Il polietilene ad altissimo peso molecolare sta già prendendo il posto del materiale fibroso para-aramidico, Kevlar, ad es. giubbotti antiproiettile, che il PhD Simon Skovsgård indossa qui. Credito:Lars Kruse/AU Foto
Immagina un vellutato, materiale morbido ed estremamente leggero, ma anche abbastanza forte da fermare un proiettile. Questo è vicino a una descrizione del polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE), un materiale superplastico commercialmente noto come Dyneema o Spectra, che sta già subentrando al materiale fibroso para-aramidico, Kevlar, ad es. giubbotti antiproiettile.
C'è anche molto bisogno del super materiale in molte altre applicazioni oltre all'armatura, e quindi i ricercatori hanno ora stabilito linee guida e mappe di guasto per l'uso del materiale nei giunti con bulloni in acciaio. Il team di ricerca è guidato da Simon Skovsgård, dottorato di ricerca e Master in Ingegneria presso il Dipartimento di Ingegneria, Università di Aarhus, e il professor Norman Fleck all'Università di Cambridge.
I risultati sono stati appena pubblicati nel Giornale internazionale di solidi e strutture .
"I test che abbiamo fatto hanno mostrato che il materiale ha iniziato a deformarsi alle giunture, ma le fibre non erano rotte. Questo è interessante in relazione ad altri materiali compositi popolari, come i compositi in fibra di carbonio, che scatta all'improvviso. Qui, anche se possiamo strappare il materiale, è davvero difficile rompere davvero le fibre, " dice Simon Skovsgård.
UHMWPE è costituito da catene estremamente lunghe di polietilene (PE). E queste lunghe catene rafforzano le interazioni intermolecolari della sostanza e consentono al materiale di trasferire efficacemente i carichi di stress allo scheletro polimerico.
Immagine ottica di un soggetto di prova Dyneema. Nella prova in questione, la lastra in Dyneema è stata deformata in misura molto elevata nel tentativo di rompere le fibre. Le fibre non si sono rotte a causa dell'incredibile resistenza delle fibre UHMWPE. Credito:Simon Skovsgård.
Ciò significa che le fibre UHMWPE hanno una resistenza alla trazione incredibilmente elevata rispetto a molti altri termoplastici, e questo significa anche che il materiale è molto più resistente dell'acciaio nella direzione della fibra. La resistenza alla trazione dell'acciaio ad alta resistenza è di ca. 900 MPa, ma per rompere le fibre in UHMWPE, hai bisogno di circa 3000 MPa.
"Le lastre in fibra UHMWPE sono una raccolta di queste fibre incredibilmente resistenti. È quasi impossibile estendere e rompere le fibre, ma se torcere o tagliare il materiale, è morbido. Questa combinazione rende facile per il materiale assorbire energia, " dice Simon Skovsgård.
I nuovi risultati della ricerca sono una buona notizia per l'uso commerciale di UHMWPE, che viene sempre più introdotto nel settore marittimo nei container, corde e reti, così come armature per veicoli e personale e nell'industria tessile. Finora, non c'è stata esperienza con l'uso del materiale combinato con altri materiali.
