南佛罗里达大学科学家解开百年谜团：是什么让橡胶更强韧

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南佛罗里达大学科学家解开百年谜团：是什么让橡胶更坚固

2026年8月27日

《橡胶世界》

佛罗里达州坦帕 — 南佛罗里达大学的科学家表示，他们解开了长期存在的谜团：为什么添加微小的炭黑颗粒能将柔软的橡胶转化为足以承受极端载荷的坚固材料。

据该校介绍，这一发现可以帮助制造商设计更坚固、更安全、更耐用的橡胶产品，包括轮胎、工业密封件以及航空航天和能源系统中使用的部件。

由南佛罗里达大学工程学院教授大卫·西蒙斯领导的研究团队，使用1,500次分子动力学模拟来研究增强橡胶内部数十万个原子如何相互作用。这些模拟约相当于15年的计算时间，使用南佛罗里达大学的大型计算集群完成。

该大学表示，这项研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上，解决了数十年来围绕橡胶补强的相互竞争的理论。

炭黑是一种常用于补强橡胶的细颗粒碳材料，添加到橡胶产品中已有近一个世纪的历史。这种做法在轮胎制造中尤为重要，因为补强橡胶必须承受热量、磨损和反复应力。

然而，科学家此前一直未能全面解释为什么这些颗粒能使橡胶强度大幅提升。

西蒙斯及其同事——博士后学者皮埃尔·卡瓦克和博士生哈尔沙德·巴普卡尔——发现，关键在于一种称为泊松比的属性，它描述了材料在拉伸时形状的变化方式。

橡胶天然抵抗体积变化。当普通橡皮筋被拉伸时，它会变薄，同时保持大致相同的体积。炭黑颗粒干扰了这种正常的变薄过程，实际上迫使橡胶在拉伸时抵抗体积的增加。

研究人员发现，由此产生的矛盾使材料变得明显更硬、更强。

西蒙斯将这一效应比作拉动密封注水注射器的活塞。由于水难以压缩，随着活塞被拉动，阻力会增加。

研究人员将这一潜在机制称为“泊松比失配”。他们的发现还整合了此前关于橡胶补强的几种解释，包括涉及颗粒网络、颗粒间相互作用以及颗粒所占空间体积的理论。

这一突破可能对轮胎行业产生重大影响，工程师们长期以来一直在努力同时最大化燃油效率、抓地力和耐久性——这一挑战有时被称为“魔术三角”。

制造商传统上严重依赖测试和反复试验来平衡这些特性。更好的理

*本文来源：Rubber World。仅供行业信息参考。