Page 121 - 摩擦学学报2025年第10期

1518 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

链长不同的NR分子链和5条随机生成的SBR分子链 11.1%、12.7%和10.6%，说明再生轮胎复合橡胶的界
构建翻新轮胎橡胶分子链模型 [29] . 根据试验条件将 面黏附力大、分子链活动能力强、实际接触面积大和
SBR:NR:TRR=6:3:1的比例进行混合. 计算分析模块 接触温度高，导致再生橡胶复合材料的基体刚度低、
采用Forcite，力场选择采用COMPASS Ⅱ可以准确地 摩擦界面性能差，从而解释了试验过程中再生轮胎橡
预测高分子材料分子间相互作用力. 分子动力学模型 胶材料摩擦学性能较差的原因和机理.

详细的优化和平衡过程可参见文献[30-31].
使用可全面表征复合橡胶物理性能的参数玻璃 3 结论
[32]
化转变温度 (T )和摩擦系数来间接验证分子动力学 a. 在轮胎胎面胶中并用少量的再生橡胶会使共
g
模型的准确性. TRR 和TRR 复合橡胶的T 模拟结果 混胶料拉伸强度、断裂伸长率及耐磨性能有所下降，
0
10
g
分别为239 K和245 K，与参考文献[33-34]中试验测得 定伸应力增加，硬度稍有上升. 并用5份或10份轮胎再
的T 值相对偏差均在5%以下，模拟结果与试验结果较 生胶，共混胶料物理性能可以满足胎面胶性能要求，
g
为接近；TRR 和TRR 再生复合橡胶材料的摩擦系数 再生橡胶用量达到15份时，综合性能已不满足国家标
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0
分别为0.32和0.37，物理试验测得摩擦系数分别为 准. 因此添加10份再生胶的性价比最高.
0.58和0.71，模拟结果与试验结果的摩擦系数变化趋 b. 与未添加轮胎再生胶的胶料相比，添加再生胶
势一致. 由于分子动力学模型是理想化的、不考虑材 的SBR/NR/TRR共混胶试样摩擦学性能降低. 当再生
料缺陷和表面粗糙度的简化模型，所以模拟计算的摩 胶含量由0份增加至10份时，磨损质量、温度和摩擦系
擦系数数值偏小. 因此，从T 和摩擦系数的验证来看 数分别上升35.8%、11.3%和14.6%，添加再生胶使摩
g
分子动力学模型具有较好的准确性，具有定性说明问 擦系数增大，磨耗性能降低，温升增高.
题的能力. c. 不同负载、速度和滑移率工况下，TRR 橡胶轮
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图12所示为摩擦界面上径向分布函数(RDF)、均 温升幅度和磨损量均高于TRR 橡胶轮. 当橡胶轮载
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方根位移(MSD)、相对原子浓度(RC)和温度(Temp)等 荷、速度和滑移率分别提升至500%时，TRR 比TRR 0
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参数的计算值，可以分别表征摩擦界面黏附力、分子 复合材料的磨损质量分别提升21.2%、19.3%和21.3%，
[31]
链活动能力、实际接触面积及界面接触温度 . 模拟 温度分别提升6.8%、1.6%和8.6%. 各工况对磨损量的
计算显示，TRR 再生橡胶摩擦界面的各参数值均高 影响大致相同，均在20%左右；滑移率对温升的影响
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于TRR 复合橡胶材料. 较高的RDF表示摩擦界面的橡 最大，负载次之，速度最小. 速度变化对橡胶轮磨损表
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胶分子链较多，界面黏附能力较强；较高的MSD说明 面主要体现在Schallamach纹的大小，而负载及滑移率
分子链的活动能力较强从而降低了基体的刚度，较大 变化对其磨损表面主要体现在胎面磨损形态上.
的RC说明摩擦界面上附着的原子较多，接触面积较 d. 建立了SBR/NR/TRR复合硫化橡胶-铝基板的
大；较高的界面温度说明界面能量较高. TRR 再生复 分子动力学摩擦模型，发现TRR 复合橡胶的RDF、
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合橡胶的RDF、MSD、RC和Temp分别比TRR 高3.2%、 MSD、RC和Temp分别比TRR 高3.2%、11.1%、12.7%
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500
500
4.5
1.0
1.0 500 4.5 500
TRR 0
450
0.9 450 4.0 450
0.9
4.0
TRR 10
0.8
400
400
0.8 400 3.5 400
3.5
0.7 350 3.0 350
350
0.7
3.0
0.6 300 2.5 300
300
0.6
300
2.5
RDF 0.5 250 MSD/Å 2.0 RC 250 Temp/K
250
0.5
2.0
0.4
0.4 200 200
200
200
1.5
0.3
0.3 150 1.5 150
150
1.0
0.2 100 1.0 100
0.2
100
100
0.5
50
0.1
0.1 50 0.5 50
0.0
0.0
0.0 0 0 0.0 0 0
RDF MSD RC Temp
Factor on the frictional interface
Fig. 12 Radial distribution function, mean square displacement, relative atomic concentration,
and temperature of composite rubber
图 12 复合橡胶的径向分布函数、均方位移、相对原子浓度和温度