Stephen L. Craig&Đại học Duke Michael Rubinstein đã đưa ra những hiểu biết sau:
Cao su tự nhiên do chuỗi polymer của nó giữa“ Liên kết chéo” Và có tính đàn hồi, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Nhưng cao su dễ bị nứt và gây mệt mỏi. Bây giờ, có nghiên cứu cho thấy rằng việc giảm mật độ liên kết chéo trong cao su tự nhiên rối cao có thể cải thiện khả năng chống nứt và kéo dài tuổi thọ.
Thương hiệu: Christopher· Một trong những phát hiện ít được biết đến của Columbus trong các cuộc thám hiểm châu Mỹ là cao su tự nhiên, còn được gọi là“ Cao su” Nó đã được người Mỹ bản địa sử dụng trong nhiều thế kỷ để làm bóng và giày. Thương hiệu: Charles&Middot; Mackintosh đã sử dụng cao su tự nhiên để tạo ra một chiếc áo mưa mang tên ông. Nhưng các sản phẩm ban đầu có những hạn chế cơ bản vì cao su tự nhiên không phải là chất rắn, mà là một chất lỏng dày: miễn là nó đủ lâu, cao su chảy, mất hình dạng ban đầu của nó. Đến thế kỷ 19, Charles&Middot Goodyear đã phát hiện ra phương pháp lưu hóa, làm cho cao su tự nhiên trở thành vật liệu rắn, cho đến nay sản lượng hàng năm đạt 15 triệu tấn, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực giao thông, y tế và hàng tiêu dùng. Tuy nhiên, các sản phẩm cao su tự nhiên vẫn dễ bị nứt. Nian et al. tại Nature· Một phương pháp đã được báo cáo trong Sustainability tăng gấp mười lần ngưỡng độ dẻo dai và mệt mỏi của cao su tự nhiên.
Cao su tự nhiên IFrame bao gồm các phân tử polymer rất dài, mềm, là một chất lỏng nhớt và đàn hồi. Theo thời gian, các phân tử dài này trượt vào nhau, làm cho vật liệu mất hình dạng, nhưng trong một thời gian ngắn, các phân tử này không di chuyển ra xa nhau, do đó vật liệu thể hiện tính đàn hồi. Chất lỏng– Nguồn gốc của hành vi hỗn hợp rắn nằm ở mức độ rối cao của các chuỗi polymer, chuyển động của mỗi chuỗi bị hạn chế nghiêm trọng bởi các nước láng giềng và chỉ lan truyền rất chậm.
Goodyear phát hiện ra rằng khi trộn cao su tự nhiên với lưu huỳnh và đun nóng (lưu hóa), nó trở thành chất rắn đàn hồi. Quá trình này tạo thành một liên kết chéo giữa các phân tử polymer, ngăn chặn dòng chảy của chúng và tạo ra một cấu trúc vĩnh viễn như lưới đánh cá ba chiều. Nhưng phân đoạn chuỗi polymer vẫn linh hoạt, do đó cao su có tính đàn hồi. Trong quá trình lưu hóa điển hình, số lượng liên kết chéo tương đương với số lượng rối.
Ngoài ra, để dễ dàng xử lý, cao su tự nhiên thường cần“ Nhựa” — — Cắt nó thành chuỗi ngắn hơn, giảm độ nhớt bằng cách cắt cơ học. Do đó, mạng lưới cao su lưu hóa cuối cùng được hình thành bao gồm các đoạn chuỗi ngắn không còn bị rối mạnh. Mặc dù các phân đoạn này mềm và vật liệu có độ đàn hồi, vì liên kết chéo là ngẫu nhiên, một số phân đoạn ngắn hơn và có khoảng cách dài hơn giữa các điểm liên kết chéo khác. Khi cao su bị kéo căng, những đoạn dây chuyền ngắn, mỏng manh này dễ bị kéo căng quá mức và phá vỡ, dẫn đến việc tạo ra các vết nứt và rút ngắn tuổi thọ.
Để cải thiện khả năng chống gãy và độ dẻo dai của cao su lưu hóa, Nian và cộng sự đã sử dụng một chiến lược được đề xuất trong gel polymer trong những năm gần đây: tăng số lượng rối trên mỗi chuỗi khoảng mười lần bằng cách tăng chiều dài của các đoạn giữa các điểm liên kết chéo. Để duy trì kết nối mạng, nhiều liên kết chéo vẫn cần được hình thành trên mỗi chuỗi chính. Do đó, để kéo dài chuỗi, chuỗi chính polymer dài hơn phải được giữ lại. Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã quyết định tránh sử dụng các phương pháp nhựa cường độ cao truyền thống để giảm thiệt hại cho chiều dài chuỗi.
Ngay cả ở mật độ liên kết chéo thấp hơn, các nhà nghiên cứu đã đạt được rằng mỗi chuỗi có nhiều điểm liên kết chéo, đồng thời có các đoạn chuỗi rối dài hơn giữa các liên kết chéo. Mô đun đàn hồi của cao su này chủ yếu được kiểm soát bởi rối. Khi khoảng cách liên kết ngang khá xa và có rối liên tục ở giữa, có thể ức chế hiệu quả sự hình thành vết nứt do đứt đoạn chuỗi ngắn gây ra. Điều này làm cho cao su mới có thể chịu được mức độ kéo dài lớn hơn.
IFrame Trong cao su tự nhiên rối cao được tổng hợp bởi Nian et al., một số phân đoạn được kéo dài và một số bị nén. Nhưng không giống như liên kết chéo, rối cho phép chuỗi trượt trong đó, giống như một vòng hơn là một nút. Sự phân phối lại rối này dọc theo các phân đoạn chuỗi giúp cân bằng căng thẳng và giảm khả năng kéo dài quá mức của các phân đoạn, do đó ức chế sự hình thành và mở rộng của các vết nứt. Phương pháp này làm tăng độ dẻo dai của vật liệu lên mười lần và ngưỡng mệt mỏi lên năm lần.
Tất nhiên, loại cao su rối cao này còn có rất nhiều tính chất cần nghiên cứu thêm. Ví dụ, liên kết chéo làm giảm tác động đến tính chất tiêu tán nhớt của cao su, đặc biệt quan trọng trong các sản phẩm như lốp xe. Ngoài ra, cần kiểm tra tác động của các chất phụ gia khác nhau như chất độn, sắc tố và chất chống oxy hóa đối với việc tăng độ dẻo dai. Nhưng nếu kết quả này được áp dụng thành công cho cao su thương mại, nó sẽ có tác động rất lớn. Ví dụ, nếu bạn có thể giảm tốc độ mòn lốp gấp mười lần, bạn sẽ không chỉ giảm tần suất thay thế và cải thiện độ an toàn mà còn giảm đáng kể 6 triệu tấn vi nhựa cao su được thải ra hàng năm do mòn lốp.
Đáng chú ý, Nian et al. thông qua hai bước quan trọng trong chế biến cao su tự nhiên yếu— — Nhựa cường độ cao và liên kết chéo quá mức giữa các chuỗi— — Các tính chất polymer tiên tiến này đã đạt được. Bất kể sản phẩm nào sẽ xuất hiện trong tương lai“ Kỹ thuật rối” Các nguyên tắc cơ bản mà nhóm đưa ra sẽ cung cấp cho chiến lược thiết kế vật liệu trong tương lai.
