Заводы, гаджеты, дороги: как каучук из джунглей оказался в вашем смартфоне
Видео о сборе каучука захлестнуло интернет. Но если его сбор привлекает внимание своей экзотикой, то вопрос о применении каучука в повседневной жизни для многих до сих пор открыт. Ученые Пермского Политеха рассказали, благодаря чему материал завоевал мир, почему он стал незаменим на заводах, как его применяют для 3D-печати, роботов и гибкой электроники, как он защищает автовладельцев от ДТП, помогает реже перекладывать асфальт и в каких неожиданных предметах он содержится.
Молекулярная магия
Каучук представляет собой эластомер, обладающий уникальной способностью возвращаться к своей первоначальной форме после растяжения или сжатия. На молекулярном уровне он состоит из длинных полимерных цепей, связанных между собой.
— Существуют два основных вида каучука: натуральный добывают из латекса – млечного сока каучуконосных растений, преимущественно из бразильской гевеи. Процесс получения включает надрезы на коре дерева, через которые белая субстанция стекает в емкости. В латексе содержится около 30–40% каучука, а остальное — это вода, белки, смолы и другие вещества. Для выделения каучука латекс обрабатывают кислотой, например, уксусной или муравьиной, что вызывает его свертывание. Затем эту массу промывают, раскатывают в листы и сушат, — рассказывает Нина Любимова, старший преподаватель кафедры «Общая физика» Пермского Политеха.
Синтетический эластомер производят совсем иначе — его создают путем полимеризации нефтехимических мономеров, таких как бутадиен, изопрен или стирол.
От дерева гевеи до заводов
Настоящая революция произошла благодаря открытию вулканизации — процессу, который превратил изначально клейкий и неустойчивый природный материал в резину. В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир случайно нагрел смесь каучука и серы на кухонной плите. Вместо ожидаемого плавления масса стала более прочной, эластичной и устойчивой к температурам. Это открытие привело к созданию резины, которая не размягчалась в жару и не трескалась на холоде.
— После открытия резина стала менее уязвимой к перепадам температур, более упругой, устойчивой к растворителям и механическим повреждениям. Именно благодаря этому технологическому прорыву мир получил универсальный материал, без которого сложно представить современную жизнь — от автомобильных шин и герметичных уплотнений до электроизоляции, подошвы обуви и бесчисленного множества других изделий, обеспечивающих комфорт и безопасность нашей повседневной жизни, — говорит Нина Любимова.
Битва эластомеров
Синтетический каучук, появившийся в ответ на ограниченность ресурсов натурального и потребность в материалах с заданными свойствами, постепенно занял доминирующее положение на рынке.
— Главное преимущество синтетического каучука в том, что мы можем создавать его с нужными нам свойствами. Например, для автомобильных шин очень важно, чтобы резина не стиралась долгое время. Поэтому там используют очень износостойкий бутадиен-стирольный каучук. А там, где материал должен контактировать с маслом или бензином (например, в прокладках двигателя), используют нитрильный, потому что он не боится этих веществ, — рассказывает физик Пермского Политеха.
Однако натуральный каучук сохраняет свои позиции в тех областях, где важна высокая прочность на разрыв и динамическая выносливость, например, в производстве крупногабаритных шин для горной техники. Таким образом, выбор между синтетическим и натуральным каучуком определяется конкретными требованиями к конечному продукту.
3D-печать резиной
В последнее время 3D-печать набирает все большую популярность. Причины очевидны: технологии развиваются и становятся дешевле. Широкое применение в аддитивных технологиях находит резина, хотя и требует особых подходов. Чаще всего используются материалы, сочетающие в себе свойства термопластов (возможность многократной переработки) и эластомеров (упругость и эластичность).
— По сравнению с популярными для 3D-печати пластиками, резина обладает рядом преимуществ, обусловленных ее эластичностью. Изделия из нее способны поглощать энергию удара, гасить вибрации и обеспечивать герметичность соединений, что делает их незаменимыми в тех случаях, когда требуется амортизация и уплотнение. Кроме того, материал характеризуется более высоким коэффициентом трения, что обеспечивает лучшее сцепление с поверхностями, — объясняет Нина Любимова, старший преподаватель кафедры «Общая физика» Пермского Политеха.
Однако пластики превосходят резину по прочности на разрыв, жесткости и химической стойкости к агрессивным средам, а также обладают более широким спектром доступных цветов и текстур.
Резиновые дороги
Каучук играет важную роль в строительстве дорог, делая их более долговечными, безопасными и тихими.
— Добавка материала в асфальт позволяет быть ему гибким и устойчивым к нагрузкам от автомобилей, предотвращая появление трещин и ям. Он увеличивает сцепление шин с дорожным покрытием, особенно во влажную погоду, снижая риск аварий. Полотна с эластомером поглощают шум от движения транспорта, делая поездки более комфортными для жителей близлежащих домов. Кроме того, автомагистрали с резиновым покрытием более устойчивы к перепадам температур и другим погодным условиям, что снижает вероятность деформации, — поясняет эксперт Пермского Политеха.
Так, например, материал для дорог с добавлением каучука, разработанный учеными Пермского Политеха, лучше сохраняет эластичность при минусовой температуре и более устойчив к деформациям во время жары, что позволяет защитить асфальт от трещин, образующихся из-за замерзания воды и таяния льда, а срок службы такого асфальта может достигать 30 лет без ремонта.
От датчиков до роботов
Гибкая электроника на основе каучука может найти применение в датчиках здоровья, гибких дисплеях, медицинской технике (имплантируемые устройства, электронная кожа), робототехнике (сенсоры для мягких роботов), автомобильной промышленности (датчики и панели управления) и других областях.
— Технологии печати, такие как струйная, трафаретная и 3D, позволяют наносить проводящие, полупроводниковые и диэлектрические материалы на каучуковую подложку, формируя необходимые электронные компоненты и соединения. Разрабатываются специальные чернила и пасты на основе наночастиц металлов, полимеров и других материалов, совместимые с каучуком и обеспечивающие необходимые электрические характеристики. Все это позволит создавать устройства сложной формы, адаптирующиеся к поверхности тела или другим неровным поверхностям. Это открывает новые возможности для мониторинга здоровья, создания протезов с тактильной чувствительностью и разработки интерфейсов человек-машина нового поколения, — рассказывает физик Пермского Политеха.
Топ-5 неожиданных вещей, в которых прячется каучук
В автомобильной промышленности эластомер используется в уплотнителях дверей машин, предотвращающих попадание воды и шума в салон.
В мире моды и текстиля резина в виде эластичных нитей используется для создания тянущихся тканей, таких как спандекс и лайкра.
Некоторые краски для граффити содержат резиновые добавки, которые делают покрытие более гибким и устойчивым к растрескиванию.
Жевательная резинка, которую мы знаем сегодня, имеет интересную историю. Когда-то для придания ей эластичности использовали натуральный латекс, тот самый сок каучукового дерева. Именно он придавал продукту упругость и возможность долго жеваться.
— В настоящее время латекс заменяют синтетическими полимерами. Эти современные материалы, такие как полиизобутилен и поливинилацетат, образуют так называемую «жевательную основу». Несмотря на то что они созданы искусственно, по своим свойствам и ощущениям во рту эта основа очень похожа на резину, — отмечает ученая.
И, конечно, нельзя забывать о медицине, где хирургические перчатки, чаще всего изготавливаемые из латекса (натурального каучука), обеспечивают надежную защиту врачей и пациентов от инфекций.
Telegram 
Дзен 
VK Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно