Les matériaux de variety caoutchouc, couramment utilisés dans les amortisseurs, possèdent une propriété exclusive connue sous le nom de viscoélasticité dynamique, leur permettant de convertir l’énergie mécanique des vibrations en chaleur tout en présentant simultanément des comportements semblables à ceux d’un ressort et d’un écoulement. La personnalisation de ces matériaux est feasible en les mélangeant avec des composés de structures moléculaires spécifiques, en fonction des exigences de viscosité dynamique.
Cependant, les mécanismes sous-jacents aux propriétés mécaniques distinctes de ces matériaux restent flous. L’une des principales raisons de ce manque de connaissances est l’absence d’un système complet capable de mesurer simultanément les propriétés mécaniques et d’observer la dynamique microstructurale de ces matériaux. Bien que la tomodensitométrie (TDM) aux rayons X soit récemment apparue comme une choice prometteuse pour l’inspection non damaging de la structure interne des matériaux jusqu’à des résolutions à l’échelle nanométrique, elle n’est pas adaptée à l’observation dans des problems dynamiques.
Dans ce contexte, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur agrégé (tenure monitor) Masami Matsubara de l’École des sciences créatives et de l’ingénierie de la Faculté d’ingénierie de l’Université Waseda au Japon, a développé un système innovant able de conduire des analyses mécaniques dynamiques. analyse et imagerie dynamique par micro-rayons X simultanément. Leur étude a été mise en ligne le 19 octobre 2023 et sera publiée dans le quantity 205 de la revue Mechanical Devices and Signal Processing le 15 décembre 2023.
« En intégrant l’imagerie CT aux rayons X réalisée dans la grande set up de rayonnement synchrotron Spring-8 (BL20XU) et l’analyse mécanique dans des circumstances dynamiques, nous pouvons élucider la relation entre la framework interne d’un matériau, son comportement dynamique et ses propriétés d’amortissement », explique Dr Matsubara. Au cœur de ce nouveau système se trouvent le micro scanner à rayons X dynamique et un agitateur compact spécialement conçu et développé par l’équipe, able d’ajuster avec précision l’amplitude et la fréquence des vibrations.
L’équipe a utilisé ce système innovant pour étudier les distinctions entre le caoutchouc styrène-butadiène (SBR) et le caoutchouc naturel (NR), ainsi que pour explorer comment la forme et la taille des particules de ZnO influencent le comportement dynamique des composites SBR.
Les chercheurs ont effectué des microscanners dynamiques à rayons X sur ces matériaux, en les faisant tourner pendant l’imagerie tout en les soumettant simultanément aux vibrations du shaker. Ils ont ensuite développé des histogrammes des amplitudes de déformation locales en utilisant les déformations locales extraites des visuals reconstruites en 3D des buildings internes des matériaux. Ces histogrammes, en conjonction avec le facteur de perte des matériaux, mesure de l’amortissement inhérent d’un matériau, ont été analysés pour comprendre leur comportement dynamique.
En comparant les matériaux SBR et NR, qui présentent des facteurs de perte significativement différents, l’équipe n’a trouvé aucune différence perceptible entre leurs histogrammes locaux d’amplitude de déformation. Cependant, les histogrammes affichent des distributions de contraintes as well as larges en présence de particules composites comme le ZnO. Cela suggère que la déformation au sein de ces matériaux n’est pas uniforme et dépend de la forme et de la taille des particules, ce qui peut avoir masqué tout changement dû à l’ajout des particules.
« Cette technologie peut nous permettre d’étudier la microstructure du caoutchouc et des matériaux similaires dans des situations dynamiques et peut aboutir au développement de pneus ou de gants en caoutchouc économes en carburant qui ne se détériorent pas. De as well as, cette technologie peut également permettre le X- l’imagerie par tomodensitométrie des organes vivants qui se déforment de manière répétée, comme le cœur, et peut même ouvrir la voie au développement d’organes artificiels », explique le Dr Matsubara, soulignant l’importance de cette étude.
Dans l’ensemble, cette technologie révolutionnaire a le potentiel de faire progresser la compréhension de la microstructure des matériaux viscoélastiques, ouvrant probablement la porte au développement de nouveaux matériaux aux propriétés améliorées.
