Стивен Л. Крейг & amp; Университет Дьюка Майкл Рубинштейн высказал следующие замечания:
Натуральный каучук из - за его полимерной цепи между & ldquo; Соединение & rdquo; Гибкость широко используется во многих отраслях. Но каучук легко трескается и вызывает усталость. В настоящее время исследования показывают, что снижение плотности сцепления в сильно запутанном натуральном каучуке может повысить его устойчивость к трещинам и продлить срок службы.
Кристофер & Middot Одним из малоизвестных открытий Колумба в американских экспедициях был натуральный каучук, также известный как & ldquo; Латекс & rdquo; Он использовался американскими аборигенами на протяжении веков для изготовления шаров и сапог. Позже, Чарльз & Middot Макинтош использовал натуральный каучук для изготовления плаща, названного в его честь. Но ранние продукты имели фундаментальные ограничения, потому что натуральный каучук был не твердым, а толстой жидкостью: пока достаточно долго, каучук будет течь, теряя свою первоначальную форму. В 19 веке Чарльз & Middot Гутье открыл метод сульфирования, который превратил натуральный каучук в твердый материал и до сих пор производит 15 миллионов тонн в год, широко используемый в области транспорта, медицины и потребительских товаров. Однако изделия из натурального каучука по - прежнему подвержены растрескиванию. Nian et al. в фильме « Природа и мир» В статье « Устойчивость» сообщается о методе, который в десять раз повышает порог вязкости и усталости натурального каучука.
Натуральный каучук Iframe состоит из очень длинных, мягких полимерных молекул и представляет собой вязкоэластичную жидкость. Со временем эти длинные молекулы скользят друг к другу, заставляя материал терять форму, но на короткое время эти молекулы не удаляются друг от друга, поэтому материал проявляет эластичность. Эта жидкость & ndash; Источником твердого смешивания является высокая степень запутанности полимерных цепочек, движение каждой из которых сильно ограничено соседями и может распространяться только медленно.
Goodyear обнаружил, что при смешивании натурального каучука с серой и нагревании (вулканизации) он становится эластичным твердым телом. Этот процесс создает связи между молекулами полимеров, предотвращая их поток и создавая постоянные структуры, такие как трехмерные рыболовные сети. Но сегмент полимерной цепи по - прежнему гибкий, поэтому резина эластична. В типичном процессе вулканизации количество соединений сопоставимо с количеством запутывания.
Кроме того, для удобства обработки натуральный каучук обычно требует & ldquo; Пластика & rdquo; — — Механический сдвиг разрезает его на более короткие цепи и снижает вязкость. Таким образом, образовавшаяся в итоге сеть сульфида каучука состоит из короткоцепных сегментов, которые больше не сильно запутаны. Хотя эти сегменты цепи мягкие и материал эластичный, некоторые из них являются более короткими, а расстояние между точками пересечения больше, чем другие, поскольку пересечение является случайным. Когда резина растягивается, эти короткие и хрупкие сегменты цепи легко растягиваются и ломаются, что приводит к образованию трещин и сокращению срока службы.
Чтобы улучшить устойчивость к разрыву и вязкость сульфида каучука, Nian и другие использовали стратегию, предложенную в полимерных гелях в последние годы: увеличение количества запутываний на каждой цепи примерно в десять раз за счет увеличения длины сегментов между точками пересечения. Для поддержания связи между сетями по - прежнему требуется несколько соединений на каждой основной цепочке. Поэтому для удлинения сегмента цепи необходимо сохранить более длинную основную цепочку полимеров. С этой целью исследователи решили избежать традиционных методов высокоинтенсивного пластирования, чтобы уменьшить повреждение длины цепи.
Даже при низкой плотности сцепления исследователи достигли того, что каждая цепь имеет несколько точек сцепления, при этом между сцеплениями существуют более длинные участки запутанной цепи. Модуль упругости этого каучука в основном контролируется запутанностью. Когда соединение находится на большом расстоянии и имеет непрерывную запутанность посередине, оно может эффективно подавлять образование трещин, вызванных разрывом короткой цепи. Это позволяет новому каучуку выдерживать большее растяжение.
В сильно запутанном натуральном каучуке, синтезированном Nian et al. Iframe имеет несколько сегментов цепи, которые растягиваются, а некоторые сжимаются. Но в отличие от скрещивания, запутанность позволяет цепи скользить по ней, больше как кольцо, чем узел. Такое перераспределение запутывания вдоль сегмента цепи помогает сбалансировать натяжение и уменьшает вероятность чрезмерного растяжения сегмента цепи, тем самым сдерживая образование и расширение трещин. Этот метод повышает вязкость материала в десять раз, а порог усталости - в пять раз.
Конечно, есть еще много характеристик этой сильно запутанной резины, которые необходимо срочно изучить. Например, скрещивание уменьшает влияние на вязкостно - диссипативные свойства каучука, что особенно важно в таких продуктах, как шины. Кроме того, необходимо изучить влияние различных добавок (например, наполнителей, пигментов и антиоксидантов) на повышение вязкости. Но если этот результат будет успешно применен к коммерческому каучуку, это окажет огромное влияние. Например, снижение скорости износа протектора шины в десять раз не только уменьшит частоту замены и повысит безопасность, но и значительно сократит 6 миллионов тонн каучукового микропластика, выделяемого ежегодно из - за износа шины.
Следует отметить, что Nian et al. ослабили два ключевых этапа переработки натурального каучука & mdash; — Интенсивное пластирование и чрезмерное скрещивание между цепями & mdash; — Эти передовые полимерные свойства реализованы. Независимо от того, в каких продуктах в будущем появится этот & ldquo; Сочетание работ & rdquo; Основы, предложенные командой, будут использоваться для будущих стратегий проектирования материалов
