2025-05-22 ハーバード大学
In the new rubber tanglemer, a long polymer strand at a crack tip de-concentrates stress over a long distance, making the material more resistant to crack growth than regular natural rubber.
ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学部（SEAS）の研究チームは、天然ゴムのひび割れ耐性を大幅に向上させる新たな加工法を開発しました。この方法では、従来の高強度加硫処理を改良し、ポリマー鎖を短く切断せずに自然な状態で保持することで、ゴム内部に「タングルマー」と呼ばれる絡み合った構造を形成します。これにより、ひび割れの進行を抑制し、繰り返しの使用にも耐える強靭なゴム材料が実現しました。
◆実験では、新素材は従来の天然ゴムと比較して、ひび割れの進行に対する耐性が4倍、全体の強度が10倍に向上しました。この成果は、手袋やコンドームなどの薄型ゴム製品、柔軟な電子機器、ソフトロボティクス部品への応用が期待されます。ただし、大量の水分蒸発を伴うため、タイヤのような大型製品への適用にはさらなる研究が必要とされています。
＜関連情報＞
- https://seas.harvard.edu/news/2025/05/rubber-resists-cracking
- https://www.nature.com/articles/s41893-025-01559-z
耐クラック性に優れた天然ゴム Natural rubber with high resistance to crack growth
Guodong Nian,Zheqi Chen,Xianyang Bao,Matthew Wei Ming Tan,Yakov Kutsovsky & Zhigang Suo
Nature Sustainability Published:07 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41893-025-01559-z
Abstract
Natural rubber, with annual production of 15 million tonnes, is the most used bio-elastomer. Improving its resistance to crack growth is highly desired, to prolong its service life for many applications and eventually improve its sustainability. Here we markedly amplify the resistance to crack growth in natural rubber by forming a tanglemer, a polymer network in which entanglements greatly outnumber crosslinks. Specifically, we cast natural rubber latex without high-intensity processing that cuts long polymers. The long polymers densely entangle by thermal motion and are then sparsely crosslinked. At a crack tip, long polymer strands between neighbouring crosslinks deconcentrate stress, extend strain-induced crystallization over a large region and enhance crystallinity. For example, when the ratio of crosslinks to repeat units reduces from 10−2 to 10−3, the network amplifies fatigue threshold from ~50 J m−2 to ~200 J m−2, and toughness from ~104 J m−2 to over 105 J m−2. Overall, this work provides a viable strategy to improve the practical applicability of natural rubber, contributing to the development of sustainable polymers.
