2.3　物理网络结构的表征

除了分散，纳米颗粒通过直接接触聚集或者通过吸附分子链形成的物理网络结构的描述也是关键科学问题之一。高填充分数往往导致三维物理网络结构的形成，通过颗粒间的直接接触聚集（direct contact aggregation）或通过吸附分子链形成桥链（bridged by polymer chains）。该网络结构在动态应变下会被破坏，导致储能模量随应变非线性大幅度降低，该现象也被称为Payne效应。橡胶纳米复合材料中的物理网络结构及其随应变变化导致的动态性能的变化对于橡胶制品而言至关重要。

物理网络主要由两部分构成：一部分是填料-填料直接接触聚集形成，另一部分是填料通过吸附分子链形成，如图2.43所示。

图2.43　（a）纳米颗粒直接接触聚集构建填料网络；（b）纳米颗粒通过吸附分子链构建填料网络

物理网络结构可以通过分子模拟来表征，见第4章针对黏弹性机理的描述；另一个方法就是通过显微观察，如分散结构中也有论述（见2.2.1节）。在实验中，为了提高填料分散均匀度和填料-橡胶界面相互作用强度，一般加入表面改性剂。图2.44所示为三种体系橡胶材料的储能模量与损耗因子。结果表明，纯体系因为只有化学交联，储能模量很平稳。相对未改性体系（S1），改性复合材料体系（S2）的非线性行为逐渐降低，表明体系的物理网络结构逐渐被破坏。并且，损耗因子随应变幅度的变化，在大应变时纯体系最低，而S1体系最高^[63]。

图2.44　三种体系（SSBR代表纯丁苯橡胶，S1代表白炭黑填充的丁苯橡胶体系，S2代表TESPT、白炭黑与丁苯橡胶的复合体系）橡胶材料对应的（a）储能模量及（b）损耗因子