3.3　牺牲键增强橡胶机理

如前所述，橡胶纳米增强增韧方法被广泛应用。纳米填料的引入，可以极大地提高橡胶的强度和模量，进而增强橡胶的韧性；但是添加填料在提高橡胶强度和模量的同时会降低断裂伸长率，导致最终橡胶的韧性增加有限^[75]。此外，填料增强橡胶还存在一些其他问题，如填料均匀分散难实现、弹性减弱、动态性能不佳等^[76]。近年来，受到一些高强高韧生物材料（如蜘蛛丝、肌腱、珍珠）^[77,78]的启发，构筑牺牲键作为一种增韧柔性体系（如橡胶、水凝胶等）的新方式而备受关注^[79～82]。

牺牲键是指在材料拉伸过程中可以承受一部分力，在聚合物主链断键之前被消耗掉并耗散大量能量，起到增强增韧效果的一类可牺牲的作用键。对于弹性体而言，通过构建牺牲键，可以在增加模量和强度的同时不降低断裂伸长率，甚至进一步增加断裂伸长率，从而极大地优化弹性体的韧性。根据是否可逆，牺牲键可以分为两种：一种为可逆的牺牲键，即在拉伸过程中以可逆的方式被消耗掉并耗散能量，再通过一定的恢复时间可以恢复的牺牲键，如常见的氢键相互作用、金属配位作用、离子相互作用等。该类牺牲键通常可以有效地增加材料的强度和模量，而断裂伸长率不受影响。另一类为不可逆的牺牲键，是指在柔性弹性体网络中构建新的共价交联的高强度的脆性网络。脆性网络的构建可以提高弹性体的非均匀性，当弹性体受到拉伸时，脆性网络先达到应变极限，逐渐断键耗散能量，实现增强增韧的目标。该类牺牲键在增加弹性体强度和模量的同时，可提高弹性体的断裂伸长率，表现出优异的增韧效果。但是，该类牺牲键断键后不可恢复，会造成一定的永久形变。