Исследователи Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали новый метод создания резины, препятствующий её растрескиванию. Такой подход позволит сохранить прочность материала даже после его многократного использования.
Фактически, порог усталости резины не сильно улучшился с тех пор, как он был впервые измерен в 1950-х годах. Это означает, что даже несмотря на усовершенствования шин, повышающие износостойкость и снижающие расход топлива, небольшие трещины могут выбрасывать большое количество резиновых частиц в окружающую среду, которые вызывают загрязнение воздуха и накапливаются в ручьях и реках.
Учёные из SEAS разработали новый метод, который позволяет материалу выдерживать высокие нагрузки и противостоять росту трещин при многократном использовании: добавление частиц диоксида кремния не только увеличивает срок службы резиновых изделий, таких как шины, но и уменьшает количество загрязнений от резиновых частиц, выделяющихся во время использования.
В новом материале полимерные цепи длинные и сильно переплетены, а частицы сгруппированы и ковалентно связаны с этими цепями. И предел выносливости при таком подходе создания резины получилось увеличить в 10 раз. Фактически такой материал деконцентрирует напряжение вокруг трещин и останавливает их рост. Для проверки своей теории авторы искусственно создали трещины, а затем растянули новый материал в десятки тысяч раз — даже после интенсивных нагрузок области с дефектом не стали больше.
«Принципы проектирования, разработанные и продемонстрированные в этой работе, могут быть применимы в широком спектре отраслей, включая крупномасштабные производства, вроде создания шин и резиновых изделий, а также новые области применения, такие как носимые устройства», — сказал Яков Куцовский, сотрудник Гарвардского офиса технологических разработок и соавтор исследования.