南佛罗里达大学破解碳黑增强橡胶百年之谜，发现泊松比效应是核心机制
B910化工消息：5月13日消息，南佛罗里达大学（University of South Florida）工程学教授David Simmons领导的研究团队在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）发表论文，首次完整解释了近100年来碳黑增强橡胶的核心机制。
碳黑增强橡胶广泛应用于轮胎、航空航天和工业设备，支撑着全球约2600亿美元的轮胎产业。然而，尽管使用近百年，科学界一直未能完全解释为何碳黑能显著提升橡胶强度。此前存在三种竞争理论：颗粒链状结构、颗粒粘附硬化和空间填充效应。
Simmons团队与博士后Pierre Kawak、博士生Harshad Bhapkar合作，完成了1500次分子动力学模拟，累计相当于15年计算时间，精确模拟了数十万个原子在增强橡胶中的行为。研究发现，关键在于材料的一个基本属性——泊松比（Poisson ratio）。
Simmons将其比作拉推密封注射器的效应：普通橡胶被拉伸时变薄但保持体积不变；加入碳黑后，颗粒充当微观结构支撑，阻止橡胶变薄，迫使橡胶在拉伸时体积膨胀，而橡胶天然强烈抵抗体积变化。橡胶因此产生自对抗效应，刚度和强度大幅提升。
研究同时统一了此前的三种理论：颗粒网络、粘附作用和空间填充效应共同贡献于阻止体积变化的能力。Simmons表示，该发现为轮胎设计中的魔术三角难题（燃油效率、抓地力、耐久性三者难以兼顾）提供了理性设计的基础，轮胎企业可望摆脱昂贵的试错法。该研究获得美国能源部科学办公室资助。 （来源：ScienceDaily）
碳黑增强橡胶广泛应用于轮胎、航空航天和工业设备，支撑着全球约2600亿美元的轮胎产业。然而，尽管使用近百年，科学界一直未能完全解释为何碳黑能显著提升橡胶强度。此前存在三种竞争理论：颗粒链状结构、颗粒粘附硬化和空间填充效应。
Simmons团队与博士后Pierre Kawak、博士生Harshad Bhapkar合作，完成了1500次分子动力学模拟，累计相当于15年计算时间，精确模拟了数十万个原子在增强橡胶中的行为。研究发现，关键在于材料的一个基本属性——泊松比（Poisson ratio）。
Simmons将其比作拉推密封注射器的效应：普通橡胶被拉伸时变薄但保持体积不变；加入碳黑后，颗粒充当微观结构支撑，阻止橡胶变薄，迫使橡胶在拉伸时体积膨胀，而橡胶天然强烈抵抗体积变化。橡胶因此产生自对抗效应，刚度和强度大幅提升。
研究同时统一了此前的三种理论：颗粒网络、粘附作用和空间填充效应共同贡献于阻止体积变化的能力。Simmons表示，该发现为轮胎设计中的魔术三角难题（燃油效率、抓地力、耐久性三者难以兼顾）提供了理性设计的基础，轮胎企业可望摆脱昂贵的试错法。该研究获得美国能源部科学办公室资助。 （来源：ScienceDaily）