افزایش ۶ برابری مقاومت لاستیک خودرو با استفاده از نانوذرات

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان نشان داده‌اند که ذرات سفت و سخت در اطراف زنجیره‌های پلیمری طولانی می‌توانند استرس را در لاستیک از بین ببرند و آستانه خستگی را شش برابر افزایش دهند. این راهبرد برای طراحی لاستیک‌های سفت و مقاوم در برابر خستگی مناسب بوده و می‌توان از آن در بخش‌هایی نظیر لاستیک خودرو یا روباتیک استفاده کرد.

یک لاستیک پر شده با ذرات، کامپوزیتی است که در آن ماتریس زنجیرهای پلیمری الاستیک توسط ذرات سفت و سخت مانند کربن سیاه یا سیلیس سفت شده و در کنار هم قرار گرفته است. ماده پرکننده می‌تواند مدول الاستیک لاستیک را از نظر اندازه چندین برابر افزایش دهد و مواد کامپوزیتی را برای کاربردهایی مانند لاستیک بسیار مفید می‌کند. با این حال، این کار آستانه خستگی را به میزان قابل توجهی افزایش نمی‌دهد.

در لاستیک‌هایی که به روش‌های رایج تقویت شده، ذرات سفت و سخت به شدت به زنجیرهای پلیمری پیوند نمی‌خورند. محققان در دانشگاه هاروارد در مورد تأثیر تغییر این امر با استفاده از پلیمر پلی (اتیل آکریلات) (PEA) پر شده با نانوذرات سیلیس مطالعه کردند. هنگامی که نانوذرات با گروه‌های تری‌متیل سیلیل، که به زنجیره‌های پلیمری پیوند نمی‌خورد، عامل‌دار شد، مقاومت خستگی همانند پلیمر تقویت نشده بود. با این حال، گروه‌های ۳- (تری‌متیل سیلیل) پروپیل متاکریلات بین نانوذرات سیلیس و زنجیره‌های پلیمری پیوندهای قوی تشکیل می‌دهند. بنابراین این کار اجازه می‌دهد تا انرژی در یک ساختار انعطاف‌پذیر ذخیره شود. این تغییر بیش از دو برابر مقاومت در برابر خستگی را افزایش می‌دهد.

محققان سپس حجم ذرات موجود در کامپوزیت را از ۱۵ ٪ به ۴۵ ٪ افزایش دادند. با این کار ذرات بیشتر به هم نزدیک شده و کامپوزیت با کارایی بالاتری می‌تواند فشار را تحمل کند. در این شرایط اگر یک زنجیره پلیمری بین دو ذره آسیب ببیند، می‌توان فشار وارد شدن را از طریق ذرات دیگر جذب کرد بدون این ساختار پلیمر دچار آسیب شود. این اثر تجمعی باعث افزایش آستانه خستگی به شش برابر می‌شود.