炭黑是人类应用得比较早的一种化工原料,我国早在3000多年前就已掌握了烧烟制墨的技术。自从20世纪初,英国首次发现将炭黑添加到橡胶中,发现炭黑能很大程度地提高橡胶的物理机械性能、耐磨性及抗撕裂强度等,炭黑就成为了橡胶产业用量最大的填料。因此,炭黑对橡胶的补强理论也成为行业研究重点,经过近一个世纪的发展,学术界对炭黑对橡胶的补强作用可谓众说纷纭,各种理论层出不穷,但始终没有一种理论占据绝对主导位置。结合胶理论是其中被广泛认可的一种,该理论认为在加工过程中炭黑聚集体和橡胶基体结合部位产生了一层特殊结构——结合胶,结合胶在抵抗外力时可以防止应力集中,延缓分子链被破坏。为了进一步探究结合胶的性质,本文采用冷冻超薄切片机切片制样,利用原子力显微镜轻敲模式下形貌图和相图成像原理的差别,可以直接观测到不同炭黑-橡胶复合材料结合胶的厚度,分析炭黑补强能力与结合胶的关系。首先选择四种补强能力不同的炭黑（N115、N330、N550和N660）,其补强性能依次递减,这些炭黑分别与天然橡胶混炼、硫化,切片后利用AFM观察炭黑微观结构及炭黑-橡胶复合材料中的结合胶特点,从微观AFM图像中观察到,炭黑N115补强的复合材料中结合胶多,结合胶厚度在5-7 nm,炭黑N330补强的复合材料中结合胶,结合胶的厚度在4-5 nm,炭黑N550填充的复合材料中部分炭黑与橡胶结合位置有结合胶,厚度在3-5 nm,炭黑N660填充的复合材料基本观察不到结合胶。发现补强能力越好、耐磨性越好的炭黑,其与天然橡胶的复合材料中结合胶的量越多、厚度越厚。选择两种热裂解炭黑（1455和1459）,测试其基本参数,用AFM和TEM表征了两种炭黑,发现热裂解炭黑的灰分含量很高,结构低,聚集体表面沉积的有灰分;然后将两种CBp与天然橡胶混炼硫化,利用原子力显微镜观察CBp-天然橡胶复合材料的结合胶特点,在AFM图像中基本没有观测到结合胶。热裂解炭黑1455和1459填充在天然橡胶中的硫化胶的力学性能明显低于炭黑N550和N660填充的硫化胶。选择了两种补强炭黑（N115和N330）,用硝酸对炭黑改性,增加了炭黑表面含氧官能团数量,然后将改性后的炭黑与NR等经过混炼硫化得到炭黑-橡胶复合材料,在原子力显微镜轻敲模式下表征,并测试复合材料的力学性能,对比改性前后该复合材料力学性能及结合胶性质的变化,发现改性后的炭黑填充的复合材料中结合胶量明显大幅度减少、厚度减小,其力学性能也明显减弱。