Ricerca guidata dal professor Ton Peijs di WMG presso l'Università di Warwick e dal professor Cees Bastiaansen presso la Queen Mary University di Londra, ha ideato una tecnica di lavorazione in grado di creare film di polietilene trasparente che può essere più forte come l'alluminio ma ad una frazione del peso, e che potrebbe essere utilizzato nella vetratura, parabrezza, visiere e display in modi che aggiungono forza e resilienza riducendo il peso.

In un nuovo documento di ricerca intitolato "Pellicole di polietilene ad alta resistenza trasparenti simili al vetro mediante regolazione della temperatura di trafilatura". Pubblicato online oggi—1 aprile 2019—nella rivista Polimero , gli autori mostrano che dopo aver selezionato con cura il tipo di polietilene e regolando la temperatura durante la creazione di film di polietilene orientato si può creare un equilibrio che produce un materiale trasparente molto utile e leggero con una forza e una resilienza significative che si avvicinano, e in qualche modo, superiore a quello dei metalli.

In precedenza, chiunque cercasse di sostituire gli occhiali pesanti e spesso fragili con una plastica trasparente ha preso in considerazione le plastiche trasparenti convenzionali come il policarbonato (PC) e il poli(metilmetacrilato) (PMMA), entrambi i quali possiedono prestazioni meccaniche relativamente insoddisfacenti rispetto a un materiale tecnico come l'alluminio.

Gli attuali metodi di creazione di film plastici ad alta resistenza come la trafilatura a caldo del polietilene ad alta densità (HDPE) possono portare a materiali che possono competere o addirittura superare i materiali di ingegneria tradizionali come i metalli.

"La microstruttura dei polimeri prima della trafilatura ricorda molto quella di una ciotola di spaghetti o noodles cotti, mentre dopo aver stirato o stirato le molecole si allineano in modo simile a quello degli spaghetti crudi, il che significa che possono trasportare più carico" spiega Yunyin Lin, un dottorato di ricerca studente nel team dei professori Peijs e Bastiaansen.

Però, i materiali in polietilene trafilato hanno normalmente un aspetto opaco a causa di difetti e vuoti introdotti dal processo di trafilatura, limitando le applicazioni in cui sono richieste sia proprietà meccaniche che trasparenza ottica.

Recentemente è stato ottenuto un certo successo utilizzando additivi altamente specifici nei materiali HDPE trafilati a caldo che possono quindi produrre una trasparenza del 90% conferendo al contempo un'elevata resistenza. Però, il team di ricerca guidato dai professori Peijs e Bastiaansen ha ora sviluppato una nuova tecnica di post-produzione per l'HDPE che conferisce forza e resilienza preservando la trasparenza senza l'uso di additivi.

I ricercatori hanno preso fogli di polietilene HDPE e li hanno estratti a una gamma di temperature inferiori alla temperatura di fusione dell'HDPE. Regolando la temperatura di disegno potrebbero raggiungere una trasparenza del 90% nel campo del visibile. Però, il miglior equilibrio tra resistenza e trasparenza è stato raggiunto a temperature di trafilatura comprese tra 90 e 110 gradi centigradi.

Il professor Ton Peijs di WMG presso l'Università di Warwick ha dichiarato:

"Ci aspettiamo che una maggiore mobilità della catena polimerica a queste alte temperature di trafilatura sia responsabile della creazione di un minor numero di difetti nei film trafilati, con conseguente minore dispersione della luce da parte dei difetti e quindi una maggiore chiarezza"

I film altamente trasparenti possiedono una resilienza massima o modulo di Young di 27 GPa e una resistenza alla trazione massima di 800 MPa lungo la direzione di trafilatura, entrambi sono più di 10 volte superiori a quelli delle plastiche PC e PMMA. Per confronto, l'alluminio ha un modulo di Young di 69 GPa e la lega di alluminio di grado aerospaziale può avere resistenze alla trazione fino a circa 500 MPa. Però, il polietilene ha una densità inferiore a 1000 kg/m3 mentre l'alluminio ha una densità di circa 2700 kg/m3, il che significa che in base al peso questi film polimerici trasparenti ad alta resistenza possono superare tali metalli.

Il professor Ton Peijs in WMG presso l'Università di Warwick conclude che:

"I nostri risultati hanno mostrato che un'ampia finestra di lavorazione che va da 90 ° C a 110 ° C può essere utilizzata per personalizzare l'equilibrio richiesto tra prestazioni ottiche e meccaniche. Si prevede che questi leggeri, basso costo, altamente trasparente, i film HDPE ad alta resistenza e rigidità possono essere utilizzati in laminati e compositi laminati, sostituire o rinforzare il tradizionale vetro inorganico o polimerico per applicazioni nella vetratura automobilistica, edifici, parabrezza, visiere, mostra ecc."