纖維與橡膠的浸潤和粘結(jié)。目前，針對 不同種類的納米纖維，橡膠／纖維納米復(fù)合材料的 制備技術(shù)主要有熔體直接共混法、原位聚合反應(yīng) 法、溶液共混共沉法等。由于現(xiàn)有的納米纖維種 類較少，制備技術(shù)不完善，橡膠纖維納米復(fù)合材料 還只是在特種材料和功能材料方面開展了應(yīng)用。 2．3 橡膠／粘土納米復(fù)合材料 橡膠／粘土納米復(fù)合材料的合成方法可以分 為5大類 ，1)插層復(fù)合法；2)原位復(fù)合法； 3)共混法；4)分于復(fù)合材料形成法；5)其他合成 法。其中，插層復(fù)合法制備納米橡膠復(fù)合材料是 當今研究較為活躍，工業(yè)前景看好的方法。 粘土的基本結(jié)構(gòu)單元是由一層鋁氧八面體夾 在2個硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層 狀結(jié)構(gòu)，其晶層表面氧元素的比重較大，層與層間 因共用氧原子而形成非常緊密的結(jié)合。在制備橡 膠／粘土納米復(fù)合材料時，常采用有機陽離子(插 層劑)進行離子交換而使層間距增大，并改善層 間微環(huán)境，以有利于單體或聚合物插入粘土層間 形成納米復(fù)合材料。常用的插層劑有二烯類聚合 的季銨鹽，烷基銨鹽和其他陽離子型表面活性劑 等，并由此衍生出單體原位反應(yīng)插層法、液體橡膠 反應(yīng)插層法、大分子熔體插層法、大分子溶液插層 法、大分子乳液插層法等制備技術(shù)。由于粘土在 橡膠／粘土納米復(fù)合材料中為形狀比非常大的片 層填料，限制大分子變形的能力比球形增強劑更 強，從而使橡膠／粘土納米復(fù)合材料具有較高的模 量、硬度、強度，較低的彈性，其應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?大。 采用納米材料填充的橡膠復(fù)合材料，可增加 其拉伸強度，并在一定數(shù)量范圍內(nèi)出現(xiàn)極大值。 如填充納米SiO 的橡膠復(fù)合材料，在SiO 的體 積百分含量為4％左右時，拉伸強度達到最大值。 3．2 對材料的增塑作用 對采用普通CaCO 、微米級CaCO 、納米級 CaCO 填充橡膠復(fù)合材料進行比較，隨著顆粒粒 徑的減少，材料的斷裂伸長率提高。 3．3 對材料的楊氏模量的影響 對于相同的基體、填料和處理方法，微米級填 料使復(fù)合材料的楊氏模量增長平緩，而納米級填 料則可使復(fù)合材料的楊氏模量大幅上升。這是由 于納米材料的比表面積大，表面原子數(shù)占原子總 數(shù)比例大，使納米材料易于與聚合物充分吸附、鍵 合。