原文信息：
DOI: 10.1002/pen.27042
标题：
碳纳米管在炭黑填充天然橡胶中的优化：
使用有限元分析进行本构建模和验证
文献速读：
碳纳米管（CNTs）是一种新型的一维纳米材料，本文使用两种不同结构的碳纳米管GC-30和GT-210，研究碳纳米管/炭黑并用对天然橡胶性能的影响。实验结果表明，GT-210碳纳米管填充天然橡胶的综合性能更好。此外，通过有限元进行本构建模，为碳纳米管填充橡胶的力学计算和表征做了一些有意义的探索。模拟橡胶材料在不同工况下（拉伸、压缩）的力学行为，可节省大量的实验时间和成本，对材料的性能进行预测和优化。
正文导读：
本文使用了两种型号的碳纳米管 CNT（GC-30 和 GT-210）来研究不同含量对NR性能的影响。在一定范围内，CNT 的添加量可改善复合材料的性能，而过量添加则会降低性能。下图为本文的重点内容。
实验结果表明，长径比和比表面积较大的 GT-210 在填充 NR 时性能更好。 GT-210 的分散性更好，机械性能、动态机械性能和疲劳温升也更高。长径比越大与橡胶的相互作用越强。比表面积越大，界面结合力越强，补强效果越好。
本文主要从填料网络角度进行以下分析，使用了Mooney–Rivlin曲线，在低应变下，随着应变的增加，由于佩恩效应，填料网络逐渐被破坏，导致σ* 值降低，对于相同含量的碳纳米管，碳纳米管的长径比越大，σ* 越大。在中等应变下，同一曲线中σ* 的最小值（记为σmin）表明，σmin 随 CNT 用量的增加而逐渐增大。随着 CNT 长径比的增加，σmin 也逐渐增加。使用σ0-σmin对填料网络进行强度评估。随着 CNT 含量的增加，复合材料的σ0 -σmin先增大后减小。GC-30的 σ0-σmin小于 GT-210，这与佩恩效应一致。说明这也是评估填料网络强度的一种定量方法。在高应变下，由于分子链取向和 CNT 的取向效应，σ* 随着应变的增加而大幅上升。用量越大、长径比越大，影响就越明显。
有限元模拟建模结果表明，拉伸实验下的Ogden（N=3）模型拟合效果最好。Neo-Hookean模型在单轴压缩试验中表现出良好的收敛性。这项研究为今后数值计算中选择材料构成模型提供了宝贵的启示。
作者简介：
张佳琪，青岛科技大学，研究生。研究方向：复合材料的填料网络结构调控。
王宝凯，赛轮集团股份有限公司，高级工程师。研究方向：轮胎产品开发。
雍占福，青岛科技大学，教授。研究方向：复合材料的填料网络结构调控。
