21 / 2021-04-14 20:01:47

纳观尺度下硫化交联提升橡胶摩擦学性能的机理研究

硫化交联是提升橡胶物理化学性能的重要工艺，也是提升橡胶材料摩擦学性能的重要保证。橡胶在宏观尺度下的大量研究成果已经有效揭示了其宏观摩擦学机理。在微观尺度上，众多学者在使用分子动力学模拟对橡胶摩擦学进行研究时，发现硫化交联是分子动力学建模的难点，也导致了微观模型与宏观材料一致性上的巨大差距。论文工作发展了一种硫化交联算法，能够实现橡胶分子链中C键的硫化互交联和自交联，提升微观模型与宏观材料的一致性。通过计算玻璃态转变温度验证了硫化丁苯橡胶模型的合理性。构建了硫化橡胶—铁基体摩擦模型，揭示了硫化橡胶提升摩擦学性能的微观机理。发现硫化交联可以使分子链活动能力降低、阻碍原子向摩擦界面移动，导致材料界面温度降低、接触面积减小、粘附作用减少，从而使摩擦系数减小。构建了硫化橡胶—铁销磨损模型，观察到了如分子链的解缠与拉伸、粘附、界面破坏以及材料剥离等一些关键摩擦学现象。同时，还总结了宏观实验与微观模拟在结果上的一些异同。论文从纳观尺度揭示了硫化交联提高橡胶摩擦学性能的机理，丰富了橡胶摩擦学的研究内容，并为进一步提高橡胶摩擦学性能的材料设计能力提供了可借鉴的理论基础。