Auto refuerzo en caucho rellenado mediante cristalización inducida por deformación

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ciencia de los Polímeros
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La cristalización inducida por tensión mejora significativamente las propiedades mecánicas del elastómero, como los módulos elásticos y la resistencia a la ruptura.
• Los mecanismos precisos de auto refuerzo en los elastómeros rellenos no se comprenden completamente debido a la complejidad a nanoescala.
• Comprender los efectos del relleno es crucial para el diseño de materiales elastómeros avanzados.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el papel de las nanopartículas de sílice en los mecanismos de cristalización inducida por tensión en el caucho de isopreno.
• Investigar cómo la presencia de relleno influye en la formación de cristalitos y el refuerzo mecánico bajo tensión.
• Proporcionar ideas para el diseño racional de elastómeros de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM) para imágenes en tiempo real durante el estiramiento.
• Mapeo de difracción de electrones a nanoescala para analizar la estructura y la orientación de la cristalina.
• Pruebas mecánicas de caucho de isopreno con y sin nanopartículas de sílice a altas tensiones (>5).

Principales resultados:

• El caucho de isopreno sin rellenar muestra una cristalización inducida por tensión homogénea, lo que lleva a una mejora significativa del módulo por encima de una tensión crítica.
• El caucho de isopreno lleno de sílice presenta una formación preferencial de cristalitos a lo largo de los agregados de sílice en regiones de alta tensión.
• La presencia de sílice reduce la tensión de inicio de la cristalización y aumenta la resistencia a la ruptura en comparación con el caucho sin rellenar.

Conclusiones:

• La presencia de relleno altera fundamentalmente las vías de cristalización inducidas por la tensión en los elastómeros.
• Las nanopartículas de sílice refuerzan la propagación de la tensión, mejorando la resistencia y la resistencia general del material.
• Estos hallazgos permiten el desarrollo específico de elastómeros con propiedades mecánicas adaptadas a través de la ingeniería de rellenos.