鑽研輪胎17年，中國人破譯百年難題

每一隻賓士在路上的輪胎，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業存在100多年，一直沒有完美的理論解釋。

浙江大學高分子系一課題組，對橡膠補強持續研究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《材料科學進展》發表。

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」，終結了以往理論模型相互矛盾、無法有效指導生產的局面，有望對橡膠材料生產產生重要影響。

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，形成項鏈網路。項鏈越長，彈性越好。

輪胎中含有一種叫炭黑的物質。炭黑是輪胎產業發展100多年來最好的填料。

炭黑的結構就像一串串葡萄，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，橡膠大約佔比50%，炭黑佔比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，經硫化後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，十餘年的研究過程中，他們最感興趣的是：「炭黑網路與橡膠網路是怎麼相互作用的？炭黑是怎麼影響橡膠網路的粘彈性的？」

重新定位炭黑和橡膠

100多年來，工業界和學術界，你說你的，我做我的。

這種脫節，使得高級輪胎製造仍屬於各大輪胎廠的工藝「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，得到完整的橡膠網路結構。同時，他們也提取到完整的炭黑網路結構。

塊狀炭黑網路樣品，伸手輕輕一碰，就會立刻像餅乾一樣碎掉。

宋義虎說，炭黑顆粒的表面有吸附作用，當長長的橡膠分子靠近，炭黑就吸附住鏈條上的其中一點，形成非常穩定的界面結構。

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

「是橡膠分子相互摩擦產生熱量。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於指導實際生產，製造出強度高彈性好生熱小的高效輪胎。

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