粒子で強くなるゴムの謎が解明される ^{CEFR B2}

強化ゴムはタイヤ、産業用シール、発電所や航空宇宙の重要インフラにも使われます。世界のタイヤ産業は$260 billionの規模にのぼり、ゴム強化の仕組み解明は設計に大きな影響を与える可能性があります。

サウスフロリダ大学のデイビッド・シモンズ教授が率いる研究チームは、USFの大規模計算クラスターを用いて分子動力学シミュレーションを1,500件行い、合計で約15年分の計算時間を費やしました。モデルはカーボンブラックとそのゴム内での分散を再現し、数十万個の原子がどのように相互作用するかを模擬しました。

主要なメカニズムは「ポアソン比の不一致」です。カーボンブラック粒子は小さな支えのように働き、引っ張った際にゴムが薄くなるのを防ぎます。その結果、材料は体積変化に抵抗して全体の剛性を高めます。また、粒子ネットワークや粒子付近の粘着的相互作用、空間充填効果といった従来の説明は今回の結果と矛盾せず、それらも体積変化への抵抗に寄与すると研究者は述べています。

この知見は燃費、トラクション、耐久性というタイヤ設計の「Magic Triangle」への対処に手がかりを与える可能性があります。研究は米国エネルギー省科学局の支援を受け、情報提供元はUniversity of South Floridaです。