Nhóm Đại học Tennessee phát triển phương pháp mới để xem và dự đoán các sai sót trong cao su

Knoxville, TN - Một phương pháp mới để đảm bảo tính nhất quán và chất lượng trong sản xuất cao su, được phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Đại học Tennessee, Knoxville và Eastman, có khả năng cho thấy tác động thực tế đến tính bền vững và độ bền của vật liệu đối với các sản phẩm như ô tô lốp xe.

Khi người tiêu dùng ở Hoa Kỳ và trên toàn cầu ngày càng được khuyến khích sử dụng xe điện và tránh xa sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, những người dùng xe điện hiện tại đã phát hiện ra một vấn đề bảo trì không mong muốn. Do sự kết hợp giữa trọng lượng cao hơn và mô-men xoắn cao hơn, xe điện tạo áp lực lớn hơn lên lốp tiêu chuẩn, khiến chúng xuống cấp nhanh hơn 30% so với lốp trên xe đốt trong.

Giáo sư Fred N. Peebles của UT và Chủ tịch xuất sắc IAMM Dayakar Penumadu, cùng với nghiên cứu sinh kỹ thuật điện Jun-Cheng Chin, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Stephen Young và ba nhà khoa học Eastman, gần đây đã công bố nghiên cứu nhằm giải quyết một trong những thách thức phổ biến nhất của sản xuất cao su: xác định sai sót trong vật liệu.

Cao su có chứa các chất phụ gia như oxit kẽm và lưu huỳnh có tác dụng cải thiện độ bền, độ đàn hồi và các đặc tính có lợi khác. Khi các thành phần không được phân bổ đều khắp sản phẩm cao su như lốp ô tô, vật liệu đó sẽ có những khuyết điểm khiến sản phẩm bị xuống cấp sớm.

Penumadu cho biết: “Nếu các thành phần như lưu huỳnh không phân tán tốt sẽ tạo ra các vết cứng cục bộ”. “Thứ cứng đó thu hút rất nhiều ứng suất cơ học và nhiệt, khiến vật liệu bị thoái hóa sớm.”

Ngay cả một khuyết điểm có chiều rộng bằng sợi tóc con người cũng có thể làm giảm tuổi thọ của một bộ phận cao su lớn như lốp ô tô.

Penumadu nói: “Điều đó dẫn đến những tác động về an toàn và kinh tế.

Việc xác định và nghiên cứu những sai sót như vậy – một lĩnh vực được gọi là cơ học đứt gãy – là rất quan trọng để hiểu được vật liệu sẽ hoạt động như thế nào. Tuy nhiên, việc tìm ra những sai sót như vậy trước khi chúng gây ra vấn đề là một vấn đề đã gây khó khăn cho ngành cao su từ lâu.

Penumadu cho biết: “Phương pháp tiếp cận hiện nay của ngành là cắt ra một mẫu cao su nhỏ, sau đó quan sát nó dưới kính hiển vi quang học”. “Điều này không chỉ tẻ nhạt và mang tính hủy diệt mà còn không đáng tin cậy. Nó yêu cầu bạn phải đoán trước ở đâu, trong một mẫu mờ đục, bạn cần kiểm tra sự mâu thuẫn.”

Ngoài ra, kính hiển vi quang học không thể phân biệt giữa các thành phần cao su - ví dụ, lưu huỳnh và oxit kẽm đều xuất hiện dưới dạng đốm trắng.

Nhóm của Penumadu đã khắc phục được vấn đề này bằng cách chuyển từ phân tích quang học sang chụp cắt lớp vi tính bằng tia X. Tia X đi qua mẫu bị tán xạ và hấp thụ khác nhau tùy thuộc vào vật liệu chúng chiếu vào. Sau đó, máy tính sẽ tái tạo lại mô hình 3D kỹ thuật số bên trong cao su.

“Đây là một điểm rất quan trọng,” Penumadu nói. “XCT cho phép chúng tôi nhìn thấy bên trong vật liệu một cách không xâm lấn và chúng tôi thực sự có thể nhìn thấy sự phân bố của từng thành phần.”

Việc áp dụng phương pháp mới này làm tăng khả năng xem và dự đoán các sai sót của ngành cao su và cuối cùng sẽ tạo ra các sản phẩm cao su có chất lượng ổn định hơn và bền hơn.

Vào tháng 10, nhóm đã nhận được Giải thưởng Xuất bản Xuất sắc năm 2021 từ Tạp chí Hóa học và Công nghệ Cao su cho bài báo đột phá của họ, “Phân tích định lượng độ phân tán lưu huỳnh trong công thức lốp đàn hồi bằng cách sử dụng phương pháp chụp cắt lớp điện toán tia X có độ phân giải cao”, thảo luận về phương pháp XCT mới và kết quả nghiên cứu của họ.

#bộ phận cao su、#sản phẩm cao su、#con dấu cao su、#gioăng cao su、#ống cao su、#bộ phận cao su tùy chỉnh、#bộ phận cao su ô tô、#hợp chất cao su、#ống lót cao su#bộ phận cao su silicone、#bộ phận silicone tùy chỉnh、#ống cao su