作为一种生物基高分子材料,聚乳酸（PLA）具有原料来源丰富、制备过程污染小、力学强度优良和生物可降解等优点,但由于其本身韧性较差、对缺口较敏感,使用时通常需要对其进行增韧改性。其中,橡胶作为一种常见的增韧组分,可以有效提高PLA的缺口冲击强度,改善其韧性。但遗憾的是,随着抗冲性能的提高,共混物的拉伸强度和模量会出现大幅下降。如何在显著提升PLA韧性的前提下,保证其刚性,得到刚韧均衡的材料,是目前PLA增韧改性研究领域的热点。本文将刚性纳米粒子二氧化硅（SiO₂）引入聚乳酸/天然橡胶热塑性硫化胶（PLA/NR TPV）体系,利用热力学因素和动力学因素对纳米粒子的分布进行调控,得到了一种刚韧均衡的PLA/NR/SiO₂形状记忆材料。研究结果表明,PLA/NR/SiO₂ TPV仍呈现双连续相结构,橡胶相以连续网络的结构分布在PLA基体中,SiO₂的加入强化了交联橡胶网络,使得橡胶网络的孔径减小,壁厚增加。虽然SiO₂在共混过程中存在从橡胶相向塑料相迁移的趋势,但通过将SiO₂与NR在开炼机上进行预混,再与PLA共混的方式,借助橡胶分子链和补强填料之间较强的物理缠结作用,可在一定程度上抑制SiO₂的迁移,使得SiO₂最终选择性地分布在橡胶相和两相界面处,分别起到补强橡胶相和改善界面粘结力的作用。同时,在采用硫化剂DCP引发动态硫化的过程中,还可诱导橡胶和塑料分子链在界面处发生接枝反应。在上述因素的共同作用下,TPV表现出优异的力学性能。例如,当SiO₂的用量为12.5phr时,样品的缺口冲击强度达到了184.8kJ/m²（完全冲断后）,是PLA/NR（10.4 kJ/m²）的17倍,而拉伸强度基本保持不变,从34.9 MPa变为34.2MPa。这说明,通过引入高补强性的SiO₂,并调控其选择性的分布在橡胶相和界面处,可在不降低PLA/NR TPV强度和刚性的前提下,大幅度的提高其冲击强度,达到刚韧均衡的效果。此外,SiO₂的加入在一定程度上改善了PLA/NR/SiO₂ TPV的结晶性能和热稳定性,TPV的冷结晶温度随着SiO₂含量的增加而逐渐下降,发生最大热失重速率的温度逐渐提高。利用仪器化冲击试验对不同SiO₂含量的PLA/NR/SiO₂ TPV的断裂过程进行分析发现,随着SiO₂含量的增加,裂纹引发能和扩展能均逐渐增大,但扩展阶段消耗的能量更多,这是因为SiO₂主要分布在橡胶相,其作为补强填料提高了橡胶网络的强度,断裂过程可消耗更多能量;同时,双连续相的结构以及良好的界面粘结力,也使得TPV在断裂过程中吸收能量的能力大幅提高,最终韧性得到显著改善。此外,双连续相结构使得PLA/NR/SiO₂ TPV具有良好的形状记忆效应,所有的TPV都达到了¹00%的形状固定率和>90%的形状回复率。这是因为,在室温下表现为玻璃态的PLA相起到固定临时形状的作用,其玻璃化转变温度（T_g）可以作为引发形状记忆行为的转变温度。回复过程中,发生较大形变的橡胶网络可以提供足够的回弹力,在转变温度以上驱使变形后的材料回复到初始形状。两步法工艺中SiO₂的选择性分布,可起到增强回复相和改善界面的作用,有利于TPV的形状回复过程。适量的SiO₂可以提高橡胶相的回弹性,使得TPV的形状回复率和重复形状记忆行为得到改善。