Testes identificam forças e fraquezas de supermaterial

O aço de alta resistência rompe-se a aproximadamente 900 MPa, mas, para quebrar as fibras deste material você precisa de 3.000 MPa.

Imagem de um corpo de teste de UHMWPE. A placa foi deformada em um grau muito alto, na tentativa de quebrar as fibras, mas elas não se quebraram - a junção com os parafusos quebra primeiro.

Dyneema

Imagine um material macio e aveludado, extremamente leve, mas forte o suficiente para parar o projétil de uma arma de fogo. Isto está próximo da descrição do "polietileno de ultra-alto peso molecular" (UHMWPE), um material superplástico que já está disponível comercialmente - seus nomes comerciais são Dyneema ou Spectra - e começa a substituir o material fibroso para-aramida, ou Kevlar, usado em coletes à prova de balas.

Para ampliar suas possibilidades de uso, os cientistas queriam saber como esse polietileno superplástico interage quando é unido a outros materiais.

A rodada criteriosa de medições estabeleceu diretrizes e mapas de falhas para uso do material em juntas com parafusos de aço. Os resultados mostram que, embora o material se deforme nas junções, é de fato incrivelmente difícil quebrar suas fibras.


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"Os testes que fizemos mostraram que o material começou a se deformar nas articulações, mas as fibras não foram quebradas. Isso é interessante em relação a outros materiais compósitos populares, como os compósitos de fibra de carbono, que se rompem repentinamente. Aqui, embora possamos rasgar o material, é realmente difícil quebrar suas fibras," disse o professor Simon Skovsgaard, da Universidade Aarhus, na Dinamarca.

UHMWPE

O UHMWPE (Ultra-High-Molecular-Weight PolyEthylene) é formado por cadeias extremamente longas de polietileno. E essas longas cadeias fortalecem as interações intermoleculares da substância, permitindo que o material transfira cargas de tensão de forma efetiva para o esqueleto do polímero.

Isso significa que as fibras UHMWPE têm uma resistência à tração incrivelmente alta em comparação com muitos outros termoplásticos, e também significa que o material é muito mais forte do que o aço na direção da fibra. A resistência à tração do aço de alta resistência é de aproximadamente 900 MPa, mas, para quebrar as fibras no UHMWPE, são necessários aproximadamente 3.000 MPa.

"As placas de fibra UHMWPE são uma coleção dessas fibras incrivelmente fortes. É quase impossível esticar e quebrar as fibras, mas se você torcer ou cisalhar o material, ele é macio. Essa combinação facilita a absorção de energia pelo material," detalhou Skovsgaard.

Os novos resultados são boas notícias para o uso comercial do UHMWPE, que está sendo cada vez mais introduzido no setor de transporte, em contêineres, cordas e redes, além de armaduras para veículos e pessoal e na indústria têxtil. Até o momento, não houve experiência com o uso do material combinado com outros materiais.




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