4.2.1 橡胶纳米复合材料的阻尼机理
橡胶纳米复合材料的阻尼来源可以分为两部分：①基体的黏弹性；②纳米填料间以及纳米填料与基体间的界面摩擦。如果添加了阻尼功能助剂，其损耗特性及其与基体间的相互作用，也会为复合材料提供阻尼[28,29]。
橡胶材料的黏弹性直接影响其阻尼特性，在其玻璃化转变区有较高的内耗，采用橡胶材料模量和内耗与温度的关系曲线可以更好地解释这一机理。如图4.40所示，低于玻璃化转变温度（Tg）时，橡胶材料呈玻璃态，在受到外力作用时形变很小，这种形变主要由键长、键角的变化所引起，应变完全跟得上应力的变化，此时模量很高，链段几乎不能运动而只是将机械能储存起来，耗散低，阻尼性差；随着温度升高，进入玻璃化转变区，大分子链段“解冻”开始运动，模量大幅度下降，而体系黏度很大，大分子链在运动过程中受到较大内摩擦阻力，应变远远落后于应力的变化，内耗大。在玻璃化转变区分子具有一定的自由度，在一定的频率范围内能够发生耦合，在应变响应中会伴随缓慢的相转变，如果外界的应力产生在这个频率范围内，机械能便可以得到耗散[30]；随着温度进一步升高到高弹态，链段可充分自由运动，模量和内耗都很低。所以，在玻璃化转变区将出现一个内耗的最大值，称为内耗峰。
图4.40 橡胶材料储能模量G和损耗因子tanδ随温度变化的示意图
橡胶基体的阻尼性能受使用温度和振动频率的影响很大，通过合成方法设计新型分子结构，引入悬垂链、自由端基、无规网络等多重松弛结构，可以有效提高橡胶基体的阻尼值并拓宽其阻尼功能区[31～33]。对于多组分体系，根据各组分Tg和相容性等因素，采用化学或物理的方法调控其微观相态结构，可达到各组分之间取长补短的目的。为了减小传统橡胶阻尼材料阻尼功能对温度频率的依赖性，并提高损耗因子和扩宽有效阻尼温域，在橡胶复合材料体系中，构筑新的阻尼机制，如引入界面摩擦阻尼、可逆氢键作用、压电转换、磁流变等，对提高橡胶复合材料的阻尼性能有显著的效果，也是橡胶阻尼材料的重要发展方向[31,34]。
微纳米填料是橡胶材料体系中的重要组成部分，通过选择合适的填充补强体系，解决分散、界面等问题，可以赋予橡胶材料合适的力学性能。同时，填料的加入会影响橡胶基体自身的内耗峰（体积效应），而填料之间、填料与大分子链间存在的相互作用也会因为增加了体系内界面摩擦而获得阻尼减振降噪的效果。对于橡胶纳米复合材料而言，由于纳米颗粒的介入，内部形成了纳米颗粒-橡胶、纳米颗粒-纳米颗粒间的相互作用构建的多重物理网络结构，这些网络结构在外力场作用下会产生破坏和部分重构，并且会与橡胶大分子链物理网络结构和化学交联网络结构相耦合从而使橡胶纳米复合材料表现出更加复杂的非线性黏弹性，这为高性能橡胶阻尼材料的设计提供了广阔的空间。