El equipo desarrolla un nuevo método para determinar los defectos en el caucho

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 real en la sostenibilidad y durabilidad del material para productos como los neumáticos para automóviles.

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 par motor, 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 de 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 el material

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

«Si los componentes como el azufre no se dispersan bien, eso genera 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 conduce a 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 fallas antes de que causen problemas es un problema que ha afectado a la industria del caucho durante mucho tiempo.

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

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

El equipo de Penumadu ha superado este problema cambiando 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 en 3D del interior de la goma.

«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 productos de caucho de mayor calidad y duración.

En octubre, el equipo recibió el Premio a la Excelencia en Publicaciones 2021 de la Revista de química y tecnología del caucho por su innovador papel«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 su investigación.