TUhjnbcbe - 2024/10/31 16:27:00
英国华威大学和伦敦大学玛丽女王学院的研究人员研究设计了一种加工技术,可以制造出透明的聚乙烯薄膜，具有和铝一样的强度，但重量相比铝却小很多，可用于玻璃、挡风玻璃、遮阳板和显示器等，可增加强度和弹性，同时减轻重量。以前，当人们需要用材料来代替笨重且易碎的玻璃时都会想到透明塑料，如聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），与铝等工程材料相比，这两种材料的机械性能方面都不太能满足要求。目前制造高强度塑料薄膜的方法，例如高密度聚乙烯（HDPE）的热拉伸，可以使材料较传统的金属等工程材料具有竞争力甚至更优。“拉伸之前聚合物的微观结构非常类似于煮熟的意大利面，而拉伸后的分子会以类似于未煮熟的意大利面的方式排列，使其可以承受更多的负荷”，研究团队人员这样解释。然而，由于拉伸工艺造成的缺陷和空隙，使得拉伸的聚乙烯材料通常具有不透明的外观，限制了同时需要机械性能和光学透明性的应用。最近有些研究通过在热拉伸HDPE材料中使用特定的添加剂，实现了产生90％的透明度同时提供高强度。英国华威大学和伦敦大学玛丽女王学院的研究人员现在开发了一种新的HDPE后制造技术，该技术能够实现强度和弹性，同时在不使用添加剂的情况下保持透明度。研究人员采用HDPE聚乙烯薄膜，在低于HDPE熔化温度的温度范围内抽出这些薄片。通过调节拉伸温度，它们可以在可见光范围内实现90％的透明度。然而，在拉伸温度在90到摄氏度之间实现了强度和透明度之间的最佳平衡。高度透明的薄膜具有27GPa的最大弹性或杨氏模量，沿拉伸方向的最大拉伸强度为MPa，两者都比PC和PMMA塑料高10倍以上。相比之下，铝的杨氏模量为69GPa，航空级铝合金的抗拉强度可达MPa左右。然而，聚乙烯的密度小于kg/m3，而铝的密度约为kg/m3，这意味着这些高强度透明聚合物薄膜在重量基础上可以胜过这些金属。华威大学的TonPeijs教授这样总结他们的研究成果：“我们的研究结果表明，可以使用90°C至°C的宽加工窗口来定制光学和机械性能之间所需的平衡。预计这些轻质，低成本，高透明，高强度和高刚度HDPE薄膜可用于层压板和层压复合材料，取代或加强传统的无机或聚合物玻璃，用于汽车玻璃，建筑物，挡风玻璃，遮阳板，显示器等应用。