Forskere fra Aarhus Universitet og University of Cambridge har som de første målt på og opstillet guidelines for boltsamlinger for afløseren af kevlar – det ultrastærke plastmateriale med det mundrette navn ultra-high-molecular-weight polyethylene.
Forestil dig et fløjlsblødt stof, som er ganske let, men samtidig stærkt nok til at kunne stoppe en kugle. Det er cirka beskrivelsen af ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), et superplastmateriale kommercielt kendt som Dyneema eller Spectra, der allerede er ved at overtage for para-aramid-fibermaterialet kevlar i blandt andet skudsikre veste og andet mandskabspanser.
Men der er god brug for supermaterialet til mange andre applikationer, og derfor har forskere nu opstillet guidelines og fejlmekanismediagrammer for stoffets anvendelse ved samlinger med stålbolte, anført af ph.d. og civilingeniør på Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet, Simon Skovsgård, og professor Norman Fleck ved University of Cambridge.
-De tests, vi lavede, viste, at materialet begyndte at deformere ved boltsamlingerne, men fibrene gik ikke i stykker. Det er interessant i forhold til andre populære kompositmaterialer, som eksempelvis kulfiber, der pludselig springer. Her kan vi godt trække materialet fra hinanden, men at bryde fibrene er virkelig svært, siger Simon Skovsgård.
UHMWPE består af ekstremt lange kæder af det termoplastiske kunststof polyethylen (PE). Og det er netop de lange kæder, der styrker stoffets intermolekylære interaktioner og gør materialet i stand til at overføre stressbelastning effektivt til polymerskelettet.
Det betyder, at UHMWPE har en utrolig høj trækstyrke sammenlignet med mange andre termoplastiske kunststoffer, og det betyder også, at materialet er langt stærkere end stål i fiberretningen. Trækstyrken for højstyrkestål er ca. 900 MPa, men for at bryde fibrene i UHMWPE kræves omkring 3000 MPa.
-UHMWPE fiberplader er en samling af disse utroligt stærke fibre. Forsøger man at trække i fibrene, er det nærmest umuligt at trække fra hinanden, men vrider man i materialet, er det blødt. Den kombination gør det nemt for stoffet at optage energi, siger Simon Skovsgård.
De nye forskningsresultater er godt nyt for den kommercielle brug af UHMWPE, som i stigende grad introduceres i blandt andet skibsindustrien, til containere, reb og net, og som panser for køretøjer og i tekstilindustrien. Indtil nu har man nemlig ikke haft erfaring med brugen af stoffet i samlinger med andet materiale.
Resultaterne er publiceret i The International Journal of Solids and Structures.
