بهبود آستانه خستگی در شبکه‌های الاستومری

محققین موسسه مهندسی و علوم کاربردی John A. Paulson با ابداع روشی چند مقیاسی موفق به بهبود آستانه خستگی (fatigue) لاستیک‌های تقویت شده با ذرات، از جمله تایرها شده اند.

چنین موادی تحت استفاده مکرر دوام بالایی در برابر اعمال بارهای دوره‌ای از خود نشان داده و تحمل ترک قابل توجهی دارند.

لاتکس طبیعی نرم و کشسان است. برای گستره‌ای از کاربردها، از جمله لاستیک‌ها، شلنگ‌ها و ضربه گیر‌ها، رابر با ذراتی سخت از جمله ذرات دوده و سیلیکا تقویت می‌شود. حضور این ذرات در ماتریس لاستیک، هرچند باعث بهبود سفتی محصول نهایی می‌شود، اما تاثیری در مقاومت به ترک محصول تحت بارگذاری دوره‌ای (آستانه خستگی محصول) نخواهد داشت. این بدان معناست که هرچند تکنولوژی لاستیک سازی از سال 1950 تا کنون به پیشرفت‌های زیادی در زمینه افزایش مقاومت سایشی و مصرف سوخت کمتر دست یافته است، اما همچنان ایجاد ترک‌های ریز در سطح تایر می‌تواند مقدار زیادی از ذرات رابر در محیط زیست به جا گذارد که مخاطراتی برای سلامتی انسان و سایر موجودات به بار می‌آورد و نیز در طی بارگذاری‌های مکرر روی لاستیک، ترک‌ها به مرور رشد کرده و موجب فرسودگی تایر می‌شوند.

پیش از این دانشمندان با افزایش طول زنجیرهای پلیمری و افزایش چگالی گره خوردگی، موفق به افزایش آستانه خستگی محصولات لاستیکی خالص شده بودند اما درمورد لاستیک‌های تقویت شده با ذرات، این موضوع همچنان با چالش‌هایی روبرو بوده است.

ماده‌ای که توسط محققین مذکور با هدف بهبود آستانه خستگی لاستیک‌های تقویت شده تهیه شد، متشکل از یک سیستم الاستومری با زنجیرهای بلند پلیمری و چگالی گره خوردگی بالا و ذراتی بود که تشکیل خوشه داده و با زنجیرهای پلیمری طویل پیوند کوالانسی برقرار کرده اند. نحوه ساخت این محصول به این شکل بود که در گام نخست مونومرهای اتیل اکریلات به کمک شروع کننده Irgacure 1173 پلیمریزه و سپس به کمک عامل شبکه‌ای کننده TDDA تشکیل شبکه دادند. سپس ذرات سیلیکا که با 3-(تری متیوکسیلیل)پروپیل متاکریلات (TPM) عامل دار شده بوند، وارد این بستر شده و همزمان با تشکیل خوشه، با زنجیرهای پلیمری پیوند کوالانسی برقرار کردند.