科學(xué)家觀察輪胎中橡膠與炭黑之間的分子運(yùn)動(dòng)
據(jù)《Rubber World》報(bào)道：歐洲X射線自由電子激光設(shè)備公司（European XFEL GmbH）科學(xué)家，以世界上最短的時(shí)間分辨率，觀測(cè)到輪胎中常用的橡膠成分聚丁二烯和炭黑的分子運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)研究，揭示了這兩種成分在原子尺度上的明顯相互作用，為改進(jìn)輪胎膠料的降解和開(kāi)發(fā)具有增強(qiáng)耐久性的材料鋪平了道路。
輪胎膠料是一種復(fù)合材料，通常包括合成橡膠（如聚丁二烯）和添加的納米顆粒（如炭黑），以提高其物理性能。在行駛過(guò)程中，強(qiáng)大的力作用在輪胎上，導(dǎo)致其部件相互移動(dòng)，從而導(dǎo)致材料的磨損和退化。因此，為了評(píng)估輪胎性能，重要的是不僅要了解聚合物和納米顆粒形成的復(fù)雜顆粒網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，還要了解它們的相互作用和各自的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@些動(dòng)力學(xué)特征直接影響材料性能，如耐磨性。由于其中一些分子運(yùn)動(dòng)得非常快，因此在盡可能快的時(shí)間尺度上以原子分辨率進(jìn)行的時(shí)間分辨測(cè)量，對(duì)于開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證此類材料的動(dòng)力學(xué)模型是至關(guān)重要的。
“我們使用最近開(kāi)發(fā)的衍射X射線閃爍法，在原子尺度上同時(shí)檢測(cè)到聚合物鏈和添加劑納米顆粒的快速變化，”歐洲XFEL公司的研究員佐藤 德（Tokushi Sato）說(shuō)。“我們觀察到聚丁二烯和炭黑之間存在著明顯的相互作用，這表明聚丁二烯的流動(dòng)性因添加的炭黑類型而異?！泵總€(gè)膠料樣品都含有不同種類的炭黑。實(shí)驗(yàn)表明，在不同的炭黑樣品中，聚丁二烯在炭黑顆粒表面的移動(dòng)速度是不一樣的，這兩種成分結(jié)合得更牢固的樣品，導(dǎo)致輪胎的性能更佳。這項(xiàng)研究結(jié)果，可能會(huì)為在實(shí)驗(yàn)室條件下研究輪胎膠料的降解過(guò)程提供改進(jìn)方法，從而設(shè)計(jì)出具有增強(qiáng)耐久性的材料。
除了歐洲XFEL公司之外，日本、澳大利亞和新西蘭的研究機(jī)構(gòu)以及日本住友橡膠工業(yè)公司也開(kāi)展了這類課題的研究。
