O polietileno de ultra-alto peso molecular já está substituindo o material fibroso para-aramida, Kevlar, em, por exemplo jaquetas à prova de bala, que o PhD Simon Skovsgård está usando aqui. Crédito:Lars Kruse / AU Foto
Imagine um veludo, material macio que é extremamente leve, mas também forte o suficiente para parar uma bala. Isso é próximo a uma descrição de polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE), um material superplástico conhecido comercialmente como Dyneema ou Spectra, que já está assumindo o lugar do material fibroso para-aramida, Kevlar, em, por exemplo casacos à prova de bala.
Também há muita necessidade do supermaterial em muitas outras aplicações além de armaduras corporais, e, portanto, os pesquisadores já estabeleceram diretrizes e mapas de falha para o uso do material em juntas com parafusos de aço. A equipe de pesquisa está sendo liderada por Simon Skovsgård, Ph.D. e MSc em engenharia no Departamento de Engenharia, Universidade Aarhus, e o professor Norman Fleck da Universidade de Cambridge.
Os resultados acabam de ser publicados no Jornal Internacional de Sólidos e Estruturas .
“Os testes que fizemos mostraram que o material começou a se deformar nas juntas, mas as fibras não foram quebradas. Isso é interessante em relação a outros materiais compostos populares, como compósitos de fibra de carbono, que se encaixa repentinamente. Aqui, embora possamos rasgar o material, é realmente difícil quebrar as fibras, "diz Simon Skovsgård.
O UHMWPE consiste em cadeias extremamente longas de polietileno (PE). E essas longas cadeias fortalecem as interações intermoleculares da substância e permitem que o material transfira cargas de tensão de maneira eficaz para o esqueleto do polímero.
Imagem ótica de uma cobaia Dyneema. No teste em questão, a placa Dyneema foi deformada em um grau muito alto na tentativa de quebrar as fibras. As fibras não quebraram devido à incrível resistência das fibras UHMWPE. Crédito:Simon Skovsgård.
Isso significa que as fibras UHMWPE têm uma resistência à tração incrivelmente alta em comparação com muitos outros termoplásticos, e isso também significa que o material é muito mais resistente do que o aço na direção da fibra. A resistência à tração do aço de alta resistência é de aprox. 900 MPa, mas para quebrar as fibras em UHMWPE, você precisa de aproximadamente 3000 MPa.
"As placas de fibra UHMWPE são uma coleção dessas fibras incrivelmente fortes. É quase impossível estender e quebrar as fibras, mas se você torcer ou cortar o material, é macia. Essa combinação torna mais fácil para o material absorver energia, "diz Simon Skovsgård.
Os novos resultados da pesquisa são uma boa notícia para o uso comercial de UHMWPE, que está cada vez mais sendo introduzido na indústria de navegação em contêineres, cordas e redes, bem como armaduras para veículos e pessoal e na indústria têxtil. Até aqui, não houve experiência com o uso do material combinado com outros materiais.
