兰州化物所联合海外团队取得橡胶摩擦磨损定量预测新突破

近日，中国科学院兰州化物所联合德国于利希研究中心，在橡胶摩擦磨损基础研究领域取得重要进展。

长期以来，轮胎、密封件等橡胶制品研发只能依靠大量实物反复测试，行业缺少统一、可量化的摩擦磨损物理理论作为支撑。传统经验估算模式不仅拉长产品研发周期，还大幅增加试验耗材与时间成本，是橡胶产业长期存在的共性难题。

为此，中外科研团队协同攻关，分磨损机理、界面摩擦、摩擦动力学三大方向逐层开展系统研究。团队首先聚焦橡胶磨损核心规律，首创多尺度粗糙表面接触力学定量预测模型，耦合材料应力概率分布与弹性能量存储机制，推导通用性更强的磨损率计算公式，打破传统经验公式适用范围狭窄的局限。研究人员系统梳理百年相关文献，对比天然橡胶、丁苯橡胶磨损性能差异，既夯实橡胶磨损理论基础，也为硬质材料磨损分析提供新思路。

在界面摩擦研究环节，课题组细致拆解接触面预滑移、弹性形变、瞬时高温等关键影响因素，并借助钢制三角滑块开展对照实验。实验证实：润滑环境中橡胶损耗以材料粘弹性耗散为主；低温干燥条件会大幅提升界面粘着力，界面剪应力与滑动速度呈对数线性增长关系，清晰理清不同工况下橡胶摩擦变化规律。

针对工业生产中频发的滑动摩擦噪声，团队开展动力学仿真建模。研究发现，各类摩擦系统低频噪声功率谱存在统一幂律衰减特征，界面颗粒俘获、释放循环运动是摩擦长程关联特性的根本原因，补齐了摩擦噪声定量分析的理论短板。

本次研究形成“磨损定量测算—界面摩擦解析—摩擦噪声建模”递进式完整研究链条，所有结论均通过物理模型、实物实验双重验证，搭建起解析复杂界面非平衡摩擦随机过程的全新理论框架。

据悉，该研究成果可精准预判橡胶摩擦损耗，大幅减少重复试验，为高性能轮胎、密封元件轻量化升级提供有力理论支撑，推动橡胶产业提质增效。

本报记者 华 静