日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

新技术 2018年06月28日
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要点

对于轮胎用橡胶材料,为了提高低燃耗性能,通常都要损失强度性能。日本研究人员此次利用橡胶材料,成功实现了能兼顾这两种相反特性的双网络结构材料。

由此开发出的创新型橡胶复合结构,不仅可使橡胶材料的强度提高至重视低燃耗性的橡胶(基准橡胶)的5倍左右,而且有利于提高轮胎燃效特性的材料属性也可提高了15%。

利用此次开发的橡胶复合结构,可以使轮胎变得更薄更轻,能在轮胎的节约资源及提高燃效性能方面做出贡献。

目前正在试制并评估采用新橡胶材料的轮胎,计划在2025年以前实现实用化。

<研究内容>

橡胶具备多种强度特性,如拉伸强度、撕裂强度、耐磨损性等,通过抑制裂纹的产生及扩大,应该可以提高这些强度特性。本次研发项目以普利司通公司积累的橡胶材料相关技术和知识为基础,在众多领域的学术界的共同努力下,对裂纹扩大现象实施了微观和宏观的实验解析及理论模拟,并对新材料的具体实现方式展开了先进的研究,掌握了提高橡胶材料强度的机理,推进了新材料的实现。

此次的成果是利用双网络结构实现的。双网络结构是参加该项目的北海道大学龚剑萍教授作为实现坚韧聚合物的方法而提出的一种理论,在凝胶材料等领域已经证实具有显著的增韧效果,但以前尚未应用于橡胶材料。

此次的项目通过将双网络结构用于橡胶材料,成功兼顾了有助于提高轮胎燃效特性的材料属性和抑制裂纹扩大的特性,而这两种性质利用以往的技术制造时呈此消彼长的相反关系。与以往重视低燃耗性的橡胶(基准橡胶)相比,把有助于提高轮胎燃效性能的材料属性提高15%,同时将抑制裂纹扩大的强度提高到原来的5倍左右,实现了创新型橡胶复合结构。

与2016年发布的橡胶复合结构相比,新材料除了进一步提高了强度外,还提高了有助于增强轮胎燃效性能的材料属性,在将强度提高至3.5倍以上的同时,还把有助于增强轮胎燃效性能的材料属性提高了10%,实现了本次项目的开发目标。

日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

图1:橡胶的强度测量方法概念图(1)

日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

图2:橡胶的强度测量方法概念图(2)

日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

图3:采用双网络结构的橡胶复合体的概念图及制造流程

日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

图4:原子能显微镜相位图(左:实施了控制,有网络。右:未实施控制,无网络)

日本开发成功低燃耗、高强度的橡胶复合材料

图5:本次项目开发的橡胶的强度和燃效特性的定位

文 客观日本编辑部

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