3.1　橡胶纳米增强的机理

增强是橡胶材料科学与工程领域一个十分重要的问题，如同增韧对于塑料一样。橡胶增强科学和技术的研究是一个十分传统但又十分复杂的课题^[1～7]。由于橡胶材料是一个交联的高度填充的多组分复杂体系，目前仍有很多问题未能得到很好的理解和解释^[3,8]。大量的研究和工业应用表明，纳米粒子增强对于橡胶的高效增强是必需的^[4,9]。高级别细粒径的炭黑是橡胶工业最早应用的纳米增强剂，虽然其聚结体等效长轴方向的长度超过100nm，但是其在另外两维的尺度明显小于100nm。随后被橡胶工业大量使用的白炭黑是一种表面含有活性羟基的纳米二氧化硅。通常，纳米粒子可以使非拉伸结晶性橡胶（如丁苯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶等）的强度提高10倍以上，对于拉伸结晶橡胶（如天然橡胶、氯丁橡胶等），其定伸应力和耐磨性能也可提高10倍以上，而微米粒子常常只有填充增容的效果。事实上，增强效果也很大程度上依赖于聚合物基体所处的聚集态结构。比如，纳米球形粒子对橡胶的增强显著超过了其对塑料基体的效果，后者拉伸强度的提高一般不超过50%。传统的应力传递理论、裂纹传播抵制理论、表面玻璃化壳层理论等无法解释这种显著效果，也无法解释橡胶基体与塑料基体间在增强效果上的明显差别。

本节主要介绍橡胶纳米增强中存在的逾渗现象，进而提出了橡胶纳米增强的新机理，包括橡胶纳米增强临界粒子间距、最佳交联密度和最小增强粒子尺寸等概念。