Прочные на разрыв резиновые материалы могут проложить путь к созданию более прочных шин.

Слабые "сшивки", введенные в материалы, делают их более прочными на разрыв.

Со временем шины изнашиваются и выбрасывают в окружающую среду крошечные пластиковые частицы, но новая стратегия проектирования резиновых материалов может ограничить это загрязнение.

Новый дизайн материалов может уменьшить загрязнение там, где резина встречается с дорогой.

Стратегическое добавление слабых мест вдоль микроскопических цепочек, называемых полимерами, фактически делает их более прочными на разрыв, сообщают исследователи в журнале Science от 23 июня. Поскольку полимеры используются в автомобильных шинах, полученные результаты могут помочь уменьшить загрязнение окружающей среды пластиком, поскольку шины со временем изнашиваются.

Когда шины скребут по дороге, они роняют крошечные частицы резины и пластиковых полимеров, которые загрязняют водные пути и воздух (SN: 11/12/18). Ежегодно шины выбрасывают в окружающую среду примерно 6 миллионов метрических тонн этих микропластиков. Более прочные полимеры, которые не так легко распадаются, могли бы ограничить количество ежегодно выбрасываемых частиц.

Чтобы создать такие прочные материалы, Стивен Крейг, химик из Университета Дьюка, и его коллеги добавили в полимеры молекулы, называемые сшивателями. Эти сшиватели соединяли перепутанные полимерные цепи с их многочисленными соседями, и они были специально разработаны для того, чтобы легко разрушаться. На микроскопическом уровне полимеры действуют как клубок нитей спагетти, а сшивающие вещества удерживают их вместе и помогают им сохранять форму, говорит сотрудник Крейга Шу Ванг, химик из Массачусетского технологического института.

Когда команда растягивала полимерные спагетти, отдельные сшивки, как и ожидалось, легко ломались. Но для разрыва объемного материала потребовалось больше усилий, чем они ожидали.

По словам Крейга, секрет повышенной прочности кроется в пути, который проходит разрыв. Разрыв распространяется через легко разрывающиеся сшивки, а не через более прочные полимерные нити. Каждая разорванная связь идет по пути наименьшего сопротивления, но уклонение от длинных полимерных нитей означает разрыв многих поперечных связей, что требует большей силы растяжения в целом.

Это не первый случай, когда исследователи используют слабые соединения, чтобы сделать полимеры более прочными. Но в отличие от аналогичных материалов, повышение прочности не происходит за счет других полезных свойств, таких как жесткость.

Крейг говорит, что надеется, что полученные результаты помогут продлить срок службы автомобильных шин и пластика, потенциально ограничивая ежегодное загрязнение окружающей среды микропластиком.