南佛羅里達大學科學家解開百年謎團：是什麼讓橡膠更強韌

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USF科學家解開百年之謎：是什麼讓橡膠更堅固

2026年8月27日

橡膠世界

佛羅里達州坦帕市——南佛羅里達大學的科學家們表示，他們解開了一個長期存在的謎團：為什麼添加微小的碳黑顆粒可以將柔軟的橡膠轉變為足以承受極端負載的堅固材料。

據該大學稱，這項發現可能有助於製造商設計更堅固、更安全、更耐用的橡膠產品，包括輪胎、工業密封件以及用於航空航天和能源系統的組件。

由USF工程學院教授David Simmons領導的研究團隊使用1,500次分子動力學模擬來檢查數十萬個原子在增強橡膠內部如何相互作用。這些模擬代表了約15年的計算時間，並使用USF的大型計算集群進行。

該大學表示，這項發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的研究結果，解決了數十年來圍繞橡膠補強的相互競爭的理論。

碳黑是一種常用於增強橡膠的細碳形式，已添加到橡膠產品中近一個世紀。這種做法在輪胎製造中尤為重要，因為增強橡膠必須承受熱、磨損和重複應力。

然而，科學家們尚未就為什麼這些顆粒能使橡膠大幅變得更強這一問題達成全面解釋。

Simmons和他的同事——博士後學者Pierre Kawak和博士生Harshad Bhapkar——發現關鍵在於一種被稱為泊松比的性質，它描述材料在拉伸時形狀如何變化。

橡膠天然抵抗體積變化。當普通橡皮筋被拉伸時，它會變薄，同時大致保持相同的體積。碳黑顆粒會干擾這種正常的變薄，實際上迫使橡膠抵抗體積的增加

*Source: Rubber World. For reference only.