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技術(shù)文章

鎖志剛院士Nature新突破:橡膠抗裂性能提升10倍!

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哈佛大學(xué)鎖志剛院士團(tuán)隊(duì)在《Nature Sustainability》發(fā)表成果:通過形成纏結(jié)聚合物(tanglemer,一種纏結(jié)數(shù)量遠(yuǎn)超交聯(lián)數(shù)量的聚合物網(wǎng)絡(luò)),天然橡膠疲勞閾值提升至200 J/m2,斷裂韌性實(shí)現(xiàn)10倍突破!


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這項(xiàng)研究不僅為可持續(xù)材料指明方向,更為工業(yè)界提供了性能驗(yàn)證的依據(jù)——

您的材料是否具備同等抗裂實(shí)力?



研究亮點(diǎn)

從“脆弱"到“強(qiáng)"的力學(xué)革命


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(圖:將乳膠加工成纏結(jié)聚合物)


鎖志剛團(tuán)隊(duì)通過三大創(chuàng)新設(shè)計,重塑天然橡膠的分子網(wǎng)絡(luò):


保留長鏈高分子結(jié)構(gòu):避免傳統(tǒng)加工中鏈斷裂問題,形成超長鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò);

多尺度應(yīng)力分散機(jī)制:通過密集纏結(jié)與剛性結(jié)點(diǎn)協(xié)同作用,分散裂紋應(yīng)力;

提升應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶度:結(jié)晶區(qū)域充當(dāng)“增強(qiáng)骨架",進(jìn)一步阻斷裂紋擴(kuò)展路徑。


數(shù)據(jù)見證突破


疲勞閾值:從 50 J/m2達(dá)到200 J/m2;

斷裂韌性:從 10J/m2躍升至 10J/m2;

應(yīng)用壽命:輪胎、傳送帶等制品耐久性顯著延長。

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(圖 天然橡膠纏結(jié)劑在條件下具有抗裂性)


行業(yè)痛點(diǎn)

為什么抗裂紋擴(kuò)展測試至關(guān)重要?


傳統(tǒng)合成橡膠雖成本低廉,卻因分子鏈短、纏結(jié)不足,面臨兩大致命缺陷:

加工損耗:密煉機(jī)、擠出機(jī)等劇烈混合過程導(dǎo)致長鏈斷裂,性能大幅弱化;

應(yīng)用瓶頸:裂紋在輪胎胎面、傳送帶接頭等關(guān)鍵部位快速擴(kuò)展,引發(fā)意外失效。

鎖志剛團(tuán)隊(duì)的啟示

抗裂紋性能需從分子設(shè)計源頭把控;

材料驗(yàn)證離不開精準(zhǔn)的力學(xué)測試(如疲勞閾值測定、多尺度應(yīng)力分析)。



未來材料

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的跨越


鎖志剛院士指出:“保留長鏈結(jié)構(gòu)是天然橡膠不可替代的優(yōu)勢。"這一設(shè)計理念正推動材料革新:

綠色制造:減少加工能耗,提升材料循環(huán)利用率;

跨界應(yīng)用:軟體機(jī)器人、生物醫(yī)用導(dǎo)管等新興領(lǐng)域加速落地。



我們能做什么?

對標(biāo)頂尖研究的測試服務(wù)


您的材料是否具備“超抗裂"潛力?

我們提供與哈佛團(tuán)隊(duì)同標(biāo)準(zhǔn)的高分子材料力學(xué)性能測試服務(wù),覆蓋以下核心場景,助力材料研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用:

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撕裂能與抗疲勞性能測試

最大撕裂能測試(臨界撕裂能測試-Tc)

用途:評估材料的撕裂能與裂紋擴(kuò)展速率關(guān)系,量化抗疲勞性能。

應(yīng)用:高耐久性制品壽命預(yù)測(如輪胎、傳送帶、減震器等)。

全松弛/非全松弛疲勞裂紋擴(kuò)展測試(FCG-C/FCG-NR)

用途:分析動態(tài)載荷下裂紋擴(kuò)展行為,適用于應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶橡膠的抗疲勞性能測試和表征。

應(yīng)用:明確疲勞發(fā)生機(jī)制、優(yōu)化材料配方,提升材料抗疲勞性能。

延展性與極限性能測試

最大拉應(yīng)變測試

用途:測量材料斷裂前的最大伸長率,表征柔韌性。

應(yīng)用:柔性電子器件拉伸性能測試、醫(yī)用導(dǎo)管延展性標(biāo)準(zhǔn)測試。

動態(tài)疲勞與耐久性測試

動態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸測試(UPL)

用途:分析變幅載荷下的橡膠裂紋擴(kuò)展與損傷累積,獲取微裂紋演化參數(shù)。

應(yīng)用:航空航天密封件、風(fēng)電葉片等變載場景的材料篩選與仿真。

數(shù)據(jù)建模與仿真支持

疲勞特性參數(shù)擬合

用途:通過擬合疲勞裂紋擴(kuò)展模型(如Thomas模型、Lake-Lindley模型等)建立撕裂能-裂紋擴(kuò)展速率關(guān)系,并通過測試標(biāo)定材料本征微裂紋尺寸。

應(yīng)用:構(gòu)建材料數(shù)據(jù)庫,為橡膠減振器和輪胎疲勞仿真提供關(guān)鍵輸入?yún)?shù)。

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