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　　每一只奔馳在路上的輪胎，都藏著一個柔軟橡膠如何化身為強壯大力士的秘密。

　　這個秘密伴隨輪胎產(chǎn)業(yè)存在100多年，一直沒有完美的理論解釋。

　　浙江大學(xué)高分子系一課題組，對橡膠補強持續(xù)研究17年，提出了被國際同行命名為“宋-鄭兩相模型”的理論解釋。

　　2016年9月，課題組受邀撰寫的綜述文章，在著名期刊《材料科學(xué)進展》發(fā)表。

　　在文章的摘要部分，作者提出：是重新考慮橡膠流變行為對輪胎整體性能影響的時候了。

　　“宋-鄭兩相模型”，終結(jié)了以往理論模型相互矛盾、無法有效指導(dǎo)生產(chǎn)的局面，有望對橡膠材料生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響。

 

 

　　輪胎里的“項鏈”與“葡萄”

　　課題組主要成員之一宋義虎教授的辦公室，放著一塊透明的“橡皮泥”。這是造輪胎所必需的生橡膠。

　　“橡膠是高分子材料中分子量最大的。”

　　宋義虎說，如果把橡膠分子比喻成一串分子項鏈，那幾百萬顆“珍珠”串在一起，才形成一個橡膠分子。

　　長長的分子項鏈相互糾纏，形成項鏈網(wǎng)絡(luò)。項鏈越長，彈性越好。

　　輪胎中含有一種叫炭黑的物質(zhì)。炭黑是輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展100多年來最好的填料。

　　炭黑的結(jié)構(gòu)就像一串串葡萄，每一粒“葡萄”是直徑20納米左右的碳粒子。肉眼能辨別的一粒煙灰，就是100納米（0.01毫米）左右的“葡萄串”。

　　一條輪胎的胎面膠中，橡膠大約占比50%，炭黑占比40%以上。

　　在50多種助劑的作用下，兩者在混煉工藝中相互融合，經(jīng)硫化后成為堅固耐磨的輪胎胎面膠。

　　“項鏈”與“葡萄串”組合，為輪胎提供了強有力的力學(xué)性能。

　　既要強度高，又要彈性好，是一條好輪胎，特別是重型卡車輪胎的基本要求。

　　課題組主要成員鄭強教授說，十余年的研究過程中，他們最感興趣的是：“炭黑網(wǎng)絡(luò)與橡膠網(wǎng)絡(luò)是怎么相互作用的？炭黑是怎么影響橡膠網(wǎng)絡(luò)的粘彈性的？”

　　重新定位炭黑和橡膠

　　100多年來，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界，你說你的，我做我的。

　　這種脫節(jié)，使得高級輪胎制造仍屬于各大輪胎廠的工藝“秘方”，誰能“試”出來誰賺錢。

　　“橡膠對材料性能的影響不能忽略。”宋義虎說。

　　課題組從未硫化的混煉膠材料中抽提出橡膠，得到完整的橡膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時，他們也提取到完整的炭黑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　塊狀炭黑網(wǎng)絡(luò)樣品，伸手輕輕一碰，就會立刻像餅干一樣碎掉。

　　宋義虎說，炭黑顆粒的表面有吸附作用，當(dāng)長長的橡膠分子靠近，炭黑就吸附住鏈條上的其中一點，形成非常穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)。

　　宋義虎說，這可以為輪胎滾動生熱提供新的理論解釋：發(fā)熱的不是炭黑，而是橡膠分子。

　　“是橡膠分子相互摩擦產(chǎn)生熱量。炭黑只是加速它們之間的摩擦。”

　　鄭強介紹，兩相模型重新定位了炭黑和橡膠對輪胎性能的影響，解釋了輪胎補強的機理。

　　“我不敢說這個理論終結(jié)了已有的爭論，但有一點可以看到，國際上沿用之前模型的研究已在減少，而引用兩相模型理論的論文逐年增多。”

　　他們期待這個理論能用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)，制造出強度高彈性好生熱小的高效輪胎。