Nowy materiał w oponach to rewolucja. Będą trwalsze i lepsze
Opony samochodowe codziennie znoszą ekstremalne obciążenia. Pokonują dziury w jezdni, krawężniki, nierówny asfalt i tysiące razy na minutę poddawane są deformacjom. W tym samym czasie nieustannie tracą drobne cząstki materiału, które trafiają bezpośrednio do środowiska.
Spis treści:
- Jak działa nowy materiał w oponach?
- Polistyren jako materiał testowy
- Opony jako źródło mikroplastiku w środowisku
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology pracują nad rozwiązaniem, które może zmienić tę sytuację. Ich pomysł jest dość zaskakujący - zamiast wzmacniać chemiczne wiązania w materiale, celowo wprowadzają do niego słabsze połączenia. To podejście może uczynić opony zarazem trwalszymi i bardziej przyjaznymi środowisku.
Jak działa nowy materiał w oponach?
Większość polimerów i elastomerów cierpi na podobny problem. Gdy pod wpływem obciążenia w materiale pojawia się drobne pęknięcie, błyskawicznie rozprzestrzenia się ono na całą strukturę. Tworzywo traci stabilność i ostatecznie ulega uszkodzeniu.
Zespół MIT opracował zupełnie odmienne podejście do tego problemu. Do sieci polimerowej wprowadzane są tak zwane mechanofory, czyli specjalne cząsteczki reagujące na obciążenia mechaniczne. Gdy materiał poddawany jest silnym naciskom, te wiązania celowo pękają, pochłaniając przy tym energię.
Profesor Jeremiah Johnson z wydziału chemii MIT tłumaczy mechanizm tego procesu. Kiedy w materiale zaczyna powstawać pęknięcie, mechanofory rozpadają się na dwie części, co pomaga rozpraszać energię i zmieniać kierunek rozprzestrzeniania się szczeliny. Można to porównać do działania małych zaworów bezpieczeństwa. Cząsteczki te w pewnym sensie poświęcają się, by zachować nienaruszoną główną strukturę materiału.
Polistyren jako materiał testowy
Do pierwszych badań naukowcy wykorzystali polistyren. To popularny materiał, który znajdziemy w opakowaniach, jednorazowych sztućcach, materiałach izolacyjnych czy obudowach elektroniki. Polistyren jest tani i lekki, ale uchodzi za stosunkowo kruchy. Właśnie dlatego nadaje się świetnie do testowania nowych koncepcji zwiększania odporności na uderzenia.
Do badań zastosowano specjalną metodę pomiarową o nazwie Laser-Induced Projectile Impact Test (LIPIT). W jej trakcie naukowcy wystrzeliwują w cienkie warstwy tworzywa mikroskopijne cząstki dwutlenku krzemu z prędkością około 750 metrów na sekundę. Pozwala to symulować ekstremalnie szybkie obciążenia, takie jakie występują podczas upadku smartfona czy uderzenia drobnych obiektów.
Wyniki testów okazały się jednoznaczne. Polistyren wzbogacony o mechanofory wytrzymał znacznie więcej energii uderzenia niż klasyczny materiał. Eksperyment pokazał, że dodanie celowo słabszych wiązań paradoksalnie zwiększa odporność całej struktury na poważne uszkodzenia.
Następnym krokiem badań jest sprawdzenie, czy ta sama technologia zadziała w kauczuku styrenowo-butadienowym (SBR). Ten materiał stanowi jeden z kluczowych składników nowoczesnych opon samochodowych. Jeśli prace zakończą się sukcesem, opony będą lepiej znosić obciążenia mechaniczne i wolniej się zużywać.
Opony jako źródło mikroplastiku w środowisku
Niewielu kierowców zdaje sobie sprawę, że opony samochodowe należą do najpoważniejszych źródeł mikroplastiku na świecie. Podczas każdej jazdy uwalniają się z nich drobne cząstki gumy, które trafiają na asfalt, a stamtąd do środowiska.
Według szacunków ekspertów, ścieranie się opon może odpowiadać za ponad 10 procent globalnej emisji mikroplastiku. Mikroplastik trafia do gleby, wody, a ostatecznie również do organizmów żywych - w tym do ludzi.
Jeśli więc opony będą lepiej znosić uderzenia i deformacje, ich zużycie powinno się odpowiednio zmniejszyć. Czy efekt rzeczywiście wystąpi w praktyce, pokażą dalsze badania.
Katharine Covert z amerykańskiej National Science Foundation widzi w tym duży potencjał. Według niej materiały z energochłonnymi mechanoforami mogą pewnego dnia pomóc w tym, by opony pojazdów nie pękały na autostradzie, a obudowy elektroniki osobistej skuteczniej chroniły zawartość.
Specjaliści spoza zespołu MIT oceniają, że nowy materiał ma dobre szanse na praktyczne zastosowanie. Dodatkowe cząsteczki sieciujące można integrować zarówno z twardymi tworzywami sztucznymi, jak i z elastycznymi polimerami, bez konieczności całkowitego przeprojektowywania ich struktury chemicznej.
