分子の画期的な進歩によりプラスチックの耐久性が向上

投稿者: スタッフ | 2023 年 8 月 30 日

プラスチックは通常、高温と低温に繰り返しさらされると膨張および収縮し、さまざまな用途での耐久性に影響を与えます。 添加剤によってこの問題は軽減できますが、ほとんどの製品は異なる材料を組み合わせており、熱膨張の不一致を補うためのフィラーの管理は複雑になります。 サンディア国立研究所の研究者は解決策を見つけられるかもしれません。すべては分子レベルから始まります。

研究チームは分子を改変して、ポリマーに簡単に組み込んでその特性を変更できるようにした。 研究チームのリーダーで材料科学者のエリカ・レッドライン氏は、分子が加熱されると、その形状が変化して膨張するのではなく収縮すると説明した。

「[分子が]ポリマーに添加されると、ポリマーの収縮が減少し、金属と同様の膨張と収縮の値に達します。 金属のように振る舞う分子があるというのは、かなり注目すべきことだ」とレッドライン氏は語った。

材料劣化の最大の要因の 1 つは、高温から低温への繰り返しの曝露です。 ほとんどの材料は加熱すると膨張し、冷却すると収縮しますが、各材料には独自の変化率があります。 たとえば、ポリマーは最も伸縮しますが、金属とセラミックは最も収縮しません。

製品に複数の素材が使用されている場合、よくあることですが、複雑な問題が発生します。

「たとえば、携帯電話はプラスチックの筐体にガラスのスクリーンが結合されており、その内側には回路を構成する金属とセラミックが入っています」とレッドライン氏は述べた。 「これらの材料はすべてねじ止めされたり、接着されたり、あるいは何らかの方法で結合されており、異なる速度で膨張したり収縮したりし始め、相互に応力がかかり、時間の経過とともに亀裂や反りが生じる可能性があります。」

「完璧な素材を思いついたとしたらどうなるだろうと考えました。 それはどんな感じになるだろうか」とレッドライン氏は語った。

レッドラインさんは、チャド・スタイガー氏、ジェイソン・ダガー氏、エリック・ネーゲル氏、コーシク・ゴーシュ氏、ジェフ・フォスター氏、ケネス・ライオンズ氏、アラナ・ユン氏、そして学術提携協力者のザカリア・ペイジ教授と大学院生のメーガン・キーカー氏らのチームの協力を得て、それをやり遂げたと考えている。

「この分子は現在の問題を解決するだけでなく、将来のさらなるイノベーションのための設計空間を大幅に広げます」と、特に防衛システムにおける潜在的な用途に注目しているサンディア化学エンジニアのダガー氏は述べた。

本発明はまた、３Ｄ印刷のためにポリマーの異なる部分に異なるパーセンテージで組み込むこともできる。

「アイテムのさまざまな部分の素材に合わせて、ある領域に特定の熱挙動を持つ構造を印刷し、別の領域に別の熱挙動をプリントすることができます」とダガー氏は言います。

この分子は、軽量化用途や接着剤配合にも可能性を秘めています。

現在、この分子は少量しか生産されておらず、7 ～ 10 グラムを生産するには約 10 日かかります。

チームは、市場向けの製品の準備を支援するサンディアの技術成熟プログラムを通じて 10 万ドルの資金を提供し、生産工程の削減に取り組んでいます。

「私の役割は、それを商業レベルで実現するより簡単な方法があるかどうかを確認することです」とポスドクのエリック・ネーゲル氏は語った。 「そのようなものは他にはありません。 このテクノロジーで何ができるか、そしてこれに関連する可能性のあるアプリケーションの可能性に本当に興奮しています。」

テキスト形式の詳細

材料の最新の進歩に関する PlasticsToday の報道で、プラスチック革新の最前線に留まりましょう。