科学家观察轮胎中橡胶与炭黑之间的分子运动

据《Rubber World》报道：欧洲X射线自由电子激光设备公司（European XFEL GmbH）科学家，以世界上最短的时间分辨率，观测到轮胎中常用的橡胶成分聚丁二烯和炭黑的分子运动。这项研究，揭示了这两种成分在原子尺度上的明显相互作用，为改进轮胎胶料的降解和开发具有增强耐久性的材料铺平了道路。

轮胎胶料是一种复合材料，通常包括合成橡胶（如聚丁二烯）和添加的纳米颗粒（如炭黑），以提高其物理性能。在行驶过程中，强大的力作用在轮胎上，导致其部件相互移动，从而导致材料的磨损和退化。因此，为了评估轮胎性能，重要的是不仅要了解聚合物和纳米颗粒形成的复杂颗粒网络的静态结构，还要了解它们的相互作用和各自的运动，因为这些动力学特征直接影响材料性能，如耐磨性。由于其中一些分子运动得非常快，因此在尽可能快的时间尺度上以原子分辨率进行的时间分辨测量，对于开发和验证此类材料的动力学模型是至关重要的。

“我们使用最近开发的衍射X射线闪烁法，在原子尺度上同时检测到聚合物链和添加剂纳米颗粒的快速变化，”欧洲XFEL公司的研究员佐藤 德（Tokushi Sato）说。“我们观察到聚丁二烯和炭黑之间存在着明显的相互作用，这表明聚丁二烯的流动性因添加的炭黑类型而异。”每个胶料样品都含有不同种类的炭黑。实验表明，在不同的炭黑样品中，聚丁二烯在炭黑颗粒表面的移动速度是不一样的，这两种成分结合得更牢固的样品，导致轮胎的性能更佳。这项研究结果，可能会为在实验室条件下研究轮胎胶料的降解过程提供改进方法，从而设计出具有增强耐久性的材料。

除了欧洲XFEL公司之外，日本、澳大利亚和新西兰的研究机构以及日本住友橡胶工业公司也开展了这类课题的研究。