يقوم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير تقنية البوليمر المقاومة للصدمات مع تطبيقات الإطارات المحتملة

كشف باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) عن تقنية بوليمر متطورة مصممة لتعزيز مقاومة الصدمات بشكل كبير في مواد مثل المطاط الصناعي والبلاستيك. يتمحور الابتكار حول دمج روابط جزيئية ضعيفة، تسمى حاملات ميكانيكية، في شبكات البوليمر. تحت الضغط، تنكسر هذه الروابط بشكل انتقائي، وتمتص وتبدد الطاقة التي قد تسبب ضررًا. وقد أظهر الفريق هذا النهج في مطاط الستايرين بوتادين ستايرين (SBS)، الذي يُستخدم عادة في نعال الأحذية، والإسفلت، والأسقف، ويقوم الآن بتقييم تطبيقه في مطاط اللاتكس والإطارات. ويجري أيضًا استكشاف هذه التكنولوجيا لاستخدامها في المواد البلاستيكية القائمة على البوليسترين.

تسلط الدراسة، التي نُشرت في الثالث من يونيو، الضوء على كيفية قيام الحاملات الميكانيكية بإنشاء “مناطق متنقلة” محلية أثناء التأثيرات عالية السرعة. داخل هذه المناطق، تنكسر الروابط تحت القوة، وتشكل مسارات متحكم بها تمتص الطاقة بينما تترك المواد المحيطة سليمة. تعمل هذه الآلية على تعزيز قدرة المادة بشكل كبير على تحمل التأثيرات الباليستية، وفقًا لجيرميا جونسون، أستاذ الكيمياء في معهد توماس جورتن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأحد كبار مؤلفي الدراسة. وقال جونسون: “يمكن لهذه الروابط المتقاطعة أن تزيد بشكل كبير من كمية الطاقة التي تمتصها المادة تحت التأثير الباليستي”. “يمكنك أن تتخيل العديد من التطبيقات لذلك، خاصة إذا كان من الممكن تعميم ذلك على البوليمرات الأخرى.”

اختبر الباحثون هذه التقنية باستخدام نظام اختبار تأثير المقذوفات الدقيقة المستحث بالليزر (LIPIT)، والذي يطلق جزيئات السيليكا المجهرية في أفلام البوليمر بسرعة تبلغ حوالي 750 مترًا في الثانية. كشفت قياسات تغيرات السرعة قبل وبعد الاصطدام أن البوليسترين المتشابك الميكانيكي يمتص طاقة أكبر بكثير من الإصدارات التقليدية أو القياسية المتشابكة.

وبعيدًا عن المتانة، يمكن أن يكون لهذه التكنولوجيا فوائد بيئية. تشير التقديرات إلى أن تآكل الإطارات يساهم بما لا يقل عن 10% من المواد البلاستيكية الدقيقة في البيئة، ويشير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى أن الإطارات طويلة الأمد التي يتيحها هذا الابتكار يمكن أن تقلل من التلوث باللدائن الدقيقة. يتميز هذا النهج أيضًا ببساطته: حيث يمكن دمجه في البوليمرات التجارية المستخدمة على نطاق واسع مع الحد الأدنى من التعديل الكيميائي.

أشاد يوان سايمون، الأستاذ المشارك في كلية العلوم الجزيئية بجامعة ولاية أريزونا (غير المشارك في البحث)، بالعمل قائلاً: “الأمر الجذاب بشكل خاص في هذا النهج هو القدرة على منح هذه الخصائص للسلع البلاستيكية الجاهزة، سواء كانت زجاجية أو مطاطية، مع الحد الأدنى من الكيمياء. تجمع هذه الدراسة بين نهج أنيق مع تقديم تحليل ميكانيكي متعمق لآلية الفشل. “

يعتمد البحث على عمل سابق يوضح أن الروابط الضعيفة الموضوعة بشكل استراتيجي في البوليمرات يمكن أن تقوي المواد عن طريق إعادة توجيه وتبديد الطاقة أثناء الإجهاد. تشير النتائج التي توصل إليها فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى تطبيقات محتملة واسعة النطاق، بدءًا من الإطارات الأكثر متانة وحتى المنتجات الاستهلاكية طويلة الأمد. نُشرت الدراسة في مجلة *ACS Central Science*.