制造与铝一样坚固的透明聚乙烯薄膜技术

作者：Alice Scott，沃里克大学

沃里克大学的WMG教授Ton Peijs和伦敦玛丽皇后大学的Cees Bastiaansen教授领导的研究设计了一种加工技术，可以制造出透明的聚乙烯薄膜，它可以像铝一样强，但重量只有铝的一小部分，可用于玻璃，挡风玻璃，遮阳板和显示器，增加强度和弹性，同时减轻重量。

在一篇题为“通过调整拉丝温度的玻璃状透明高强度聚乙烯薄膜”的新研究论文中。在线发布在2019年4月1日的Polymer杂志上，作者表示，在精心选择聚乙烯类型并通过在定向聚乙烯薄膜的制作过程中调节温度之后，可以创造出一种平衡，产生一种非常有用且重量轻的透明材料。显着的力量和弹性接近，并在某些方面超过金属。

以前，任何想要用透明塑料替代重型且通常脆性的玻璃的人都会看到传统的透明塑料，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，这两种材料都具有相对不令人满意的机械性能。

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，可以使材料竞争甚至超过金属等传统工程材料。

“拉伸之前聚合物的微观结构非常类似于一碗煮熟的意大利面条或面条，而拉伸或拉伸后的分子会以类似于未煮熟的意大利面条的方式排列，这意味着它们可以承受更多的负荷”Yunyin Lin解释说。 ，博士Peijs和Bastiaansen教授团队的学生。

然而，由于拉伸工艺引入的缺陷和空隙，拉伸的聚乙烯材料通常具有不透明的外观，限制了需要机械性能和光学透明性的应用。

最近，在热拉伸高密度聚乙烯（HDPE）材料中使用高特异性添加剂取得了一些成功，这种材料在提供高强度的同时，可以产生90%的透明度。然而，由Peijs教授和Bastiaansen教授领导的研究团队现在已经开发出一种新的高密度聚乙烯后制造技术，这种技术既具有强度和弹性，又不使用添加剂保持透明度。

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110摄氏度之间实现了强度和透明度之间的最佳平衡。

华威大学WMG的Ton Peijs教授说：

“我们希望在这些高拉伸温度下更高的聚合物链移动性能够在拉伸薄膜中产生更少的缺陷，从而减少缺陷造成的光散射，从而提高透明度”

高度透明的薄膜具有27 GPa的最大弹性或杨氏模量，沿拉伸方向的最大拉伸强度为800 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69 GPa，航空级铝合金的抗拉强度可达500 MPa左右。然而，聚乙烯的密度小于1000kg / m3，而铝的密度约为2700kg / 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。

沃里克大学WMG的Ton Peijs教授得出结论：

“我们的研究结果表明，可以使用90°C至110°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。

原文链接：https://phys.org/news/2019-04-technique-transparent-polythene-strong-aluminium.html

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