ทีมงานมหาวิทยาลัยเทนเนสซีพัฒนาวิธีการใหม่ในการดูและทำนายข้อบกพร่องในยาง

เมืองนอกซ์วิลล์ รัฐเทนเนสซี – วิธีการใหม่ในการรับประกันความสม่ำเสมอและคุณภาพในการผลิตยาง ซึ่งพัฒนาโดยทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทนเนสซี เมืองนอกซ์วิลล์ และอีสต์แมน มีแนวโน้มที่จะแสดงให้เห็นถึงผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริงต่อความยั่งยืนและความทนทานของวัสดุสำหรับผลิตภัณฑ์ เช่น รถยนต์ ยาง

เนื่องจากผู้บริโภคในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลกมีแรงจูงใจมากขึ้นต่อรถยนต์ไฟฟ้า และหลีกเลี่ยงการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล ผู้ใช้ EV ในปัจจุบันจึงได้ค้นพบปัญหาการบำรุงรักษาที่ไม่คาดคิด เนื่องจากการรวมกันของน้ำหนักที่สูงกว่าและแรงบิดที่สูงขึ้น EV จึงสร้างแรงกดดันต่อยางมาตรฐานมากขึ้น ส่งผลให้ยางเสื่อมสภาพเร็วกว่ายางในรถยนต์สันดาปภายในถึง 30%

ศาสตราจารย์ Fred N. Peebles จาก UT และประธาน Excellence Dayakar Penumadu ของ UT พร้อมด้วยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า Jun-Cheng Chin นักวิจัยหลังปริญญาเอก Stephen Young และนักวิทยาศาสตร์ Eastman สามคน งานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้มีเป้าหมายเพื่อแก้ไขหนึ่งในความท้าทายที่พบบ่อยที่สุดของการผลิตยาง นั่นคือ การระบุข้อบกพร่อง ในวัสดุ

ยางมีสารเติมแต่ง เช่น ซิงค์ออกไซด์และซัลเฟอร์ที่ทำงานเพื่อปรับปรุงความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และคุณสมบัติที่ดีอื่นๆ เมื่อส่วนผสมไม่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งผลิตภัณฑ์ยาง เช่น ยางรถยนต์ วัสดุก็จะมีตำหนิที่ทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร

“ถ้าส่วนประกอบอย่างซัลเฟอร์กระจายตัวได้ไม่ดี ก็จะทำให้เกิดจุดแข็งเฉพาะที่” Penumadu กล่าว “ของแข็งนั้นดึงดูดความเครียดทางกลและความร้อนจำนวนมาก ทำให้วัสดุเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร”

แม้แต่ข้อบกพร่องตามความกว้างของเส้นผมก็สามารถลดอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่เป็นยางขนาดใหญ่ เช่น ยางรถยนต์ ได้

“นั่นนำไปสู่ผลกระทบด้านความปลอดภัยและเศรษฐกิจ” เปนูมาดูกล่าว

การระบุและศึกษาข้อบกพร่องดังกล่าว ซึ่งเป็นสาขาที่เรียกว่ากลศาสตร์การแตกหัก มีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจว่าวัสดุจะทำงานอย่างไร แต่การค้นพบข้อบกพร่องดังกล่าวก่อนที่จะก่อให้เกิดปัญหาเป็นปัญหาที่รบกวนอุตสาหกรรมยางมายาวนาน

“แนวทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันคือการตัดตัวอย่างยางเล็กๆ ออก แล้วสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง” Penumadu กล่าว “สิ่งนี้ไม่เพียงแต่น่าเบื่อและทำลายล้างเท่านั้น แต่ยังเชื่อถือไม่ได้อีกด้วย คุณต้องเดาล่วงหน้าว่าคุณจะต้องตรวจสอบความไม่สอดคล้องกันในส่วนใดของตัวอย่างทึบแสง”

นอกจากนี้ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างส่วนประกอบของยางได้ ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์และซิงค์ออกไซด์ปรากฏเป็นจุดสีขาวทั้งคู่

ทีมงานของ Penumadu ได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยการเปลี่ยนจากการวิเคราะห์เชิงแสงไปเป็นการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ด้วยรังสีเอกซ์ รังสีเอกซ์ที่ผ่านตัวอย่างจะกระจัดกระจายและดูดซับแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่รังสีกระทบ จากนั้นคอมพิวเตอร์จะสร้างแบบจำลองดิจิทัล 3 มิติของการตกแต่งภายในของยางขึ้นมาใหม่

“นี่เป็นจุดสำคัญมาก” เปนูมาดูกล่าว “XCT ช่วยให้เราเห็นด้านในของวัสดุได้โดยไม่รุกล้ำ และเราสามารถเห็นการกระจายตัวของส่วนประกอบแต่ละส่วนได้จริง”

การใช้วิธีการใหม่นี้ช่วยเพิ่มความสามารถของอุตสาหกรรมยางในการดูและคาดการณ์ข้อบกพร่อง และในที่สุดจะนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ยางที่มีคุณภาพสม่ำเสมอและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ในเดือนตุลาคม ทีมงานได้รับรางวัล Publication Excellence Award ประจำปี 2021 จาก Journal of Rubber Chemistry and Technology จากรายงานที่ก้าวล้ำเรื่อง “Sulfur Dispersion Quantitative Analysis in Elastomeric Tyre Formulations by Use High Resolution X-Ray Computed Tomography” ซึ่งอภิปรายเกี่ยวกับวิธี XCT ใหม่และ ผลการวิจัยของพวกเขา

#ชิ้นส่วนยาง、#ผลิตภัณฑ์ยาง、#ซีลยาง、#ปะเก็นยาง、#ยางร้อง、#ชิ้นส่วนยางสั่งทำ、