Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) продолжают впечатлять нас своими новыми разработками. На этот раз они представили многомасштабный подход, который позволяет резиновым изделиям выдерживать высокие нагрузки и противостоять росту трещин при многократном использовании. Этот подход не только увеличит срок службы резиновых изделий, но и поможет уменьшить загрязнение окружающей среды от выделяющихся резиновых частиц.
Резина, армированная частицами, такими как углеродная сажа и диоксид кремния, давно применяется в различных областях, включая производство шин, шлангов и демпферов. Эти частицы значительно повышают жесткость резины, но не улучшают ее устойчивость к росту трещин при циклическом растяжении материала. Это приводит к проблеме, которую исследователи из Гарварда решили решить - небольшие трещины могут привести к выбросу большого количества резиновых частиц в окружающую среду, вызывая загрязнение воздуха и водных ресурсов.
В предыдущем исследовании, группа под руководством профессора механики и материалов SEAS Чжигана Суо и профессора Аллена Э. и Мэрилин М. Пакетт, уже увеличила порог усталости каучуков за счет удлинения полимерных цепей и уплотнения переплетений. Однако вопрос о резине, армированной частицами, оставался открытым.
Исследователи решили добавить частицы диоксида кремния в свою сильно запутанную резину, предполагая, что это повысит ее жесткость, но не повлияет на порог усталости. Однако, исследование показало, что они ошибались. Частицы диоксида кремния действительно повысили жесткость материала, но также улучшили его устойчивость к росту трещин при циклическом растяжении.
Это открытие открывает новые возможности для разработки более прочных и долговечных резиновых изделий. Увеличение порога усталости позволит шинам и другим резиновым изделиям выдерживать большие нагрузки и противостоять росту трещин при повторном использовании. Это приведет к увеличению срока службы и снижению расходов на замену изношенных деталей.
Важным аспектом этого исследования является также экологическая составляющая. Уменьшение выброса резиновых частиц в окружающую среду поможет снизить загрязнение воздуха и водных ресурсов. Это важный шаг в направлении более экологичного производства и использования резиновых изделий.
Источник:
Джейсон Стек и др., Многомасштабная деконцентрация напряжений повышает усталостную прочность резины (Jason Steck et al, Multiscale stress deconcentration amplifies fatigue resistance of rubber), Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06782-2
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
