Stel je een fluwelen, zacht materiaal dat extreem licht is, maar ook sterk genoeg om een ​​kogel te stoppen. Dit komt dicht in de buurt van een beschrijving van polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE), een superplastisch materiaal dat in de handel bekend staat als Dyneema of Spectra, die al het para-aramidevezelmateriaal overneemt, Kevlar, in bijv. kogelvrije jassen.

Er is ook veel behoefte aan het supermateriaal in veel andere toepassingen dan kogelvrije vesten, en daarom hebben onderzoekers nu richtlijnen en faalkaarten opgesteld voor gebruik van het materiaal in verbindingen met stalen bouten. Het onderzoeksteam wordt geleid door Simon Skovsgård, doctoraat en MSc in engineering aan de afdeling Engineering, Universiteit van Aarhus, en professor Norman Fleck aan de Universiteit van Cambridge.

De resultaten zijn zojuist gepubliceerd in de International Journal of Solids and Structures .

"De tests die we hebben gedaan, hebben aangetoond dat het materiaal begon te vervormen bij de gewrichten, maar de vezels waren niet gebroken. Dit is interessant in relatie tot andere populaire composietmaterialen, zoals koolstofvezelcomposieten, die plotseling knapt. Hier, hoewel we het materiaal kunnen scheuren, het is echt moeilijk om de vezels echt te breken, ", zegt Simon Skovsgård.

UHMWPE bestaat uit extreem lange ketens van polyethyleen (PE). En deze lange ketens versterken de intermoleculaire interacties van de stof en stellen het materiaal in staat om stressbelastingen effectief over te dragen op het polymeerskelet.

Dit betekent dat UHMWPE-vezels een ongelooflijk hoge treksterkte hebben in vergelijking met veel andere thermoplasten, en dit betekent ook dat het materiaal veel sterker is dan staal in de vezelrichting. De treksterkte van hoogwaardig staal is ca. 900 MPa, maar om de vezels in UHMWPE te breken, je hebt ongeveer 3000 MPa nodig.

"UHMWPE-vezelplaten zijn een verzameling van deze ongelooflijk sterke vezels. Het is bijna onmogelijk om de vezels te verlengen en te breken, maar als je het materiaal draait of knipt, het is zacht. Door deze combinatie kan het materiaal gemakkelijk energie opnemen, ", zegt Simon Skovsgård.

De nieuwe onderzoeksresultaten zijn goed nieuws voor het commerciële gebruik van UHMWPE, die in de scheepvaart steeds vaker wordt geïntroduceerd in containers, touwen en netten, evenals bepantsering voor voertuigen en personeel en in de textielindustrie. Tot dusver, er is geen ervaring met het gebruik van het materiaal in combinatie met andere materialen.