炭黑因其低廉的价格和形成分层结构的能力,是橡胶工业中最早和最受欢迎的填充剂。炭黑作为补强填充剂,可以明显提高橡胶材料的各种力学性能,包括拉伸强度、撕裂强度、定伸应力等,大大拓宽了橡胶材料的应用领域,如大部分工程结构如汽车轮胎、飞机轮胎、减振器、密封元件等都是橡胶制品,其发挥的作用是目前其他材料不可替代的。炭黑填充橡胶具有许多优点,但炭黑不仅对橡胶材料具有增强作用,还会使橡胶材料的力学性能出现显著的非线性特性,例如应力软化效应,Payne效应和黏滞损耗,给材料力学行为的预测和模型构建带来了极大的困难。本文使用动态力学分析(DMA)研究了不同温度和频率对炭黑填充天然橡胶Payne效应的影响。测试结果表明,Payne效应随温度的降低而增强,特别是在-30°C时,观察到了显著的Payne效应。在不同频率下,Payne效应随频率增加而增强是由于材料不稳定键的增加所致,并且在应变幅值较小时,储能模量和损耗模量对频率的依赖性强于应变幅值较大的情况。基于实验测试结果,利用Maier-G?ritz模型解释了温度和频率对填充橡胶材料Payne效应影响的机理。此外,将不同温度下的对数储能模量和损耗模量与对数应变幅值关系曲线沿纵坐标垂直移动,可获得一条平滑的曲线,并且温度移位因子满足WLF方程,因此通过对数坐标下的垂直移位,给出了一种加速预测不同温度下Payne效应的方法。再结合Kraus模型,发展了不同温度下黏滞损耗的预测模型。对炭黑填充天然橡胶进行不同温度下的频率扫描测试,基于时间-温度等效原理,通过移位可以获得频率范围跨越0个数量级的宽频域下的损耗模量值。移位结果显示,在宽频率范围内,材料的损耗模量随频率增大先增大后减小,呈现出明显的峰值;基于损耗模量主曲线,结合理论获得宽频域下的黏滞损耗峰值,黏滞损耗峰值随温度的升高往高频率发展。