University of Tennessee-teamet udvikler ny metode til at se og forudsige fejl i gummi

Knoxville, TN – En ny metode til at sikre ensartethed og kvalitet i gummifremstilling, udviklet af et forskerhold fra University of Tennessee, Knoxville og Eastman, vil sandsynligvis vise den virkelige verden indvirkning på materialers bæredygtighed og holdbarhed for produkter som bil dæk.

Efterhånden som forbrugere i USA og rundt om i verden i stigende grad motiveres til elektriske køretøjer og væk fra afhængighed af fossilt brændstof, har nuværende elbilbrugere afsløret et uventet vedligeholdelsesproblem. På grund af kombinationen af ​​højere vægt og højere drejningsmoment lægger elbiler mere pres på standarddæk, hvilket får dem til at nedbrydes 30 % hurtigere end dæk på forbrændingskøretøjer.

UT's Fred N. Peebles Professor og IAMM Chair of Excellence Dayakar Penumadu, sammen med elektroingeniørstuderende Jun-Cheng Chin, postdoc-forsker Stephen Young og tre Eastman-forskere, har for nylig offentliggjort forskning med det formål at løse en af ​​gummifremstillings mest almindelige udfordringer: identificering af fejl i materialet.

Gummi indeholder tilsætningsstoffer som zinkoxid og svovl, der arbejder for at forbedre styrke, elasticitet og andre gunstige egenskaber. Når ingredienserne ikke er jævnt fordelt i et gummiprodukt som fx et bildæk, vil materialet indeholde fejl, der får produktet til at nedbrydes for tidligt.

"Hvis komponenter som svovl ikke spredes godt, genererer det lokale hårde pletter," sagde Penumadu. "De hårde ting tiltrækker en masse mekaniske og termiske belastninger, hvilket gør, at materialet nedbrydes for tidligt."

Selv en fejl i bredden af ​​et menneskehår kan reducere levetiden for en stor gummikomponent, såsom et bildæk.

"Det fører til sikkerhed og økonomiske konsekvenser," sagde Penumadu.

At identificere og studere sådanne fejl - et felt kendt som brudmekanik - er afgørende for at forstå, hvordan materialet vil fungere. Men at finde sådanne fejl, før de forårsager problemer, er et problem, der længe har plaget gummiindustrien.

"Den nuværende industritilgang er at skære en lille prøve af gummi ud og derefter observere den under et optisk mikroskop," sagde Penumadu. "Ikke kun er dette kedeligt og destruktivt, det er upålideligt. Det kræver, at du på forhånd gætter, hvor du i en uigennemsigtig prøve skal tjekke for uoverensstemmelser."

Derudover kan optiske mikroskoper ikke skelne mellem gummikomponenter - for eksempel optræder svovl og zinkoxid begge som hvide pletter.

Penumadus team har overvundet dette problem ved at skifte fra optisk analyse til røntgencomputertomografi. Røntgenstråler, der passerer gennem prøven, spredes og absorberes forskelligt afhængigt af de materialer, de rammer. En computer rekonstruerer derefter en digital 3D-model af gummiets indre.

"Dette er et meget vigtigt punkt," sagde Penumadu. "XCT lader os se indersiden af ​​materialet non-invasivt, og vi kan faktisk se fordelingen af ​​hver komponent."

Anvendelsen af ​​denne nye metode øger gummiindustriens evne til at se og forudsige fejl og vil i sidste ende føre til mere ensartet kvalitet og længerevarende gummiprodukter.

I oktober modtog holdet 2021 Publication Excellence Award fra Journal of Rubber Chemistry and Technology for deres banebrydende papir, "Sulfur Dispersion Quantitative Analysis in Elastomeric Tire Formulations by Using High Resolution X-Ray Computed Tomography", som diskuterer den nye XCT-metode og deres forskningsresultater.

#gummidele、#gummiprodukt、#gummitætning、#gummipakning、#gummibælg、#brugerdefineret gummidel、 #automotive gummidele、#gummiblanding、#gummibøsning#Siliconegummidele、#Tilpassede silikonedele、#gummislange