Резину с наночастицами можно сравнить с перетягиванием каната: полимерная матрица тянет в одну сторону, а сетка наночастиц — в другую. Пока силы уравновешены, материал держится. Но стоит одной стороне резко дёрнуть, как ткань рвётся. Именно такой рывок учёные увидели в компьютерной модели, когда растягивали резину с кластерами наночастиц.

Раньше считалось, что пустоты внутри резины растут из микроскопических дефектов, как дырка на старых джинсах. Но в модели дефектов не было, а пустоты всё равно появлялись. Причина оказалась в том, что при растяжении в полимерной матрице возникает отрицательное давление — как будто внутри материала натягивают струну. Одновременно в сетке частиц давление становится положительным, и этот баланс и усиливает резину.

При небольшом растяжении частицы ещё могут перестраиваться, снимая напряжение. Это похоже на то, как толпа людей в узком коридоре слегка расступается, чтобы пропустить одного. Но при сильном растяжении частицы выстраиваются в полосы поперёк направления деформации и теряют подвижность. Происходит повторное заклинивание — как если бы толпа упёрлась в стену. В этот момент локальное давление лавинообразно растёт, и в материале образуется пустота.

Давление, при котором это происходит, в модели составило около 4 МПа. Удивительно, но для реальной резины с техническим углеродом экспериментальное значение равно 4.3 МПа — почти совпадение, хотя системы разные. Это говорит о том, что механизм универсален.

Итог возвращает нас к канату: усиление резины и её разрушение — не два отдельных процесса, а две стороны одного перетягивания. Если научиться управлять движением частиц, можно отсрочить разрыв, не теряя прочности. Для шин и уплотнений это означает более долгий срок службы без компромиссов.