Ny forskning identificerer styrker og svagheder ved supermateriale

Forestil dig en fløjlsagtig, blødt materiale, der er ekstremt let, men også stærk nok til at stoppe en kugle. Dette er tæt på en beskrivelse af polyethylen med ultrahøj molekylvægt (UHMWPE), et superplastisk materiale, der kommercielt er kendt som Dyneema eller Spectra, som allerede tager over fra para-aramidfibermaterialet, Kevlar, i f.eks. skudsikre jakker.

Der er også et stort behov for supermaterialet i mange andre applikationer end kropspanser, og derfor har forskere nu opstillet retningslinjer og fejlkort for brug af materialet i samlinger med stålbolte. Forskerholdet ledes af Simon Skovsgård, Ph.d. og civilingeniør ved Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet, og professor Norman Fleck ved University of Cambridge.

Resultaterne er netop blevet offentliggjort i International Journal of Solids and Structures .

"De test, vi har lavet, viste, at materialet begyndte at deformere ved leddene, men fibrene var ikke knækket. Dette er interessant i forhold til andre populære kompositmaterialer, såsom kulfiberkompositter, som pludselig knækker. Her, selvom vi kan rive materialet, det er virkelig svært at bryde fibrene, siger Simon Skovsgård.

UHMWPE består af ekstremt lange kæder af polyethylen (PE). Og disse lange kæder styrker stoffets intermolekylære interaktioner og gør det muligt for materialet at overføre stressbelastninger effektivt til polymerskelettet.

Det betyder, at UHMWPE-fibre har en utrolig høj trækstyrke sammenlignet med mange andre termoplaster, og det betyder også, at materialet er meget stærkere end stål i fiberretningen. Trækstyrken af ​​højstyrkestål er ca. 900 MPa, men for at bryde fibrene i UHMWPE, du har brug for cirka 3000 MPa.

"UHMWPE fiberplader er en samling af disse utroligt stærke fibre. Det er næsten umuligt at forlænge og bryde fibrene, men hvis du vrider eller skærer materialet, den er blød. Denne kombination gør det nemt for materialet at absorbere energi, siger Simon Skovsgård.

De nye forskningsresultater er gode nyheder for kommerciel brug af UHMWPE, som i stigende grad introduceres i skibsfartsindustrien i containere, reb og net, samt panser til køretøjer og personale og i tekstilindustrien. Indtil nu, der har ikke været nogen erfaring med at bruge materialet kombineret med andre materialer.