丁苯橡胶(SBR)是最大的通用合成橡胶品种,广泛用于日常生活以及轮胎工业中。然而作为一种非极性橡胶,SBR纯胶的机械性能差,补强是其实现应用的基础。目前,橡胶补强方法主要是填料填充,但是该方法强烈依赖于填料的分散以及橡胶与填料之间的相互作用等。在橡胶网络中构筑弱键作为牺牲键是一种高效的非填料依赖性的橡胶补强方法,但是这种方法往往限于极性橡胶或者需要预先对非极性橡胶进行化学改性。因此,寻求新型、简单且高效的非极性橡胶增强方法具有十分重要的意义。作者受贻贝足丝角质层中的多相结构和可牺牲微区增强增韧原理的启发,通过简单的混炼加工工艺,在SBR基体相中引入少量弱键密集交联的极性橡胶作为可牺牲微区,通过可牺牲微区的变形以及弱键的逐渐断裂耗散能量机制实现SBR的增强和增韧。主要内容如下:(1)基于丁腈橡胶(NBR)与金属离子配位相互作用,采用开炼-热压-开炼的方法,在丁苯橡胶SBR中构筑了含腈基-铜离子(II)配位交联的可牺牲微区。相比于纯的SBR,加入20份(以橡胶总质量为100份计算)的丁腈橡胶和4份硫酸铜,丁苯橡胶复合材料的模量和强度分别提升了1.8倍和3.1倍。此外,也可通过改变配位温度、体系中配位键的含量以及微区含量来调控样品的力学性能。在这一体系中,基于腈基-铜离子(II)配位键交联的分散相扮演了强但可牺牲微区,一方面微区模量较高,由于流体力学效应,橡胶的模量显著提高;另一方面,在外力作用下,微区可发生强迫高弹形变,耗散机械能,从而显著增强橡胶。(2)基于NBR与受阻酚(AO-80)的氢键相互作用,采用高温密炼-开炼的方法,在SBR中引入以腈基-受阻酚氢键交联的NBR作为可牺牲微区。随着微区中氢键含量的提升,橡胶的强度和模量持续提高。相比于SBR/NBR(80/20)共混物,加入20份AO-80,共混硫化胶的模量和强度分别提升59%和73%。此外,还可以进一步增加可牺牲微区的含量来提高硫化胶的力学性能。这一体系在外力的作用下,氢键解离并使NBR微区产生塑性变形,可以有效耗散机械能量。随着分散相的变形,基体相的SBR分子链进一步取向,因此橡胶最终获得高强度和高模量。(3)将乙酰甘氨酸(NAg)与环氧化天然橡胶(ENR)共混之后再与SBR共混,采用热压预处理的方法,在SBR基体中构筑基于酰胺氢键交联的可牺牲微区。随着微区中NAg含量的提升,橡胶的强度和模量持续提高。相比于SBR/ENR(70/30)共混物,加入4.5份NAg,共混硫化胶的模量和强度分别提升535%和63%。这一体系的增强机理主要是由于分散相中的氢键在受到拉伸作用时会先于共价键发生断裂,并促使分散相发生塑性形变。这一过程可以有效耗散机械能,并促进基体橡胶分子链取向,从而获得高强度和高模量。