Ultrahög molekylvikt polyeten tar redan över från para-aramidfibröst material, Kevlar, i t.ex. skottsäkra jackor, som doktor Simon Skovsgård bär här. Upphovsman:Lars Kruse/AU Foto
Tänk dig en sammetslen, mjukt material som är extremt lätt, men också tillräckligt stark för att stoppa en kula. Detta är nära en beskrivning av polyeten med ultrahög molekylvikt (UHMWPE), ett superplastmaterial kommersiellt känt som Dyneema eller Spectra, som redan tar över från det para-aramidfibrösa materialet, Kevlar, i t.ex. skottsäkra jackor.
Det finns också ett stort behov av supermaterialet i många andra applikationer än kroppspansar, och därför har forskare nu satt upp riktlinjer och felkartor för användning av materialet i skarvar med stålbultar. Forskargruppen leds av Simon Skovsgård, Ph.D. och civilingenjör vid Institutionen för teknik, Aarhus universitet, och professor Norman Fleck vid University of Cambridge.
Resultaten har just publicerats i International Journal of Solids and Structures .
"De tester vi har gjort visade att materialet började deformeras vid lederna, men fibrerna bröts inte. Detta är intressant i förhållande till andra populära kompositmaterial, såsom kolfiberkompositer, som plötsligt knäpper. Här, även om vi kan riva materialet, det är verkligen svårt att faktiskt bryta fibrerna, säger Simon Skovsgård.
UHMWPE består av extremt långa kedjor av polyeten (PE). Och dessa långa kedjor stärker ämnets intermolekylära interaktioner och gör att materialet effektivt kan överföra spänningsbelastningar till polymerskelettet.
Optisk bild av ett Dyneema -testämne. I testet i fråga, Dyneema -plattan deformerades i mycket hög grad i ett försök att bryta fibrerna. Fibrerna gick inte sönder på grund av den otroliga styrkan hos UHMWPE -fibrerna. Upphovsman:Simon Skovsgård.
Detta innebär att UHMWPE -fibrer har en otroligt hög draghållfasthet jämfört med många andra termoplaster, och detta innebär också att materialet är mycket starkare än stål i fiberriktningen. Draghållfastheten för höghållfast stål är ca. 900 MPa, men för att bryta fibrerna i UHMWPE, du behöver cirka 3000 MPa.
"UHMWPE fiberplattor är en samling av dessa otroligt starka fibrer. Det är nästan omöjligt att förlänga och bryta fibrerna, men om du vrider eller skär materialet, den är mjuk. Denna kombination gör det lätt för materialet att absorbera energi, säger Simon Skovsgård.
De nya forskningsresultaten är goda nyheter för kommersiell användning av UHMWPE, som alltmer introduceras inom sjöfartsindustrin i containrar, rep och nät, samt rustning för fordon och personal och inom textilindustrin. Än så länge, det har inte funnits någon erfarenhet av att använda materialet i kombination med andra material.
