北京化工大学材料学院张立群

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 橡胶材料的高弹性、大变形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、阻尼减振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，从电子通讯再到机器人和人工智能，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2000万吨左右。

  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发展，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，由化工出版社出版发行。张立群教授受邀编写《橡胶纳米复合材料：基础与应用》一书。

  本书基于张立群教授及其团队和合作者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，以期凝炼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、抗疲劳性、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。

  全书总计72.3万字，分12 章。第1 章概括凝炼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10 大挑战，由张立群教授撰写。第2 章介绍了橡胶纳米复合材料的界面、填料、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，由郭宝春教授、刘军教授与孟阳博士撰写。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，由张立群教授、李凡珠博士与郭宝春教授撰写。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，由张立群教授、刘军教授、吴友平教授、赵秀英副教授与吴晓辉博士撰写。第5 章阐述了橡胶材料的磨损现象和磨损机理，总结了纳米强化橡胶的耐磨性机制，介绍了纳米抗磨技术和其他增强耐磨性的技术，由张立群教授与吴晓辉博士撰写。第6 章首先重点综述了橡胶纳米复合材料的疲劳机制，然后介绍了纳米抗疲劳技术及其他抗疲劳技术，由温世鹏副教授、刘力教授与张立群教授撰写。第7 章概述了橡胶纳米复合材料的抗湿滑机理及抗湿滑技术，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，由吴友平教授、卢咏来教授与张立群教授撰写。第8 章综述了橡胶纳米复合材料的传导/ 阻隔性质，包括在导电、介电、导热、阻隔、阻燃等方面的应用与相关机理，由郭宝春教授、宁南英教授、卢咏来教授、田明教授与李红霞博士撰写。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、纳米黏土、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，由卢咏来教授、韩冬礼工程师、郭宝春教授、陆明博士、孟阳博士、吴友平教授与魏征博士撰写。第10章综述了碳纳米管、凹凸棒土、埃洛石和纳米微晶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，由卢咏来教授、田明教授与郭宝春教授撰写。第11 章展示了石墨烯、黏土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，由吴晓辉博士、郭宝春教授与王益庆副教授撰写。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，由宁南英教授、刘军教授、秦璇博士、孙树泉博士与张立群教授撰写。

  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。