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橡塑技术与装备（橡胶）
(a)
(b)
图 4 N330 和 N550 对天然橡胶复合材料的储能模量
G′ 与应变的关系
图 5 是 N330 和 N550 对天然橡胶复合材料的最
高、最低储能模量差值 ΔG′ 与炭黑体积含量的关系。
从图中可以看出，在炭黑体积分数较小时，ΔG′ 的值
相差不大 ；当体积分数大于 0.15 时，N330 和 N550
的 ΔG′ 出现突变，呈现快速上升的趋势。讨论无规密
堆积结构上逾渗过程时的一种实用方法是抛弃逾渗阈
值法，引入临界分数体积 Φ c 作为判别逾渗过程发生的
判据，而 Φ c 对座逾渗的逾渗过程阈值是近似维数不变
量，只要空间维数确定，Φ c 的值就近似不变。三维空
间的临界分数体积是 0.16，这与我们的实验观测值十
分相近，所以可以认为炭黑补强天然胶的体系中存在
着填料网络，且网络的形成过程是一种逾渗过程。由
此可以得出起补强作用的炭黑，应该与其周围吸附的
橡胶分子链为一个整体作为整个体系的补强单元。其
形成的炭黑补强网络是介观联结性方面的，其逾渗应
该是座逾渗过程。
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CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (Rubber)
图 5 N330 和 N550 对天然橡胶复合材料的最高、最低
储能模量差值 ΔG′ 与炭黑体积含量的关系
2.2.3 N330 和 N550 对于 NR 复合材料损
耗因子 - 应变的关系
图 6 是 N330 和 N550 对天然橡胶复合材料损耗
因子随着应变的变化关系。从图中可以看出曲线变化
趋势基本相同，在小应变时损耗因子变化不明显，随
着应变的增大，损耗因子呈现快速上升的趋势。另外
在炭黑填充为 50 份和 65 份时，随着应变逐渐增大，
都出现了增速减缓的趋势， N330、N550 曲线减缓的
趋势依次明显，而且 N550 增强天然橡胶复合材料的
损耗因子开始下降。分析原因可能是在应变较小的情
况下，体系中存在三种网络体系，即橡胶 - 橡胶之间
的相互作用、炭黑 - 橡胶之间的相互作用，炭黑 - 炭
黑相互作用 ；而且小应变情况下，炭黑填料网络构建
远远大于破坏。当应变逐渐增大到一定程度，橡胶分
子链近乎成完全拉直状态，可以忽略橡胶 - 橡胶的相
互作用，网络体系的损耗只在于由填料 - 橡胶界面相
互作用和填料粒子之间的摩擦的不同引起的。所以大
应变下，损耗因子可以真实的反应填料网络体系，损
耗因子的变化主要是填料网络引起的，所以在应变近
乎 1 000% 时，填料网络越完善，损耗因子越小。
从图中还可以看出炭黑用量在 35~50 份时的损耗
因子差别比较大，这也可以说明炭黑填料网络在此范
围形成的，在这之间存在一个逾渗阈值，当超过这个
值时便形成了填料网络。在研究范围内，炭黑用量大
于 50 份时已经形成完善的填料网络体系，此时对于橡
胶分子的运动起到明显的限制作用。N550 在用量大于
50 份时，损耗因子在大应变下出现下降，说明粒径较
大形成的填料网络更容易被破坏。
第 43 卷 第 23 期