前言

橡胶材料的高弹性、大形变能力来自于其长链柔性大分子链结构和无定形的聚集态结构，十分独特，奠定了它在轮胎工业、密封行业、阻尼减震行业等诸多领域的不可替代的地位。从航空航天、高铁、汽车，到建筑桥梁，再到舰船潜艇、深海探测，从衣食住行到生命健康，从电子通信到人工智能，从国防军工到国民经济，橡胶材料无处不在。每年全世界的橡胶耗量超过2000万吨。

橡胶材料或许是最早与纳米材料相结合并实现大规模工业化应用的材料了。炭黑，这种具有纳米尺度的颗粒，早在1904年就被发现能对橡胶材料产生高增强效果，加入炭黑后，橡胶材料的模量、耐磨性能够提高10倍以上，非拉伸结晶性橡胶材料的强度也可被提高10倍以上。可以说，没有纳米材料，橡胶工业就不会发展到今天。2017年，全球用于橡胶工业的炭黑的产量已达1200万吨，纳米二氧化硅的产量已达240万吨，比任何一个行业所消耗的纳米材料都要多。

今天，随着纳米科技的发展，学术界已经将各种各样的纳米颗粒与橡胶材料进行复合，不但在纳米强化方面有了许多进展，而且在声光电磁和生物性能赋予等功能化方面也有了诸多发现，既为橡胶材料和橡胶工业的发展与进步提供了大量的新方法和新储备，也为纳米材料和纳米科技的发展做出了重要贡献。可以说，橡胶纳米复合材料是橡胶材料科学与工程领域最为重要的方面之一，也是纳米材料科技中的一个重要方向。

为了推动我国纳米材料科技研究与应用的迅速发展，万立骏院士组织此领域的一批优秀专家和学者编写了“纳米材料前沿”丛书，由化学工业出版社出版发行。笔者有幸受邀编写《橡胶纳米复合材料：基础与应用》一书。本书基于笔者团队20多年来在橡胶纳米复合材料领域的研究成果，同时对国内外橡胶纳米复合材料领域的研究与发展进行了梳理、总结，以期凝练出对橡胶行业以及纳米材料科技领域发展有价值的内容与方向。本书从“基础”和“应用”两个方面入手，力图从机理上阐述纳米颗粒在橡胶基体中分散的复杂机制，描述纳米颗粒与橡胶大分子链复杂的界面作用以及在高浓度下形成的复杂网络结构，阐述各种纳米颗粒对橡胶材料模量、强度、耐磨性、耐疲劳性、动态生热性能、抗湿滑性能等物理机械性能的影响，以及对阻隔、阻燃、阻尼、电热声传导等功能的影响，也总结和描述了各种纳米颗粒/橡胶复合材料的性能及相应的纳米复合方法，并介绍了一些重要的工业化案例和工业化新进展。

全书共分12章。第1章概括凝练了橡胶纳米复合材料的发展历程、工业应用以及未来的发展方向，并提出了十大挑战。第2章介绍了橡胶纳米复合材料的界面、纳米颗粒、分散结构及网络结构，总结了这些微观结构的多种表征方法。第3章阐述了橡胶纳米增强机理，总结了纳米复合材料的本构关系，介绍了近些年研究很热的牺牲键增强方法与机理。第4章介绍了橡胶纳米复合材料的动态黏弹性的机理、分子模拟研究及纳米复合对橡胶材料阻尼性能的影响。第5章阐述了橡胶纳米复合材料的磨损现象和磨耗机理，介绍了纳米抗磨技术和其他增强耐磨性的技术。第6章首先重点综述了橡胶纳米复合材料的疲劳机制，然后介绍了纳米耐疲劳技术及其他耐疲劳技术。第7章概述了橡胶纳米复合材料的湿滑机制及抗湿滑技术，也介绍了中低分子量树脂等在橡胶中的微纳分散结构及其对橡胶抗湿滑性能的影响。第8章综述了橡胶纳米复合材料的传导/阻隔机理，包括在导电、介电、导热、阻隔、阻燃等方面的应用与相关机理。第9章综述了常见的零维纳米颗粒/橡胶纳米复合材料的制备及基本性能与应用，涉及的填料包括炭黑、白炭黑、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米有机球、不饱和羧酸金属盐、多面体低聚硅倍半氧烷、淀粉等。第10章综述了碳纳米管、凹凸棒土、埃洛石和纳米微晶纤维素等一维纳米颗粒填充的橡胶纳米复合材料，介绍了其制备过程、性能及应用。第11章展示了层状硅酸盐、石墨烯等二维纳米颗粒等填充的橡胶复合材料的制备、性能与应用。第12章首先介绍了嵌段型橡胶纳米复合材料，而后介绍了应变诱导产生的纳米晶体增强橡胶，最后展示了先进自组装聚氨酯超级弹性体的设计和制备过程。

全书由张立群教授统稿和校核，郭宝春教授和刘军教授除了参与一些章节编写外，还协助进行了大量的组稿工作，对此书出版做出了特殊贡献。化学工业出版社对此书的编写与出版也给予了大力支持，一并表示感谢。

本书适合于高校和科研院所从事纳米材料和纳米复合材料研究与开发的学生以及专家学者参考使用，也适合橡胶工业领域从事材料与产品开发的研究人员阅读。由于时间限制，再加上作者水平有限，书中疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。

张立群

2018年7月16日