يقوم فريق جامعة تينيسي بتطوير طريقة جديدة لعرض العيوب في المطاط والتنبؤ بها

نوكسفيل، تينيسي - من المرجح أن تظهر طريقة جديدة لضمان الاتساق والجودة في تصنيع المطاط، والتي طورها فريق بحث من جامعة تينيسي ونوكسفيل وإيستمان، تأثيرًا حقيقيًا على استدامة المواد ومتانة منتجات مثل السيارات الإطارات.

مع تزايد تحفيز المستهلكين في الولايات المتحدة وحول العالم تجاه السيارات الكهربائية وبعيدًا عن الاعتماد على الوقود الأحفوري، اكتشف مستخدمو السيارات الكهربائية الحاليون مشكلة صيانة غير متوقعة. ونظرًا للجمع بين الوزن الأعلى وعزم الدوران العالي، تضع المركبات الكهربائية ضغطًا أكبر على الإطارات القياسية، مما يؤدي إلى تدهورها بنسبة 30% أسرع من إطارات مركبات الاحتراق الداخلي.

قام أستاذ فريد إن. بيبلز من جامعة تكساس ورئيس IAMM للتميز داياكار بينومادو، جنبًا إلى جنب مع طالب الدراسات العليا في الهندسة الكهربائية جون تشينغ تشين وباحث ما بعد الدكتوراه ستيفن يونغ وثلاثة علماء من إيستمان، بنشر بحث مؤخرًا يهدف إلى حل أحد التحديات الأكثر شيوعًا في تصنيع المطاط: تحديد العيوب في المادة.

يحتوي المطاط على مواد مضافة مثل أكسيد الزنك والكبريت التي تعمل على تحسين القوة والمرونة وغيرها من الصفات المفضلة. عندما لا يتم توزيع المكونات بالتساوي في جميع أنحاء المنتج المطاطي، مثل إطار السيارة، فإن المادة ستحتوي على عيوب تؤدي إلى تدهور المنتج قبل الأوان.

وقال بينومادو: "إذا لم تتوزع مكونات مثل الكبريت بشكل جيد، فإن ذلك يولد نقاطًا صلبة محلية". "تجذب هذه المواد الصلبة الكثير من الضغوط الميكانيكية والحرارية، مما يجعل المادة تتحلل قبل الأوان."

حتى العيب الذي يبلغ عرضه شعرة الإنسان يمكن أن يقلل من العمر الافتراضي لمكون مطاطي كبير مثل إطار السيارة.

وقال بينومادو: "هذا يؤدي إلى تأثيرات أمنية واقتصادية".

إن تحديد ودراسة مثل هذه العيوب - وهو مجال يعرف باسم ميكانيكا الكسر - أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية أداء المادة. ومع ذلك، فإن اكتشاف مثل هذه العيوب قبل أن تسبب مشاكل هو مشكلة ابتليت بها صناعة المطاط منذ فترة طويلة.

وقال بينومادو: "إن النهج الحالي للصناعة هو قطع عينة صغيرة من المطاط، ثم مراقبتها تحت المجهر الضوئي". "ليس هذا مملًا ومدمرًا فحسب، بل إنه غير موثوق به. يتطلب الأمر منك أن تخمن مسبقًا أين تحتاج، في العينة غير الشفافة، إلى التحقق من عدم الاتساق.

بالإضافة إلى ذلك، لا تستطيع المجاهر الضوئية التمييز بين مكونات المطاط، على سبيل المثال، يظهر كل من الكبريت وأكسيد الزنك على شكل بقع بيضاء.

لقد تغلب فريق بينومادو على هذه المشكلة عن طريق التحول من التحليل البصري إلى التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية. يتم تشتيت الأشعة السينية التي تمر عبر العينة ويتم امتصاصها بشكل مختلف اعتمادًا على المواد التي تصطدم بها. يقوم الكمبيوتر بعد ذلك بإعادة بناء نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد للجزء الداخلي من المطاط.

وقال بينومادو: "هذه نقطة مهمة للغاية". "يتيح لنا XCT رؤية الجزء الداخلي من المادة بطريقة غير جراحية، ويمكننا في الواقع رؤية توزيع كل مكون."

يؤدي تطبيق هذه الطريقة الجديدة إلى زيادة قدرة صناعة المطاط على رؤية العيوب والتنبؤ بها، وسيؤدي في النهاية إلى جودة أكثر اتساقًا ومنتجات مطاطية تدوم لفترة أطول.

في أكتوبر، حصل الفريق على جائزة التميز في النشر لعام 2021 من مجلة كيمياء المطاط والتكنولوجيا عن ورقتهم البحثية الرائدة، "التحليل الكمي لتشتت الكبريت في تركيبات الإطارات المرنة باستخدام التصوير المقطعي المحوسب عالي الدقة بالأشعة السينية"، والذي يناقش طريقة XCT الجديدة و نتائج أبحاثهم.

# أجزاء مطاطية 、 # منتج مطاطي 、 # ختم مطاطي 、 # حشية مطاطية 、 # رفع الصوت عاليا المطاط 、 # جزء مطاطي مخصص 、 # أجزاء مطاطية للسيارات 、 # مركب مطاطي 、 # جلبة مطاطية # أجزاء مطاط السيليكون 、 # أجزاء سيليكون مخصصة 、 # خرطوم مطاطي