Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона разработали новый подход, который позволяет резине выдерживать высокие нагрузки и противостоять трещинам при многократном использовании. Этот подход может не только увеличить срок службы резиновых изделий, например, шин, но и уменьшить количество загрязнений от резиновых частиц, выделяющихся во время использования, пишет Phys.org.
Природный каучук мягкий и эластичный. Для широкого спектра применений, включая шины, шланги и демпферы, каучуки армируются жесткими частицами, такими как углеродная сажа и диоксид кремния. Эти частицы значительно улучшают жесткость резины, но не ее устойчивость к росту трещин при циклическом растяжении материала — показатель, известный как предел выносливости.
Фактически предел выносливости армированных частицами каучуков 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 привести к выбросу большого количества резиновых частиц в окружающую среду. Резина загрязняет воздух, а также накапливается в ручьях и реках.
В предыдущем исследовании группа увеличила предел выносливости каучуков за счет удлинения полимерных цепей и уплотнения переплетений. Теперь команда добавила частицы диоксида кремния в резину, полагая, что частицы повысят жесткость, но не повлияют на предел выносливости. Они были не правы. Предел выносливости к удивлению исследователей увеличился в 10 раз.
В материале, который создали ученые, полимерные цепи длинные и сильно переплетены, а частицы сгруппированы и ковалентно связаны с полимерными цепями.
Как оказалось, этот материал деконцентрирует напряжение вокруг трещины на двух масштабах длины: масштабе полимерных цепей и масштаб частиц. Эта комбинация останавливает рост трещины в материале.
Команда показала в действии свой подход, создав трещину в куске материала, а затем растянув его в десятки тысяч раз. В ходе их экспериментов трещина так и не выросла.
Однажды NASA создало нелопающиеся колеса для марсоходов. Их слегка изменили и сделали такие же, но для велосипедов. Их назвали «вечными». Вместо воздуха внутри этих колес находится пружина из никель-титанового сплава. Этот сплав прочный, как титан, но эластичный, как резина.
