Los ingenieros de Harvard descubren una técnica que multiplica por diez la resistencia del caucho
Los ingenieros de Harvard descubren una técnica que multiplica por diez la resistencia del caucho Aplicadas (SEAS) de Harvard han mejorado notablemente el límite de fatiga del caucho reforzado con partículas, introduciendo un novedoso enfoque multiescala que permite al material soportar cargas elevadas y resistir la propagación de grietas con el uso repetido. Este descubrimiento promete prolongar la vida útil de productos de caucho como los neumáticos y pretende mitigar la contaminación causada por el desprendimiento de partículas de caucho durante su uso.
Potenciación de los cauchos endurecidos con partículas
Una de las características del látex de caucho natural es su suavidad y elasticidad. Para mejorar sus propiedades en diversas aplicaciones como neumáticos, mangueras y absorbedores, los cauchos se refuerzan con partículas rígidas como negro de humo y sílice. Mientras que estas partículas mejoran significativamente la rigidez del caucho, hacen poco por mejorar la resistencia al crecimiento de grietas bajo estiramientos cíclicos, lo que se conoce como umbral de fatiga.
Sin embargo, desde la década de 1950, el umbral de fatiga de los cauchos reforzados con partículas ha experimentado una mejora mínima. Esa limitación significa que, a pesar de los avances en la tecnología de neumáticos para mejorar la resistencia al desgaste y reducir el consumo de combustible, las pequeñas grietas pueden seguir liberando cantidades sustanciales de partículas de caucho al medio ambiente, contribuyendo a la contaminación atmosférica y a la degradación medioambiental.
Descubrimientos novedosos en ingeniería del caucho
En una investigación anterior dirigida por Zhigang Suo, Allen E., y Marilyn M. Puckett, catedrática de Mecánica y Materiales de SEAS, el equipo consiguió aumentar el umbral de fatiga de los cauchos alargando las cadenas de polímeros y mejorando los enredos. Sin embargo, quedaba la pregunta: ¿Cómo funcionaría este método con los cauchos reforzados con partículas?
Sorprendentemente, cuando se añadieron partículas de sílice al caucho altamente enredado, el umbral de fatiga se multiplicó por diez, contrariamente a lo esperado según la bibliografía existente.
Según Jason Steck, estudiante de posgrado en SEAS y coautor del estudio, este resultado inesperado fue una revelación significativa. El material desarrollado por el equipo de Harvard presenta largas cadenas poliméricas muy entrelazadas y partículas de sílice agrupadas unidas covalentemente a estas cadenas. Esta combinación única redistribuye eficazmente la tensión alrededor de las grietas a través de dos escalas de longitud distintas, impidiendo su propagación dentro del material.
Implicaciones y perspectivas de futuro
El equipo corroboró su método sometiendo una muestra de material con una grieta introducida deliberadamente a decenas de miles de estiramientos, demostrando que la grieta permanecía estable sin propagarse.
Según Zhigang Suo, el método de desconcentración de tensiones a múltiples escalas abre vías para desarrollar materiales elastoméricos de alto rendimiento con aplicaciones que van desde la reducción de la contaminación por polímeros hasta la construcción de máquinas blandas avanzadas.
Por su parte, Yakov Kutsovsky, experto residente en la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard y coautor del artículo, destacó la aplicabilidad potencial de estos principios de diseño en diversos sectores, como la construcción de neumáticos, los productos industriales de caucho y campos emergentes como los dispositivos portátiles.
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