朱常才，杨 琨，张亭亭，张萍，赵树高

(青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东 青岛 266042)

从碳纳米管(CNT)被发现以来[1]，由于其具有优良的力学性能、高长径比、低密度、极好的耐热性、导热性等，使CNT作为补强材料具有巨大的应用优势[2-6]。研究具有不同拓扑结构的纳米填料的力学性能所用的模型不同，对CNT等纤维状补强填料有多种理论模型描述其力学性能，如剪切迟滞模型[7]、Eshelby模型[8]、Tandon-Weng模型[9]、Halpin-Tsai模型[10]等，由于Halpin-Tsai模型能用于研究纤维在高聚物基体中呈三维取向复合材料的力学性能，故应用广泛，可以根据该模型的理论计算值和实验值进行比较，探究纤维在基体中的状态，从而为补强机理的研究提供一定的理论支持。

目前对CNT补强橡胶的补强机理并不清楚。基于此，本文采用机械共混法制备了CNT/天然橡胶(NR)复合材料，并对其力学性能及填料微观状态进行了表征。在此基础上，采用Halpin-Tsai模型分别对取向纤维补强、无规纤维补强这两种主要情况下复合材料的力学强度进行了理论计算，并与实验数据进行比较，从而确定了机械共混法获得的CNT/NR复合材料中CNT对NR的补强机理及CNT长径比对补强性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

NR：SMR 10，马来西亚进口；多壁碳纳米管：管外直径为10～30 nm，内直径为510 nm，密度为0.14 g/cm3，表面—COOH的质量分数为1.55%，中国科学院成都有机化学有限公司；甲苯：莱阳经济技术开发区精细化工厂；ZnO、SA、NS、S均为市售。

1.2 仪器设备

电子天平：TA2003，上海天平仪器厂；……