Prototip bisiklet lastiğinde ipek kullanılarak dayanıklılık ve dayanıklılık açısından naylondan daha iyi performans gösteriliyor

Tayland’daki araştırmacılar, geleneksel naylon kumaş takviyesini doğal ipekle değiştiren yüksek performanslı bir bisiklet lastiği prototipi geliştirdiler. Ekip, laboratuvar ölçekli malzeme testini pilot ölçekli lastik üretimiyle birleştirdi. Doğal kauçuk kompozitler, kauçuk tabakaların arasına bir ipek veya naylon kumaş tabakası yerleştirilerek ve tabakaların bir resorsinol-formaldehit-lateks kaplama kullanılarak yapıştırılmasıyla üretildi. Seçilen kompozit formülasyon daha sonra tam bisiklet lastikleri üretmek için kullanıldı.

Testler, ipekle güçlendirilmiş kauçuk kompozitin, benzer naylonla güçlendirilmiş malzemeye göre daha yüksek gerilme mukavemetine ve daha iyi yapışmaya sahip olduğunu gösterdi. Dinamik mekanik analiz aynı zamanda ipek takviyeli kompozitte daha düşük enerji dağılımı gösterdi; bu da tekrarlanan deformasyon altında ısı oluşumunun azaldığını gösteriyor. Çalışma dergide yayınlandı ACS Omega.

Prototip ipek takviyeli lastik, aynı temel yapı ve kauçuk formülasyonu kullanılarak yapılan naylon takviyeli kontrol lastiğiyle karşılaştırıldı. Yaklaşık %10,5 daha hafifti ve şunları başardı:

• %29 daha fazla dayanıklılık;
• %57 daha fazla delinme direnci; Ve
• %143 daha fazla kordon çekme mukavemeti.

İpek takviyeli lastik aynı zamanda lastik sırtı ile takviye kordonu arasında önemli ölçüde daha yüksek yapışma mukavemeti gösterdi.

Araştırmacılar bu performansı ipek liflerinin yapısına ve bunların doğal kauçukla etkileşimine bağladılar. İpek, doğal kauçuktaki bileşenlerle etkileşime girebilen protein bazlı moleküler gruplar içerirken, ince lifli yapısı kompozit arayüz boyunca stres transferini geliştirebilir.

Taramalı elektron mikroskobu, kaplanmış ipek kumaş ile kauçuk matris arasında az sayıda görünür ara yüzey boşluğuyla birlikte iyi bir temas gösterdi. İpek lifleri ayrıca naylon liflerden daha ince bir yapıya sahipti ve bu da daha etkili bir güçlendirmeye katkıda bulunmuş olabilir.

Ekip ayrıca bir kilogram ipek ve naylon takviyeli lastik malzemesi üretmek için kullanılan malzeme girdilerini karşılaştıran kapıdan kapıya yaşam döngüsü değerlendirmesi de gerçekleştirdi.

Değerlendirme sınırları dahilinde ipek takviyeli lastik, incelenen dört kategoride daha düşük etkiler gösterdi. Tahmini küresel ısınma potansiyeli, naylon takviyeli lastiğin 5,06 kg’ına kıyasla 0,79 kg karbondioksit eşdeğeriydi. Aynı zamanda daha düşük fosil kaynağı tükenmesi, ozon tüketme potansiyeli ve fotokimyasal oksidasyon potansiyeli gösterdi.

Değerlendirme, lastik üretim tesisindeki malzeme girdilerini kapsıyordu. Yukarı yöndeki ham madde çıkarımını, fabrika enerji tüketimini, lastik kullanımını veya kullanım ömrü sonu işlemlerini içermiyordu. Bu nedenle çevresel sonuçlar, tam yaşam döngüsü karşılaştırmasından ziyade, bu tanımlanmış kapıdan kapıya sınır dahilinde bir karşılaştırma olarak yorumlanmalıdır.

Çalışma, doğal ipeğin, sentetik takviyenin yenilenebilir bir alternatifinden daha fazlası olarak işlev görebileceğini gösteriyor. Bu prototipte, çeşitli mekanik ve lastik performansı ölçümlerini iyileştirirken aynı zamanda çalışmanın ortaya çıkardığı çevresel etkileri de azalttı.

Araştırmacılar, daha uzun açık hava denemelerinin hala gerekli olduğunu belirtiyor. Gelecekteki çalışmaların gerçek bisiklet koşulları altındaki performansı, daha büyük ölçekte üretimi ve ipek ile kauçuk arasındaki bağın daha fazla optimizasyonunu incelemesi gerekecek.