Un equipo de la Universidad de Tennessee desarrolla un nuevo método para ver y predecir defectos en el caucho

Knoxville, TN – Es probable que un nuevo método para garantizar la consistencia y la calidad en la fabricación de caucho, desarrollado por un equipo de investigación de la Universidad de Tennessee, Knoxville y Eastman, muestre un impacto en el mundo real en la sostenibilidad y durabilidad de los materiales para productos como los automóviles. llantas.

A medida que los consumidores en los EE. UU. y en todo el mundo están cada vez más incentivados hacia los vehículos eléctricos y se alejan de la dependencia de los combustibles fósiles, los usuarios actuales de vehículos eléctricos han descubierto un problema de mantenimiento inesperado. Debido a la combinación de mayor peso y mayor torque, los vehículos eléctricos ejercen más presión sobre los neumáticos estándar, lo que hace que se degraden un 30% más rápido que los neumáticos de los vehículos de combustión interna.

El profesor Fred N. Peebles de la UT y presidente de excelencia de la IAMM, Dayakar Penumadu, junto con el estudiante graduado en ingeniería eléctrica Jun-Cheng Chin, el investigador postdoctoral Stephen Young y tres científicos de Eastman, publicaron recientemente una investigación destinada a resolver uno de los desafíos más comunes de la fabricación de caucho: identificar fallas. en la materia.

El caucho contiene aditivos como óxido de zinc y azufre que actúan para mejorar la resistencia, la elasticidad y otras características favorables. Cuando los ingredientes no se distribuyen uniformemente en un producto de caucho, como un neumático de automóvil, el material contendrá fallas que harán que el producto se degrade prematuramente.

"Si componentes como el azufre no se dispersan bien, se generan puntos duros localizados", dijo Penumadu. "Ese material duro atrae muchas tensiones mecánicas y térmicas, lo que hace que el material se degrade prematuramente".

Incluso un defecto del ancho de un cabello humano puede disminuir la vida útil de un componente de caucho grande, como un neumático de automóvil.

“Eso genera impactos económicos y de seguridad”, dijo Penumadu.

Identificar y estudiar tales fallas (un campo conocido como mecánica de fractura) es fundamental para comprender cómo se comportará el material. Sin embargo, encontrar tales defectos antes de que causen problemas es un problema que ha afectado durante mucho tiempo a la industria del caucho.

"El enfoque actual de la industria es cortar una pequeña muestra de caucho y luego observarla bajo un microscopio óptico", dijo Penumadu. “Esto no sólo es tedioso y destructivo, sino que además no es confiable. Requiere que usted adivine de antemano dónde, en una muestra opaca, debe verificar si hay inconsistencias”.

Además, los microscopios ópticos no pueden diferenciar entre los componentes del caucho; por ejemplo, el azufre y el óxido de zinc aparecen como motas blancas.

El equipo de Penumadu superó este problema pasando del análisis óptico a la tomografía computarizada de rayos X. Los rayos X que atraviesan la muestra se dispersan y absorben de manera diferente según los materiales con los que chocan. Luego, una computadora reconstruye un modelo digital 3D del interior del caucho.

"Este es un punto muy importante", dijo Penumadu. "XCT nos permite ver el interior del material de forma no invasiva y, de hecho, podemos ver la distribución de cada componente".

La aplicación de este nuevo método aumenta la capacidad de la industria del caucho para ver y predecir fallas y, en última instancia, conducirá a una calidad más consistente y productos de caucho más duraderos.

En octubre, el equipo recibió el Premio a la Excelencia en Publicaciones 2021 del Journal of Rubber Chemistry and Technology por su innovador artículo, “Análisis cuantitativo de dispersión de azufre en formulaciones de neumáticos elastoméricos mediante el uso de tomografía computarizada de rayos X de alta resolución”, que analiza el nuevo método XCT y los resultados de sus investigaciones.

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