Исследователи Институт механики сплошных сред УрО РАН (г. Пермь) разработали и запатентовали способ изучения внутренней структуры эластомерных нанокомпозитов без повреждения образцов. Метод позволяет буквально «заглянуть» на десятки нанометров под поверхность материала и определить, как распределены углеродные наночастицы внутри резины. Новость опубликована пресс-службой РАН.
Речь идет о материалах на основе эластомерного связующего — различных каучуков и технических резин, которые используются в шинах, уплотнителях, защитных покрытиях и деталях, работающих в агрессивных средах. Такие материалы хорошо переносят деформацию, но часто уступают по прочности и устойчивости к износу. Чтобы сделать их надежнее, в состав добавляют технический углерод, углеродные нанотрубки и детонационные наноалмазы. Именно распределение этих частиц определяет долговечность и механические свойства материала.
Игла микроскопа вместо разрушительных испытаний
Новая технология основана на атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме. Ученые анализируют так называемые диссипативные потери — изменения колебаний сверхчувствительной иглы микроскопа при движении по поверхности образца. Затем специальный алгоритм преобразует фазовую карту колебаний в количественную карту глубины расположения твердых частиц под поверхностью упругого материала.
Авторы испытали метод на образцах бутадиен-нитрильного каучука с техническим углеродом и многостенными нанотрубками. Система смогла обнаружить скопления нанотрубок, которые не были видны на обычных картах рельефа поверхности. По словам пермских ученых, это особенно важно для промышленного контроля качества: скрытые агломерации наполнителя могут стать причиной ускоренного износа или разрушения материала.
Разработка уже прошла экспертизу Роспатента и признана промышленно применимой. Электронный патент появится в государственном реестре после завершения регистрации.
Интересные факты о резине
Эластомеры используются не только в автомобильных шинах, но и в мягкой робототехнике, гибкой электронике и искусственной коже.
Современные исследования показывают, что некоторые эластомеры способны к самовосстановлению после повреждений благодаря обратимым химическим связям.
В мире активно изучают «умные» эластомеры, меняющие форму под действием температуры или света — такие материалы особенно перспективны для медицины и робототехники.
Проблема распределения наполнителей особенно важна для шинной промышленности: именно микроструктура резины влияет на сцепление, износ и образование микрочастиц на дорогах.
Разработанный способ позволяет определить расположение наночастиц в приповерхностном слое (до десятков нанометров) без разрушения образца, что критически важно для контроля качества наномодифицированных эластомеров. Объекты, незаметные на обычных топографических картах, надежно выявляются на фазовых изображениях с последующей количественной обработкой.
Александр Свистков
О секрете невероятной прочности автомобильных шин рассказывает недавний материал Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru