采用活性填料

在橡胶基质中加入活性填料可以大大增加补强程度。补强强度更大表明其本身的模数上升，导致应变值更高，拉伸强度更大，磨损更低。除了交联橡胶基质之外，payne首先描述的许多特殊填料作用造成模数的这种上升。

加入活性填料时，可变形橡胶基质的一部分通过物理吸收或化学偶联填料到其表面上及其结构内而固定，发现了所谓“橡胶内结构”与变形无关的进一步模数作用。除了这种填料/聚合物交互作用以外，另外还观察到填料/填料交互作用，导致形成填料网络，其强度由填料类型、表面和结构以及填料负载决定。填料网络的形成以及填料簇内橡胶的额外稳定性导致微小变形情况下模数明显增加。在变形情况下，这种网络连续断裂，导致模数降低。这种模数差异众所周知就是应变软化或payne效应（△g*）。在能量损失时发生填料网络断裂，从而导致能量损失，如图显示了与剪切力相关的不同模数作用。此外，填料网络的形成以及后续的payne效应随着填料负荷更高和比表面更大而增加，因为微粒之间的内部凝料间隔降低，使填料与填料交联更有可能。因此，可以选择填料负荷和微粒表面面积直接调整payne效应。但必须注意，由于流体动力效应，填料负荷变化也将影响模数和硬度。

硅土/硅烷补强系统

与炭黑一样，沉淀白炭黑是一种纳米级填料，初级微粒直径为10至80nm。与炭黑相比，硅土表面有孔，具有反应硅醇团，可以被水解。由于极性高，非极性橡胶的交互作用低。

为了获得非极性橡胶中与硅土橡胶补强的可比性，必须使用双官能硅烷作为偶联剂。这种硅烷首先在混合时与硅土发生反应，然后在硫化时与橡胶形成化学键。与炭黑一样，这种硅土与聚合物偶联导致稳固橡胶到微粒表面上，从而大大增加补强程度。所研究的剪切力范围的损介值更低，表明硅土与硅土交联弱，其断裂会导致相应滞后损失。

如果要提高耐撕裂性能，使用未改性硅土，特别是结合补强炭黑一定十分优良。例如，重型推土机轮胎、传送器皮带和传动皮带结合使用炭黑和5至15物理单位的硅土。

硅土/硅烷偶联

硅土表面与硅烷的化学改性一般在混合过程中发生。这种改性导致屏蔽极性表面，其本身导致橡胶相容性更佳，从而使硅土与硅土交联降低。

随着烷基硅烷数量增加以及用量提高，mooney粘度下降，表明表面的疏水性增强。

导致硅烷化学偶联到表面上的主要反应必须完全完成，以确保补强程度高。二次反应是两种相邻硅烷分子之间的一种缩合反应，速度大大低于主要反应。该反应需要水作为反应物质。一般来说，这种缩合反应在混合时没有完全完成。

硅土表面有必要进行均质硅烷化以优化补强程度。因此，在配制化合物时，必须遵守以下要点：

■ 应在混合过程中尽早加入硅土和硅烷，以确保硅土分散良好，以及最大程度完成可能的硅烷化反应。通过使用分散性能极高的硅土达到最优分散。
■ 硅烷化反应必须在分散时或分散之后立即发生，以对当前分散的可以接近的表面改性。新分散硅土的改性减少微粒的重新凝聚。
■ 选择的混合温度必须足够高，以在混合过程中完成硅烷化反应，并将形成的乙醇从化合物中排出。另一方面，选择的温度必须不能太高，以致在硅烷和橡胶之间出现提前反应（预焦化），化合物的粘度下降到分散受影响，硅烷（聚硅氧烷形式）分子之间的缩合反应导致疏水效果降低。

硅烷与橡胶偶联

在硫化过程中，除了胶基交联以外，还发生硅烷与橡胶偶联。对于多硫化物和二硫化物硅烷si 69（sx=3.8）和si 266（sx=2.2）的硫化情况，也表明两种交联反应同时发生。因此不可能相互独立改变两种交联过程。因为硫官能硅烷要求额外硫进行激活，硅烷数量增加导致以胶基的交联密度为代价增加硅烷与橡胶偶联。但是，如果化合物中的硫数量增加，胶基交联和硅土与橡胶偶联增加，导致模数更高，但是也造成拉伸断裂大大减短。

硅土与聚合物偶联特别增加了“高应变”模量（应变值100%和300%）。从si 69以及硫数量对应变值300%的影响看出，硫和硅烷数量增加都导致应变值更高。在恒定应变值时，只有硅烷比例增加，硫比例相应减少，才能增加硅土与橡胶键的比例。当需要优化元件的耐磨损性能，例如轮胎胎面化合物时，这是极为重要的。

如果要达到可比应变和拉伸断裂，在调整填料表面硅烷数量时，需要相应纠正硫。但是，如果在增加硅土表面时，填料与聚合物偶联的数量需要保持恒定，需要增加payne效应进行补偿，推荐增加烷基硅烷，以进行额外的疏水。

硅土表面变化

为确定表面对橡胶内数据的影响。以下研究选择了三种不同配方设置，使用ctab表面为167m2/g的ultrasil 7000 gr作为基准。