Udvikling af film med justerbar forlængelse og brud til forskellige formål

Elastomerer, eller elastiske polymerer, materialer med høj elasticitet, bruges i vid udstrækning til applikationer i industrier, såsom biler, fremstilling, og olie og gas. Graden af ​​elasticitet i disse materialer, betegnet med en parameter kendt som "Young's modulus, " afhænger af omfanget af tværbinding mellem de indgående polymerlag, således at højere tværbinding fører til højere stivhed, og, på tur, indebærer et stort Youngs modul.

Forskellige anvendelser kræver elastomerer af forskellig stivhed. For eksempel, det ønskelige Young's modul for dæk er forskelligt fra det for rør og slanger. Indtil nu, til konventionelle elastomerer, når tværbindingen af ​​polymerkæder finder sted, deres egenskaber kan ikke ændres, kræver, at industrier fremstiller forskellige elastomerer til forskellige anvendelser. Men hvad nu hvis vi kunne fremstille en enkelt elastomer med alsidige egenskaber til en række anvendelser?

I en ny undersøgelse offentliggjort i Polymer , Dr. Mikihiro Hayashi fra Nagoya Institute of Technology, Japan, og det har hans kolleger nu gjort. Holdet har med succes syntetiseret en elastomerfilm, hvis forlængelse kan kontrolleres ved fotoreaktion efter forberedelse, så den passer til den ønskede anvendelse, dermed, sparer tid, omkostninger og menneskelige ressourcer.

For at udvikle denne elastomer, forskerne udstyrede en polyester (polymer med estergruppe) med termoreaktive og fotoreaktive grupper, som reagerer på varme og lys, henholdsvis. De fulgte derefter en to-trins proces, hvor de termoreaktive grupper først gennemgik termisk tværbinding, og derefter dannede den fotoreaktive gruppe tværbindinger i nærvær af UV-lys. Forskerne observerede, at materialet opnået efter termisk tværbinding var blødt og fleksibelt, men ved yderligere behandling med UV-lys, materialet steg i stivhed afhængigt af eksponeringstidspunktet. Faktisk, ved eksponering i 30 minutter, materialets Young's Modulus steg med to størrelsesordener!

Denne hidtil usete opdagelse begejstrede forskerne. Dr. Hayashi udtaler, "Ved at udvikle denne elastomer ved at bruge den dobbelte termiske og foto-tværbinding, vi beviste, at justering af trækstyrke i materialer efter forberedelse er mulig. Vi var interesserede i at udforske fordelene ved dette materiale yderligere."

Derfor, de designede elastomerfilm med inhomogen mønster af Youngs modul gennem selektiv UV-belysning. Forskerne opnåede dette ved at bruge vandrette og lodrette fotomaskeringsspalter, skabe mønstre af bløde og stive sektioner. Ved test af de horisontale mønstrede film under stress, de stive sektioner viste næsten ingen deformation, hvorimod de bløde sektioner viste 5 gange forlængelse. Overraskende nok, imidlertid, de lodret mønstrede film viste fremragende sejhed og forsinkede spredningen af ​​revner. Mens en revne på en fuldstændig stiv film forplanter sig øjeblikkeligt, en revne på den inhomogene film stoppede ved at nå det bløde afsnit. Jo flere mønstre, jo langsommere voksede revnen.

"Vores resultater kan give nyttige indsigter til udvikling af nye metoder til at kontrollere brudadfærden af ​​elastomerer, " kommenterer Dr. Hayashi, taler om de praktiske konsekvenser af deres undersøgelse. "Ud over, vores teknik kan hjælpe med at spare overskydende kemikalieforbrug, og løse problemer forbundet med udtømning af olieressourcer, " tilføjer han.