Массачусетський технологічний інститут розробляє ударостійку полімерну технологію для потенційного застосування в шинах

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) представили революційну полімерну технологію, призначену для значного підвищення ударостійкості таких матеріалів, як синтетичний каучук і пластик. Інновації зосереджені на вбудовуванні слабких молекулярних зв’язків, які називаються механофорами, у полімерні мережі. Під напругою ці зв’язки вибірково розриваються, поглинаючи та розсіюючи енергію, яка інакше спричинила б пошкодження. Команда продемонструвала цей підхід у стирол-бутадієн-стирольному каучуку (SBS), який зазвичай використовується у підошвах взуття, асфальті та покрівлі, і зараз оцінює його застосування в латексі та гумі для шин. Технологія також досліджується для використання в пластмасах на основі полістиролу.

Дослідження, опубліковане 3 червня, підкреслює, як механофори створюють локалізовані «рухливі зони» під час ударів на високій швидкості. У цих зонах зв’язки руйнуються під дією сили, утворюючи контрольовані шляхи, які поглинають енергію, залишаючи навколишній матеріал недоторканим. За словами Джеремії Джонсона, професора хімії А. Томаса Гертіна в Массачусетському технологічному інституті та старшого автора дослідження, цей механізм значно підвищує здатність матеріалу протистояти балістичним ударам. «Ці зшивачі можуть значно збільшити кількість енергії, яку матеріал поглинає під час балістичного удару», — сказав Джонсон. «Ви можете уявити багато застосувань цього, особливо якщо це можна узагальнити на інші полімери».

Дослідники перевірили цю технологію за допомогою лазерно-індукованої системи тестування мікроснарядів (LIPIT), яка вистрілює мікроскопічні частинки кремнезему в полімерні плівки зі швидкістю близько 750 метрів на секунду. Вимірювання змін швидкості до і після удару виявили, що механофорний зшитий полістирол поглинав значно більше енергії, ніж звичайні або стандартні зшиті версії.

Окрім довговічності, ця технологія може мати екологічні переваги. За оцінками, зношення шин становить принаймні 10% мікропластику в навколишньому середовищі, і Массачусетський технологічний інститут припускає, що шини з більш тривалим терміном служби завдяки цій інновації можуть зменшити забруднення мікропластиком. Цей підхід також відрізняється своєю простотою: його можна включати в широко використовувані комерційні полімери з мінімальною хімічною модифікацією.

Йоан Саймон, ад’юнкт-професор Школи молекулярних наук Університету штату Арізона (не бере участі в дослідженні), високо оцінив роботу, заявивши: «Особливо привабливим у цьому підході є можливість наділити цими властивостями готові пластики, як склоподібні, так і еластомерні, з мінімальною хімією. Це дослідження поєднує в собі елегантний підхід і забезпечує поглиблений механічний аналіз. механізму відмови».

Дослідження ґрунтується на попередніх роботах, які показують, що стратегічно розташовані слабкі ланки в полімерах можуть зміцнити матеріали шляхом перенаправлення та розсіювання енергії під час стресу. Висновки команди Массачусетського технологічного інституту свідчать про широке потенційне застосування, від більш міцних шин до довговічних споживчих товарів. Дослідження було опубліковано в журналі *ACS Central Science*.