Исследования, проведенные профессором Тон Пейсом из WMG в Университете Уорика и профессором Сисом Бастиансеном из Лондонского университета Королевы Марии, разработали технологию обработки, которая может создавать прозрачную полиэтиленовую пленку, которая может быть прочнее алюминия, но при этом на небольшую долю веса, и которые могут быть использованы в остеклении, ветровых стеклах, козырьках и витринах таким образом, чтобы повысить прочность и упругость при одновременном снижении веса.

В новой исследовательской работе под названием «Стеклоподобные прозрачные высокопрочные полиэтиленовые пленки путем настройки температуры волочения». Опубликованный сегодня в Интернете — 1 апреля 2019 года — в журнале « Полимер» авторы показывают, что после тщательного выбора типа полиэтилена и настройки температуры во время создания ориентированных полиэтиленовых пленок можно создать баланс, который дает очень полезный и легкий прозрачный материал с значительная прочность и упругость, приближающаяся, а в некоторых случаях и превышающая таковую у металлов.

Ранее любой, кто хотел заменить тяжелые и часто хрупкие стекла прозрачным пластиком, смотрел на обычные прозрачные пластики, такие как поликарбонат (ПК) и поли (метилметакрилат) (ПММА), которые обладают относительно неудовлетворительными механическими характеристиками по сравнению с инженерным материалом, таким как алюминий.

Современные методы создания высокопрочных пластиковых пленок, такие как горячее вытягивание полиэтилена высокой плотности (HDPE), могут привести к созданию материалов, которые могут конкурировать или даже превосходить традиционные инженерные материалы, такие как металлы.

«Микроструктура полимеров перед вытягиванием очень напоминает микроструктуру миски приготовленных спагетти или лапши, в то время как после растягивания или вытягивания молекулы выровняются таким же образом, как и у сырых спагетти, что означает, что они могут нести больше нагрузки», — объясняет Юньин Лин доктор философии студент в команде профессоров Пейса и Бастиансена.

Однако вытянутые полиэтиленовые материалы обычно имеют непрозрачный внешний вид из-за дефектов и пустот, возникающих в процессе рисования, что ограничивает применение, где требуются как механические свойства, так и оптическая прозрачность.

Некоторый успех был достигнут в последнее время благодаря использованию высокоспецифичных добавок в горячекатаных материалах из ПЭВП, которые могут обеспечить 90% прозрачность при высокой прочности. Тем не менее, исследовательская группа во главе с профессорами Пейсом и Бастьяансеном в настоящее время разработала новую технологию постпроизводства для ПЭВП, которая обеспечивает прочность и эластичность, сохраняя прозрачность без использования добавок.

Исследователи взяли полиэтиленовые листы из ПЭВП и вытащили эти листы при температуре ниже температуры плавления ПЭВП. Регулируя температуру рисования, они могли бы достичь прозрачности 90% в видимом диапазоне. Однако лучший баланс между прочностью и прозрачностью был достигнут при температурах вытяжки от 90 до 110 градусов по Цельсию.

Профессор Тон Пейс из Университета Уорика сказал:

«Мы ожидаем, что большая подвижность полимерной цепи при этих высоких температурах вытягивания будет способствовать созданию меньшего количества дефектов в вытянутых пленках, что приведет к меньшему рассеянию света на дефектах и, следовательно, к большей прозрачности»

Высокопрозрачные пленки обладают максимальной упругостью или модулем Юнга 27 ГПа и максимальной прочностью на растяжение 800 МПа вдоль направления вытягивания, которые более чем в 10 раз выше, чем у пластиков ПК и ПММА. Для сравнения, алюминий имеет модуль Юнга 69 ГПа, а алюминиевый сплав аэрокосмического класса может иметь предел прочности на разрыв примерно до 500 МПа. Однако полиэтилен имеет плотность менее 1000 кг / м3, в то время как алюминий имеет плотность около 2700 кг / м3, что означает, что в пересчете на массу эти высокопрочные прозрачные полимерные пленки могут превзойти такие металлы.

Профессор Тон Пейс из WMG в Университете Уорика приходит к выводу, что:

«Наши результаты показали, что широкое окно обработки в диапазоне от 90 ° C до 110 ° C может быть использовано для обеспечения необходимого баланса между оптическими и механическими характеристиками. Ожидается, что эти легкие, недорогие, высокопрозрачные, высокопрочные и высокопрочные Жесткие пленки HDPE могут использоваться в ламинатах и ​​ламинированных композитах, заменяя или укрепляя традиционное неорганическое или полимерное стекло для применений в автомобильном остеклении, зданиях, ветровых стеклах, козырьках, витринах и т. д. »