Исследование Sumitomo позволит улучшить износостойкость резины

Компания Sumitomo Rubber опубликовала результаты исследования механизмов разрушения резины, которое было проведено совместно с Институтом исследований полимеров им. Лейбница (Дрезден, Германия). Это новаторское исследование пролило свет на ранее неизвестный механизм, который вызывает появление микроскопических пустот внутри резины и приводит к образованию и распространению трещин. Его результаты в будущем позволят создавать резиновые смеси с повышенной износостойкостью.

В то время как ученые давно подозревали, что разрушение резины (один из основных факторов износа шин) происходит из-за образования и роста трещин в результате разрушения молекул резины и образования микроскопических пустот, предыдущие исследования не смогли полностью объяснить эту теорию.

В 2015 году компания Sumitomo уже пыталась объяснить образование пустот благодаря детальному структурному моделированию на молекулярном уровне, в котором использовалась запатентованная технология разработки материалов Advanced 4D Nano Design. Она стала отправной точкой для создания новых технологий для подавления образования пустот.

В ходе последнего исследования при помощи двух экспериментов различных типов инженеры Sumitomo смогли непосредственно пронаблюдать за внутренними структурными изменениями и поведением молекул в реальных образцах синтетического каучука. Результаты этого исследования, предоставляя больший контроль над вязкоупругими свойствами каучука, откроют новые возможности для разработки резиновых материалов с чрезвычайно высокой прочностью.

Эксперименты Sumitomo

  1. Использование компьютерной томографии (КТ) для анализа изменений силы, деформации и объёма в тонком резиновом диске

■ Экспериментальная методология

Тонкий резиновый диск, прикрепленный к двум металлическим пластинам, между которыми он был зажат, был растянут в направлении перпендикулярном поверхности контакта (пластины двигались в противоположных направлениях). Это обеспечило возможность наблюдать взаимосвязь между приложенным напряжением и изменениями объёма в зависимости от кажущейся деформации. КТ использовалась для непосредственного наблюдения за образованием пустот внутри резины.

■ Результаты

Из-за присущих каучуку свойств естественное состояние тонкого резинового образца в форме диска заключается в радиальном сжатии, перпендикулярном направлению растягивающего напряжения. Однако, резина, пока она оставалась прочно прикрепленной к металлическим пластинам, при растяжении не могла сжиматься радиально (тоесть по поверхности, не прикрепленной к пластинам), а вынуждена была расширяться, что позволило наблюдать за образованием пустот внутри резины посредством компьютерной томографии.

Из этого эксперимента инженеры Sumitomo узнали, что обстоятельства образования пустот могут различаться, говорит технический специалист Shina.Guide. В частности, было обнаружено, что разрушение каучука в синтетическом каучуке, содержащем наполнитель (такой как диоксид кремния, технический углерод), происходило из-за образования пустот между агломератами наполнителя, в то время как разрушение каучука в синтетическом каучуке, не содержащем наполнителя, происходило из-за образования пустот, возникающие в результате скольжения молекул резины.

Изучив взаимосвязь между растягивающим напряжением, кажущейся деформацией и кажущейся объемной деформацией в образцах синтетического каучука как с наполнителем, так и без него, инженеры Sumitomo пришли к выводу, что кажущаяся объёмная деформация увеличивается с увеличением кажущейся деформации в обоих типах каучука. Эти результаты показывают, что пустоты образуются внутри резины из-за деформационного ограничения.

В синтетическом каучуке с наполнителем между агломератами наполнителя и этими пустотами образуются пустоты, которые затем соединяются и объединяются в трещины. Пустоты остаются небольшими.

В синтетическом каучуке без наполнителя пустоты образовываются в основном из-за скольжения молекул каучука. Начальные пустоты затем растут путём слияния небольших пустот из-за распространения трещин между этими пустотами.

  1. Выяснение причин повреждений синтетического каучука с помощью анализа с использованием малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS)

■ Экспериментальная методология

Образец синтетического каучука с небольшим надрезом растягивали в поперечном направлении, в то время как малоугловое рентгеновское рассеяние использовалось для наблюдения за образованием и ростом пустот внутри резины в точке надреза.

■ Результаты

При использовании малоуглового рентгеновского рассеянияе для измерения внутренней плотности каучука в точке надреза в образце листа синтетического каучука было обнаружено, что плотность каучука ближе к надрезу была ниже, чем у каучука в областях, расположенных дальше от надреза.

Эти результаты показывают, что когда листовая резина растягивается в поперечном направлении в месте, где резина разрывается, существуют пустоты. То есть пустоты непосредственно связаны с повреждением резины.

Ожидается, что результаты этого исследования приведут к разработке резины, которая будет более устойчива к повреждениям и износу, чем любой тип резины, который был известен раньше.

Марта Шангина
Источник: Shina.Guide
sumitomo-logo

Похожие новости:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *