Ученые из Орхусского университета и Кембриджского университета первыми измерили и установили руководящие принципы для болтовых соединений с помощью предстоящей замены кевлара: сверхпрочного материала с броским названием сверхвысокомолекулярный полиэтилен.
Представьте себе бархатистый, мягкий материал, который очень легкий, но достаточно прочный, чтобы остановить пулю. Это близко к описанию сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), сверхпластичного материала, коммерчески известного как Dyneema или Spectra, который уже берет свое начало от параарамидного волокнистого материала, кевлара, например, в пуленепробиваемых оболочках ,
Существует также большая потребность в супер материале во многих других применениях, кроме бронежилетов, и поэтому исследователи в настоящее время разработали рекомендации и карты отказов для использования материала в соединениях со стальными болтами. Исследовательскую группу возглавляют Саймон Сковсгард, доктор философии и магистр инженерных наук на инженерном факультете Орхусского университета, и профессор Норман Флек из Кембриджского университета.
Результаты были только что опубликованы в Международном журнале твердых тел и структур .
«Проведенные нами испытания показали, что материал начал деформироваться в соединениях, но волокна не были повреждены. Это интересно в отношении других популярных композитных материалов, таких как композиты из углеродного волокна, которые внезапно ломаются. Здесь, хотя мы можем порвать материал, действительно трудно разорвать волокна », - говорит Саймон Сковсгард.
СВМПЭ состоит из чрезвычайно длинных цепей из полиэтилена (ПЭ). И эти длинные цепи усиливают межмолекулярные взаимодействия вещества и позволяют материалу эффективно переносить высокие нагрузки на полимерный скелет.
Это означает, что волокна из СВМПЭ обладают невероятно высокой прочностью на растяжение по сравнению со многими другими термопластами, и это также означает, что материал намного прочнее стали в направлении волокон. Предел прочности высокопрочной стали составляет ок. 900 МПа, но чтобы разорвать волокна в СВМПЭ, вам нужно примерно 3000 МПа.
«Волокнистые плиты из СВМПЭ представляют собой совокупность этих невероятно прочных волокон. Почти невозможно растянуть и разорвать волокна, но если вы скрутите или срежете материал, он будет мягким. Эта комбинация позволяет материалу легко поглощать энергию », - говорит Саймон Сковсгард.
Новые результаты исследований являются хорошими новостями для коммерческого использования СВМПЭ, которое все больше внедряется в судоходной промышленности в контейнерах, веревках и сетках, а также в броне для транспортных средств и персонала, а также в текстильной промышленности. До сих пор не было опыта использования материала в сочетании с другими материалами.