几乎所有的热固性弹性体化合物含有粒状填料，以增加硫化橡胶制品的强度和模量。炭黑和白炭黑是当中最常见的补强填料，可以获得大范围的粒子尺寸、粒子聚集度和表面活性。然而，选择弹性体填料组合才仅仅是一个起点;硫化橡胶性能还取决于填料的分散度。其实，在过去一个世纪里的橡胶技术的进步有相当大的部分涉及填料，而且为分散填料还包括其相关设备和工艺条件。
尽管填料和混合技术不断进步，但在某些弹性体和应用中传统填料会带来不良的副作用。一个知名的例子是被称为佩恩效应的应变诱导软化，会导致在轮胎的滚动阻力增加。目前的工作重点是鲜为人知的且同样是不利的填料介导的后果，弹性体在汽车下遮光罩的应用中所出现的热空气老化。
为本项研究所选择的弹性体是 Vamac (AEM)，一种非晶的无规共聚物(乙烯、丙烯酸甲酯和一种胺反应硫化交联)。AEM有各种各样的有吸引力的属性，包括耐热和耐油性能、低温柔韧性、耐压缩性和良好的挤出加工性能。因此，在汽车发动机罩应用中AEM一直都稳定增长。
在本文，由热塑性液滴分散取代常规填料。这些AEM预化合物可在市面上购买到，是由杜邦高性能材料公司通过专有的工艺制成。热塑性液滴一旦分散，在AEM的典型硫化和的使用温度下就不会熔化。采用这种新方法，后续的混合和加工不会对填料的分散产生影响，从而消除产品变异的重要源头。更重要的是，在扩散限制条件下的氧化过程中，例如在空气中温度大于150℃下，热塑性填料显著增加了AEM零部件的寿命。
材料
聚合物填充AEM预化合物概述
在对外供应时，AEM预化合物(例如，AEM 5015)含有约45重量百分比(或大约82百份量)的热塑性填料。图1显示了热塑性填料分散球形液滴，液滴直径大小不等(从亚微米到约2微米)。液滴完全独立而没有聚合。传统上，这种大颗粒和非结构化的填料将只用于空间填充，没有能力提供增强作用。然而，AEM与填料间的充分混合，在硫化中可导致优良的相粘连和强度。
AEM预化合物可能被标准AEM等级稀释，降低硬度和填料水平。未经稀释前，预化合物硫化产品的计示硬度A约为75。表2比较了在约65的目标A硬度下常规N550炭黑增强AEM与AEM 5015的属性。请注意AEM 5015(118百份量) 用AEM HT (36百份量)稀释，AEM总量增至100百份量，聚合物填料水平达到53百份量。
在表2中关于化合物值得注意的几个细节是：
● 化合物3(含AEM 5015)有少量炭黑用作着色剂。这种低含量炭黑并不影响其物理或老化特性。
● 与常规的AO-1相比，含聚合物填料的AEM化合物AO-2是更加有效。
● 含聚合物填料的化合物往往需要较少的硫化剂，比起常规化合物其硫化较慢。这两种现象由AEM与填料的接枝聚合所致，其中部分为AEM-AEM交联所取代，并且阻止硫化剂与栓进填料粒子的AEM分子之间的直接混合。
表2中的结果表明聚合物增强的AEM 5015化合物保持了常规AEM化合物在23℃和175℃所拥有的良好强度和断裂伸长率特性。短期抗压缩形变也与常规化合物相近，而在经过150℃/1008小时油老化后，其强度和伸长率的保持还有所改善。然而，AEM 5015和常规化合物之间最大的区别，是体现在经过175℃热空气老化却仍有极大的改进。老化1008 个小时后，常规化合物变硬且变脆，而AEM 5015化合物仍略具软性，仍能保持在初始伸长率的75%。
在空气中热老化标准
选择一种AEM化合物的关键要素是其热空气老化的耐受力。在此性能标准中，典型的炭黑和二氧化硅增强AEM化合物，位列于氢化丁腈橡胶和氟橡胶化合物之间。
虽然有不同的方法来评估弹性化合物的热空气老化性能，本研究使用以下三个标准：
1、小于15点的硬度变化
2、低于50%的拉伸强度变化
3、低于50%的伸长率变化
这些标准包括许多汽车整车厂所标示的规格。在给定的时间温度条件下，违反任何准则之一都会被认为是不合格。
在空气中与氮气对照的老化
氧的存在极大地加速了AEM聚合物和化合物的降解。化合物在氮气中老化也会发生热降解，但出现降解的温度要比氧化降解高。
表3比较了两种标准AEM化合物的物理性质，在200℃氮气或空气中经168小时热老化后，在这些条件下化合物在氮气中热老化表现较佳，但根据以上标准在空气中则显示失败。
AEM化合物抗氧化剂
AEM化合物抗氧化剂的加入显著改善了其耐热空气老化特性。表3配方中使用2百份量的AO-1以利于在高温时减轻氧气引致的降解作用。许多应用于AEM化合物的候选抗氧化剂替代品正在被评估;但在传统的填料存在下，没有一个能超过AO-1的性能。
采用聚合物填料代替炭黑或矿物填料
有趣的是，相较于填料填充化合物(使用炭黑或矿物填料)，没有填料填充的AEM化合物具有更佳的抵抗热空气老化的性能。但是，无填料填充的化合物，显示出具较差的物理性能，比如难以加工且尚没有任何商业应用。
所给定的填料对AEM热空气老化产生不利影响的程度与填料含量、比表面积呈正相关关系。AEM/炭黑化合物其邵氏硬度A的硬度范围从55到80。对于硬度A硬度为55的化合物，N550炭黑水平可以低至约30百份量(中等表面积炭黑)或N990大约为60百份量(低表面积炭黑)。即使在这些较低水平的炭黑，填料对其热空气老化仍产生不利影响。
最近的研究表明，常规填料通过改变氧化配置可影响到AEM化合物的热空气老化。在150℃以上的温度下，AEM化合物氧化并不均匀，而是在表层产生高度氧化，中心部份则氧化程度较低。产生这种现象是基于氧化扩散速度所限;在氧气可以扩散到试样内部之前，大多数氧气已被消耗在样品的外层。因为炭黑和矿物填料是不透氧的，因此氧气扩散到中心很慢。因此，相对于没有填料的部件，具低氧气扩散速率的有填料部件会导致部件表面氧浓度相对较高，引起表面氧化速度更快。这样一来，在填料和聚合物之间表面产生裂缝，氧随之进一步攻击内部的AEM。氧化“波阵面”相对较快地传播到整个含填料样品，导致样品性能出现灾难性的损失。
这些发现促使人们产生使用聚合物填料来取代常规填料的想法。聚合物填料允许氧气扩散，从而使表面上的氧含量下降。因为聚合物填料是完全润湿的(没有粒子-粒子接触)并紧密链接到AEM，弹性体表面仍然完好，无开裂时间远远长于常规的化合物。最终，扩散的聚合物填料通过其自身消耗氧气，牺牲自己来保护AEM。
图2提供了一系列图片来帮助说明热空气老化过程中形成的氧化外表。控制化合物是炭黑填充的AEM化合物，选择允许颜色变化的观察。模压成型按钮(ISO) 在190℃经不同时间段老化后，按钮被切一半并对其截面拍摄照片。虽然白炭黑增强AEM最初是透明且无色的，但在190℃仅一个星期后，样品已变成了完全黑色。这一结果表明，高水平的氧渗透到内部，造成灾难性的退化。