Un team dell'Università del Tennessee sviluppa un nuovo metodo per visualizzare e prevedere i difetti nella gomma

Knoxville, TN – Un nuovo metodo per garantire coerenza e qualità nella produzione della gomma, sviluppato da un gruppo di ricerca dell'Università del Tennessee, Knoxville e Eastman, mostrerà probabilmente un impatto reale sulla sostenibilità dei materiali e sulla durata di prodotti come le automobili. pneumatici.

Poiché i consumatori negli Stati Uniti e in tutto il mondo sono sempre più incentivati ​​verso i veicoli elettrici e si allontanano dalla dipendenza dai combustibili fossili, gli attuali utenti di veicoli elettrici hanno scoperto un problema di manutenzione inaspettato. A causa della combinazione di peso maggiore e coppia più elevata, i veicoli elettrici esercitano una pressione maggiore sui pneumatici standard, facendoli degradare il 30% più velocemente rispetto ai pneumatici dei veicoli a combustione interna.

Dayakar Penumadu, professore di Fred N. Peebles dell'UT e presidente di eccellenza IAMM, insieme allo studente laureato in ingegneria elettrica Jun-Cheng Chin, al ricercatore post-dottorato Stephen Young e a tre scienziati Eastman, hanno recentemente pubblicato una ricerca volta a risolvere una delle sfide più comuni della produzione di gomma: identificare i difetti nel materiale.

La gomma contiene additivi come ossido di zinco e zolfo che lavorano per migliorare la resistenza, l'elasticità e altri tratti favorevoli. Quando gli ingredienti non sono distribuiti uniformemente in un prodotto in gomma, come uno pneumatico per auto, il materiale conterrà difetti che causeranno il degrado prematuro del prodotto.

"Se componenti come lo zolfo non si disperdono bene, ciò genera punti duri localizzati", ha affermato Penumadu. "Quella sostanza dura attira molti stress meccanici e termici, facendo degradare prematuramente il materiale."

Anche un difetto largo quanto un capello umano può ridurre la durata di vita di un componente in gomma di grandi dimensioni, come uno pneumatico per auto.

“Ciò porta a impatti economici e sulla sicurezza”, ha affermato Penumadu.

Identificare e studiare tali difetti, un campo noto come meccanica della frattura, è fondamentale per comprendere come si comporterà il materiale. Tuttavia, individuare tali difetti prima che causino problemi è un problema che affligge da tempo l’industria della gomma.

“L’attuale approccio dell’industria è quello di ritagliare un piccolo campione di gomma, quindi osservarlo al microscopio ottico”, ha detto Penumadu. “Non solo è noioso e distruttivo, è anche inaffidabile. Richiede di indovinare in anticipo dove, in un campione opaco, è necessario verificare la presenza di incoerenze”.

Inoltre, i microscopi ottici non sono in grado di distinguere tra i componenti della gomma: ad esempio, lo zolfo e l’ossido di zinco appaiono entrambi come granelli bianchi.

Il team di Penumadu ha superato questo problema passando dall’analisi ottica alla tomografia computerizzata a raggi X. I raggi X che attraversano il campione vengono diffusi e assorbiti in modo diverso a seconda dei materiali che colpiscono. Un computer ricostruisce quindi un modello digitale 3D dell’interno della gomma.

"Questo è un punto molto importante", ha detto Penumadu. "L'XCT ci consente di vedere l'interno del materiale in modo non invasivo e possiamo effettivamente vedere la distribuzione di ciascun componente."

L’applicazione di questo nuovo metodo aumenta la capacità dell’industria della gomma di visualizzare e prevedere i difetti e porterà, in definitiva, a prodotti in gomma di qualità più costante e di maggiore durata.

A ottobre il team ha ricevuto il Publication Excellence Award 2021 dal Journal of Rubber Chemistry and Technology per il suo articolo innovativo, "Analisi quantitativa della dispersione dello zolfo nelle formulazioni di pneumatici elastomerici mediante tomografia computerizzata a raggi X ad alta risoluzione", che discute il nuovo metodo XCT e i risultati della loro ricerca.

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