MIT разрабатывает ударопрочную полимерную технологию для потенциального применения в шинах

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили революционную полимерную технологию, предназначенную для значительного повышения ударопрочности таких материалов, как синтетический каучук и пластмассы. Инновации сосредоточены на внедрении слабых молекулярных связей, называемых механофорами, в полимерные сети. В условиях стресса эти связи выборочно разрываются, поглощая и рассеивая энергию, которая в противном случае могла бы привести к повреждению. Команда продемонстрировала этот подход на примере бутадиен-стирольного (SBS) каучука, который обычно используется в подошвах обуви, асфальте и кровле, и в настоящее время оценивает его применение в латексе и резине для шин. Эта технология также изучается для использования в пластмассах на основе полистирола.

Исследование, опубликованное 3 июня, показывает, как механофоры создают локализованные «подвижные зоны» во время высокоскоростных ударов. Внутри этих зон связи разрушаются под действием силы, образуя контролируемые пути, которые поглощают энергию, оставляя окружающий материал нетронутым. По словам Джереми Джонсона, профессора химии Массачусетского технологического института и старшего автора исследования, этот механизм значительно повышает способность материала противостоять баллистическим ударам. «Эти сшивающие агенты могут существенно увеличить количество энергии, которую материал поглощает при баллистическом ударе», — сказал Джонсон. «Вы можете себе представить множество применений этого, особенно если это можно распространить на другие полимеры».

Исследователи протестировали технологию с помощью системы испытания на удар микроснарядов, вызванной лазером (LIPIT), которая стреляет микроскопическими частицами кремнезема по полимерным пленкам со скоростью около 750 метров в секунду. Измерения изменений скорости до и после удара показали, что полистирол, сшитый механофором, поглощает значительно больше энергии, чем обычные или стандартные сшитые версии.

Помимо долговечности, эта технология может иметь экологические преимущества. По оценкам, износ шин составляет не менее 10% микропластика в окружающей среде, и MIT предполагает, что более долговечные шины, обеспечиваемые этой инновацией, могут уменьшить загрязнение микропластиком. Подход также примечателен своей простотой: его можно включать в широко используемые коммерческие полимеры с минимальной химической модификацией.

Йоан Саймон, доцент Школы молекулярных наук Университета штата Аризона (не участвовавший в исследовании), высоко оценил работу, заявив: «Что особенно привлекательно в этом подходе, так это способность придавать эти свойства готовым товарным пластикам, как стеклообразным, так и эластомерным, с минимальным химическим составом. Это исследование сочетает в себе элегантный подход и обеспечивает углубленный механический анализ механизма разрушения».

Исследование основано на более ранней работе, показывающей, что стратегически расположенные слабые звенья в полимерах могут укрепить материалы, перенаправляя и рассеивая энергию во время стресса. Результаты команды MIT предполагают широкие потенциальные возможности применения — от более прочных шин до более долговечных потребительских товаров. Исследование было опубликовано в журнале *ACS Central Science*.