Коэффициент Пуассона объяснил прочность автомобильных шин

Исследователи из Университета Южной Флориды установили, почему добавление технического углерода делает резину прочнее. Работу опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Группа под руководством профессора Дэвида Симмонса провела 1500 симуляций молекулярной динамики, на которые затратили вычислительные ресурсы, эквивалентные 15 годам работы процессора. Моделирование показало взаимодействие сотен тысяч атомов в армированной резине на наномасштабном уровне.

Причиной упрочнения оказалось несоответствие коэффициента Пуассона. Резина практически не меняет объем при растяжении, но частицы технического углерода препятствуют её естественной деформации. Материал вынужден увеличиваться в объеме, чему активно сопротивляется. Это создает внутреннее напряжение, которое повышает жесткость и прочность резины.

Технический углерод добавляют в резину около ста лет. Армированную резину используют в автомобильных и авиационных шинах, промышленных уплотнителях и медицинских приборах. Мировая индустрия производства шин оценивается в 260 миллиардов долларов.

Ранее существовало несколько теорий механизма упрочнения. Одни исследователи считали, что частицы формируют цепочечные структуры, другие объясняли эффект склеивающим воздействием на окружающий материал, третьи — простым занятием пространства. Новое исследование показало, что все эти механизмы работают одновременно и создают общее объемное сопротивление материала деформации.