Une équipe de l'Université du Tennessee développe une nouvelle méthode pour visualiser et prédire les défauts du caoutchouc

Knoxville, Tennessee – Une nouvelle méthode visant à garantir la cohérence et la qualité de la fabrication du caoutchouc, développée par une équipe de recherche de l'Université du Tennessee, de Knoxville et d'Eastman, est susceptible de montrer un impact réel sur la durabilité des matériaux et la durabilité de produits tels que les voitures. pneus.

Alors que les consommateurs aux États-Unis et dans le monde entier sont de plus en plus incités à se tourner vers les véhicules électriques et à abandonner leur dépendance aux combustibles fossiles, les utilisateurs actuels de véhicules électriques ont découvert un problème de maintenance inattendu. En raison de la combinaison d’un poids plus élevé et d’un couple plus élevé, les véhicules électriques exercent plus de pression sur les pneus standard, les faisant se dégrader 30 % plus rapidement que les pneus des véhicules à combustion interne.

Dayakar Penumadu, professeur Fred N. Peebles de l'UT et titulaire de la chaire d'excellence de l'IAMM, ainsi que Jun-Cheng Chin, étudiant diplômé en génie électrique, le chercheur postdoctoral Stephen Young et trois scientifiques d'Eastman, ont récemment publié des recherches visant à résoudre l'un des défis les plus courants de la fabrication du caoutchouc : l'identification des défauts. dans la matière.

Le caoutchouc contient des additifs tels que l'oxyde de zinc et le soufre qui améliorent la résistance, l'élasticité et d'autres caractéristiques favorables. Lorsque les ingrédients ne sont pas répartis uniformément dans un produit en caoutchouc tel qu’un pneu de voiture, le matériau contiendra des défauts qui entraîneront une dégradation prématurée du produit.

"Si des composants tels que le soufre ne se dispersent pas bien, cela génère des points durs localisés", a expliqué Penumadu. "Ces matériaux durs attirent de nombreuses contraintes mécaniques et thermiques, ce qui entraîne une dégradation prématurée du matériau."

Même un défaut de la largeur d’un cheveu humain peut diminuer la durée de vie d’un gros composant en caoutchouc tel qu’un pneu de voiture.

« Cela entraîne des conséquences sécuritaires et économiques », a déclaré Penumadu.

L'identification et l'étude de ces défauts (un domaine connu sous le nom de mécanique de la rupture) sont essentielles pour comprendre les performances du matériau. Pourtant, trouver de tels défauts avant qu’ils ne causent des problèmes est un problème qui tourmente depuis longtemps l’industrie du caoutchouc.

"L'approche actuelle de l'industrie consiste à découper un petit échantillon de caoutchouc, puis à l'observer au microscope optique", a déclaré Penumadu. « Non seulement c’est fastidieux et destructeur, mais ce n’est pas fiable. Cela nécessite de deviner à l’avance où, dans un échantillon opaque, vous devez vérifier les incohérences.

De plus, les microscopes optiques ne peuvent pas différencier les composants en caoutchouc : par exemple, le soufre et l'oxyde de zinc apparaissent tous deux sous forme de points blancs.

L’équipe de Penumadu a surmonté ce problème en passant de l’analyse optique à la tomodensitométrie aux rayons X. Les rayons X qui traversent l'échantillon sont diffusés et absorbés différemment selon les matériaux qu'ils frappent. Un ordinateur reconstruit ensuite un modèle numérique 3D de l’intérieur du caoutchouc.

"C'est un point très important", a déclaré Penumadu. "XCT nous permet de voir l'intérieur du matériau de manière non invasive, et nous pouvons réellement voir la distribution de chaque composant."

L’application de cette nouvelle méthode augmente la capacité de l’industrie du caoutchouc à visualiser et prévoir les défauts et conduira à terme à une qualité plus constante et à des produits en caoutchouc plus durables.

En octobre, l'équipe a reçu le prix d'excellence en matière de publication 2021 du Journal of Rubber Chemistry and Technology pour son article révolutionnaire, « Sulphur Dispersion Quantitative Analysis in Elastomeric Tire Formulations by Using High Resolution X-Ray Computed Tomography », qui traite de la nouvelle méthode XCT et leurs résultats de recherche.

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