Polimer ağı sırayla yeniden yapılandırılarak elastomerlerin gerilim altında sağlam kalmasına yardımcı olur

Şok emici spor ayakkabı tabanları muhtemelen oldukça elastik ve sert bir polimer olan poliüretandan yapılmıştır. Bu elastomerlerin darbeyi kırılmadan absorbe etme yeteneği pratik uygulamalar için son derece önemlidir. Elastomer dayanıklılığını arttırmak için birden fazla strateji mevcut olsa da her birinin kendi sınırlamaları vardır. Bununla birlikte, üç mekanizmanın tamamını tek bir malzeme içinde entegre ederek sinerjistik toklaştırma elde etmek hala zorludur.

Artık Osaka Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, elastomerleri güçlendirmek için çok yollu sinerjik bir strateji geliştirerek bu sınırlamaların üstesinden geldiler. Bu keşif şu şekilde rapor edilmiştir: Doğa İletişimi.

Elastomerler son derece elastik olan polimerlerdir; dış stres altında kuvvetli bir şekilde deforme olabilirler ve stres ortadan kaldırıldığında orijinal şekillerine geri dönebilirler. Ancak geleneksel elastomerler çok dayanıklı değildir çünkü mikroskobik çatlaklar malzemenin yırtılmasına neden olabilir.

Sonuç olarak, enerjiyi dağıtarak elastomerlerin dayanıklılığını arttırmak için stratejiler kullanılır. Yani deformasyon sırasında polimer mekanik enerjiyi emer ve onu diğer enerji biçimlerine dönüştürerek dağıtır.

Yırtılmaya karşı üç savunma

Gözyaşı olasılığını azaltmak için üç tür enerji dağıtma stratejisi kullanılabilir.

1. Moleküler kayma: Rotaksan molekülleri elastomerin içine dahil edilir, burada harici bir kuvvet altında kayar ve dönerler, stresi ağ boyunca yeniden dağıtır ve kırılmayı önler.
2. Kuvvet kaynaklı bağ kesilmesi: Moleküller, uygulanan stres altında kırılan ve elastomerin hasar görmesini geciktiren “kurban” bağlarla elastomerlerin içine gömülür.
3. Zincir dolaşması: Moleküler tasarım, stres oluştuğunda zincirlerin ağ boyunca kaymasına ve gerilimi yeniden düzenlemesine olanak tanıyan, yapısal olarak iyi tanımlanmış zincir dolaşıklıklarını ortaya çıkarmak için kullanılır.

Bireysel enerji dağıtımı stratejileri, elastomer dayanıklılığında yalnızca sınırlı bir iyileşme sağlar. Her ne kadar tek bir malzemeye birden fazla mekanizma dahil edilmiş olsa da, uygulanan gerilim arttıkça bunları sırayla etkinleştirerek sinerjistik toklaştırma elde etmek zorlu olmaya devam ediyor.

Baş yazar Xue Li, “Elastomerin arızalanmasını önlemek için artan stres altında sırayla etkinleştirilen üç enerji dağıtım yolunu entegre ettik” diye açıkladı. “Böylece üç güçlendirme mekanizmasını sinerjik olarak birleştirdik.”

Strese sıralı bir tepki

Bu çalışmada yazarlar, fedakar bağlara sahip halka moleküllerini bir elastomere dahil ettiler. Uygulanan stres altında, kuvveti absorbe etmek için ilk önce elastomerde halka kayması meydana gelir. Gerilim arttıkça halkalar doğrusal zincirler oluşturacak şekilde ayrılır. Daha da yüksek stres altında, doğrusal zincirler diğer zincirlere karışarak ağ bağlantısını korur ve zincir kayması yoluyla enerjiyi dağıtır.

Bu strateji, lastikler, eldivenler ve yapıştırıcılar gibi kullanımlarla hem yumuşak hem de dayanıklı malzemeler oluşturmak için kullanılabilir. Bu malzemelerin üstün dayanıklılığı, daha iyi hizmet ömrü ve güvenilirliğe dönüşmektedir.