轮胎磨损是聚合物颗粒污染物的最大来源。随着汽车工业与交通运输业的快速发展,了解橡胶磨损的起源或机理是一项重要的研究课题。传统研究依赖经验性磨损系数估算,始终未能建立基于物理原理的定量预测理论框架,导致轮胎新产品开发一直延用"试错优化"模式。
针对橡胶磨损理论模型缺失的难题,中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室与德国于利希研究中心通过融合Persson接触力学理论与能量耗散理论,在国际上首次构建了多尺度粗糙表面橡胶磨损定量预测模型。
研究团队创新提出"应力概率分布-弹性能量存储"多物理耦合模型,首次建立磨损率与材料特征参数(黏弹性模量、断裂能)及基底表面形貌特征参数(粗糙度功率谱)的普适性方程,突破传统经验公式的尺度局限性。该模型成功实现橡胶磨损率和磨损颗粒尺寸分布的定量预测。
上述成果以封面文章形式发表在Journal of Chemical Physics,并被遴选为Featured Article。截止目前,已在多个国际网站报道。文章第一作者兼通讯作者B.N.J. Persson博士自2023年起受聘为兰州化物所兼职研究员,其建立的Persson接触力学理论体系为本次突破奠定基础。
以上工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)、日本横滨橡胶公司国际合作项目的支持。