改性轮胎胶粉对热氧老化再生橡胶力学与摩擦学性能的多尺度调控机制研究

【编辑推荐】针对热氧老化导致再生橡胶性能劣化的难题，研究人员通过实验与分子动力学(MD)模拟相结合的方法，系统研究了苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)/轮胎胶粉(GTR)复合材料在100°C加速老化过程中的微观结构演变规律。创新性发现酸氧化和纳米材料（如氧化石墨烯）的引入可显著提升老化橡胶的弹性模量（+3.38%）并降低摩擦系数（-14.19%），为设计耐老化可持续弹性体提供了定量化理论依据。

　　

热氧老化是制约再生橡胶使用寿命的核心失效机制，会引发力学性能衰退并限制循环利用。这项研究采用实验与分子动力学(MD)模拟联用的创新策略，首次揭示了苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和轮胎胶粉(GTR)在热氧老化过程中的微观结构演化规律与宏观性能响应机制。当材料在100°C加速老化时，拉伸强度和断裂伸长率显著下降，而硬度却逆向上升，呈现出典型的氧化脆变特征。

研究团队突破性地发现，通过酸氧化改性和纳米材料（如氧化石墨烯GO和羟基化碳纳米管CNTs）的协同作用，可有效逆转老化导致的性能劣化。其中GO改性复合材料展现出更优异的性能，弹性模量提升3.38%，摩擦系数降低14.19%，这归因于GO片层在橡胶基体中形成的三维增强网络。分子动力学模拟精准再现了热氧老化对材料拉伸和摩擦行为的影响规律，计算结果与实验数据高度吻合。

该研究不仅建立了再生橡胶氧化程度与性能的定量关系，更重要的是为开发环境友好、耐老化的新型弹性体提供了理论指导和材料设计范式。通过多尺度研究方法，成功实现了从分子层面的结构调控到宏观性能优化的跨越，对推动橡胶循环经济具有重要意义。