Let som plast og stærkere end stål: En milepæl for polymerisering

Der har eksisteret plastik i mange år, der er stærkere end stål. Flere plastiktyper er mere end 20 gange stærkere end stål. Det bruges blandt andet i snor til bjergbestigere, i fiskesnørre til fluefiskeri, i skudsikker tøj, i motorcykeltøj, og sejl til skibe. Nogle typer er lettere end vand - det er årsag til det bruges til fluefiskeri. Ulempen ved plastik er, at det nedbrydes af varme, og nogle typer nedbrydes af UV-lys. En dansk virksomhed laver fx. reb af plastikfibre, til erstatning af stål https://dynamica-ropes.com/cases/ - disse erstatter i nogle tilfælde stålwire. Plastik vil måske i fremtiden erstatte kevlar og stål. På youtube ses mange reklamer for UHMWPE tekstil, der hverken slides, skæres eller klippes.

Har du læst artiklen?

Hidtil har man kunne lave reb. Nu kan de lave krydsfinér. Eller tilsvarende.

Altså samme monomer som i Magretheskålene?

Melamin er netop IKKE et molekyle af kulstof og hydrogen.

Det lyder jo til, at forskellen ligger i, at de har været i stand til at lave plast, som har markant bedre styrke i 2 dimensioner fremfor blot 1 dimension. Et reb/wire er ofte mange fibre der går i samme retning. Dette væves så sammen, så det danner det ønskede produkt.

Som jeg læser artiklen lyder det også til, at de har formået at forstærke plasten ved at ændre dens molekylestruktur uden tilsætninger af fibreforstærkninger. Vil det så sige, at der kan opnå endnu en forstærkning af plasten ved eksempelvis at tilføje 30% carbonfibre eller tilsvarende?

Det lyder som et spændende materiale, men når bindingerne er stærkere, vil det vel også være tilsvarende længere om, at blive nedbrudt af naturen, eller hvad?

Hidtil har man kunne lave reb. Nu kan de lave krydsfinér. Eller tilsvarende.

Der findes også mange hårde varer lavet med plast, men normalt fibre der limet sammen, kombineret med f.eks. glasfiber, kevlar og andet.

Det lyder som et spændende materiale, men når bindingerne er stærkere, vil det vel også være tilsvarende længere om, at blive nedbrudt af naturen, eller hvad?

Det kan være en fordel - det vil kræve væsentligt færre materialer og slide mindre på naturen, hvis f.eks. boliger kunne holde i tusinder år, og bliver her, når vi ikke er her mere - ligesom pyamiderne.

Fibermaterialer som fx. nylon, kulfiber eller træ er stærke i én dimension - bestemt af fiberretningen. Det her materiale, hvor monomererne laver bindinger på atomarskala i to retninger er stærkt i to dimensioner. Opbygningen med to-dimensionelle atomare bindinger ligner grafen og til dels det man ser i metalkrystaller (hvor materialet binder i tre dimensioner). Som nævnt ovenfor betyder det at man kan lave plader med styrke som stærke polymer-tove. Man kan tænke på forskellen mellem at flække et stykke træ og at hugge det over. Det første kan iblandt klares med et enkelt hug med en flækøkse - hvorimod processen at hugge træet over (på tværs af fiberene) er langt mere krævende. Det plastmateriale er altså som en "rodknold" og derfor en ny slags polymer. Spørgsmålet er så om det kan fremstilles i store stykker til en pris, der er atraktiv.

Fibermaterialer som fx. nylon, kulfiber eller træ er stærke i én dimension - bestemt af fiberretningen. Det her materiale, hvor monomererne laver bindinger på atomarskala i to retninger er stærkt i to dimensioner. Opbygningen med to-dimensionelle atomare bindinger ligner grafen og til dels det man ser i metalkrystaller (hvor materialet binder i tre dimensioner). Som nævnt ovenfor betyder det at man kan lave plader med styrke som stærke polymer-tove. Man kan tænke på forskellen mellem at flække et stykke træ og at hugge det over. Det første kan iblandt klares med et enkelt hug med en flækøkse - hvorimod processen at hugge træet over (på tværs af fiberene) er langt mere krævende. Det plastmateriale er altså som en "rodknold" og derfor en ny slags polymer. Spørgsmålet er så om det kan fremstilles i store stykker til en pris, der er atraktiv.

Men, vil det betale sig, i forhold til vævede fibermaterialer i vævet i 2 eller 3 dimmensioner? Fibermaterialerne har en styrke 20 - 40 gange stærkere end stål, mens polymer materialerne kun er ca. 2 gange stærkere end stål. Måske kan det forstærkes med fiber materialerne? Der er meget forskning i hvordan UHMWPE fibre kan bruges i praksis, f.eks. er de godt på vej til at blive brugt i vindmøllevinger . Endeligt, syntes jeg at 2D er lidt uinteressant i forhold til 3D.

Jeg indrømmer det er lidt tricky at "se" forskellen på fibermaterialer og disse nye to-dimensionnelle polymerer.

I den kontekst jeg beskriver ovenfor er de vævede fibermåtter du tænker på en-dimensionelle materialer. Altså deres styrke er i én dimension, nemlig i fiberens retning. På makroskala kan man lægge materialet op på kryds og tværs, så man får to og tre- dimensionelle strukturer, men det er et niveau højere oppe.

Polymerer bundet kovalent i to dimensioner er altså en ny "byggeklods" i materialeverdenen.

Jeg skal ikke gøre mig klog på hvor det her materiales største potentiale ligger. En ting kan vi dog se med det samme:

En traditionel fiber har en endelig tykkelse. For at væve med den, og få styrke i to retninger, skal der minimum ligge to fibre over hinanden. De to fiberlag skal bindes sammen af en lim. Det færdige materiale har den enkelte fibers styrkeegenskaber i to retninger. Er fiberretningerne fx vinkelrette på hinanden er styrken i diagonalretningen afhængig af limens evne til at holde fibrene sammen. Sammenligner vi med et materiale som i artiklen ovenfor kan vi se at:

-Det nye materiale har styrke i to retninger allerede ved første lag.

-Det nye materiales styrke rundt i planets retninger er mere ensartet end det vævede.