近日，住友橡膠工業有限公司發布了與萊布尼茨聚合物研究所共同探索的科研成果。這一成就確定了橡膠分子中一種以前未知的現象“空隙”孔隙背后的原理，這種現象起源于并最終導致橡膠分子破裂。基于這一研究成果，住友橡膠希望開發出比以前產品更耐磨的橡膠材料，也希望開發出“更耐用”的高性能輪胎產品。該研究所成立于1948年，最初是一家紡織廠的纖維研究所。目前，它是德國最大的聚合物材料研究機構之一，正在與世界各地的主要研究團隊進行聯合研究。隨著汽車行業環境的日益變化，住友橡膠此前提出了“智能輪胎概念”的輪胎技術開發新概念，以實現輪胎“更高的安全性能”和“更好的環境性能”。這一研究成果對推動其“智能輪胎”發展理念的方向之一，即輪胎的“性能耐久性技術”發揮了重要作用。橡膠失效是輪胎磨損的原因之一，人們認為橡膠失效是由橡膠中分子斷裂和微觀“洞”逐漸增加引起的，但人類還無法確定“洞”的根本原因。在此背景下，住友橡膠開始觀察合成橡膠中“孔隙”的形成機制。2015年，住友橡膠充分利用新材料開發技術“ADVANCED 4D NANO DESIGN”在分子水平上模擬結構，闡明“孔隙”形成的原因，并開發出抑制“孔隙”的形成的技術。這項研究是基于兩個不同的實驗進行的，現在可以直接觀察合成橡膠內部結構的變化和分子運動機制，從而有可能通過控制橡膠的彈性來開發出具有高耐久性的材料。實驗1。通過CT掃描分析橡膠試樣的受力、變形和體積變化。實驗方法：將圓形合成橡膠試樣夾在相同形狀的金屬板之間，固定在金屬板上。用垂直于金屬板方向的力拉伸橡膠試樣，觀察變形過程中力與體積變化的關系。同時，通過橡膠測試對象的CT觀察橡膠內部“孔洞”的形成。
如果合成橡膠測試對象受到垂直于金屬板方向的拉力，根據橡膠本身的特性，橡膠測試對象將在垂直于力的方向上收縮。然而，由于測試對象被粘附并固定在金屬板上，它在受到力時無法自行收縮，導致橡膠膨脹，這使我們可以通過CT直接觀察橡膠內部及其“孔”的形成過程。此外，通過本實驗，我們還發現形成“孔”所處的環境各不相同，尤其是含有合成橡膠的填充材料，其橡膠失效是由填充材料聚合物之間形成的“孔隙”引起的；
對于沒有填充材料的合成橡膠，橡膠失效是由橡膠分子運動過程中形成的“孔隙”引起的。合成橡膠的拉伸應力-應變曲線
含合成橡膠填充材料中“孔”的形成觀察“含合成橡膠的填充材料在聚合物之間產生“孔”，這些“孔”相互連接，導致橡膠分子斷裂。隨著填充材料增強作用的增強，它將抑制“孔”進一步擴大“通過CT觀察橡膠破裂>
無填充材料合成橡膠中“孔”的形成觀察“無填充材料的合成橡膠由于橡膠分子的運動而產生“孔”，這些“孔”不斷增加，最終導致橡膠破裂通過CT>觀察橡膠破裂
實驗2。通過X射線小角度散射法確定橡膠斷裂的特征。實驗方法：將有缺口的片狀合成橡膠試樣在水平方向拉伸，用X射線小角度散射法觀察缺口頂點橡膠內部“孔洞”的形成和增加。
通過使用X射線小角度散射方法觀察片狀合成橡膠試件缺口處橡膠密度的變化，我們發現缺口頂點處的橡膠密度低于離頂點較遠的其他部分，表明缺口頂點處橡膠內部有許多“洞”。由此可以推斷，當橡膠試件水平拉伸時，缺口頂部會出現“洞”，這是橡膠撕裂的部分，而這個“洞”與橡膠失效直接相關。
住友橡膠希望利用這一研究成果開發出比以前更耐用的橡膠。未來，住友橡膠將繼續加快材料開發速度，建立“持久性能”橡膠技術，為實現“智能輪胎概念”而不懈努力。
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