碳纳米管/炭黑共填充天然橡胶复合材料的聚集度与交联密度对粘弹性的协同调控机制

【编辑推荐】来自国内的研究团队通过粗粒化分子动力学模拟，揭示了碳纳米管(CNTs)/炭黑(CB)双相纳米粒子网络对天然橡胶(NR)粘弹性的调控机制。研究发现CNTs在复合体系中起主导作用，其聚集度提升可增强组分相互作用并促进结合橡胶形成，而适度交联能提高界面刚性并减弱Payne效应，为高性能橡胶材料设计提供理论依据。

　　

纳米颗粒(NP)填充的天然橡胶(NR)因其卓越的粘弹性行为备受关注。这项研究采用粗粒化分子动力学模拟，深入探究了碳纳米管(CNTs)和炭黑(CB)双相填充体系中，聚集度与交联密度对NR复合材料粘弹性的影响规律。

通过动态剪切模拟计算储能模量、损耗模量和损耗因子，发现CNTs在CNTs/CB复合网络中占据主导地位。有趣的是，适度提高CNTs的聚集度就像在橡胶基体中构建"纳米骨架"，既能增强组分间相互作用，又能促进结合橡胶的形成。但过度分散的CNTs反而会削弱纳米管间作用力，导致整个NP网络刚性下降，储能模量降低并减弱Payne效应。

更妙的是，CNTs与NR之间形成的交联结构就像给复合材料装上"分子锚点"，不仅能提升储能模量，还能通过增强界面稳定性来抑制Payne效应。研究还通过微观结构演变分析，揭示了双相NP协同调控橡胶粘弹性的内在机制，为设计高性能橡胶材料提供了新思路。