Wenn es um Kunststoff geht, sprechen wir nicht über das haltbarste Material. Es eignet sich hervorragend zur Herstellung von Gehäusen für Haushaltsgeräte, Gadgets oder als Veredelungsmaterial, jedoch nicht für technische Strukturen oder Teile von Industrieanlagen. Allerdings wissen nur wenige Menschen, dass es einen Kunststoff gibt, der Kugeln abwehren kann. Es ist so stark, dass daraus hergestellte Kabel weitaus höheren Belastungen standhalten als herkömmliche Stahlkabel. Warum wird es dann immer noch nirgends verwendet? Bis vor Kurzem war es unglaublich schwierig, es zu formen und zu gießen. Wissenschaftler der Universität Oxford haben jedoch einen Weg gefunden, dieses Material noch haltbarer und vor allem gebrauchstauglicher zu machen.
Kabel aus diesem Kunststoff sind stärker als solche aus Stahl. Quelle: Studyfinds.org
Haltbarer UHMWPE-Kunststoff
Der fragliche ultra-haltbare Kunststoff heißt ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE). Dabei handelt es sich um ein einzigartiges Material, das durch extrem lange Molekülketten gekennzeichnet ist, die sich miteinander verschränken. Man kann es sich als sehr lange, wirre Spaghetti vorstellen. Dank dieser Struktur weist Kunststoff eine extreme Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf.
UHMWPE-Kunststoff ist extrem langlebig, seine Herstellung ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Quelle: made-in-china.com
Die einzigartigen Eigenschaften dieses Materials ermöglichen die Herstellung kugelsicherer Westen, Seile und medizinischer Implantate. Wir haben Ihnen bereits gesagt, dass selbst strapazierfähige Socken aus diesem Kunststoff hergestellt werden. Darüber hinaus ist UHMWPE für den Einsatz unter extremsten Bedingungen geeignet. Aufgrund seiner hohen Viskosität lässt sich dieser Kunststoff jedoch mit herkömmlichen Methoden kaum formen und verarbeiten. Bisher erforderte die Verarbeitung von UHMWPE komplexe und teure Verfahren, was seinen Einsatz einschränkte.
Neue Technologie zur Herstellung von ultrastarkem Kunststoff
Das Oxford-Team führte Untersuchungen durch, um Methoden zur Behebung der Mängel von UHMWPE zu finden. Die Herausforderung bestand darin, das Material handlicher zu machen und gleichzeitig seine außergewöhnliche Festigkeit beizubehalten. Um ihr Ziel zu erreichen, fanden sie einen Weg, den Syntheseprozess zu regulieren, um eine übermäßige Verflechtung von Molekülen zu vermeiden.
Dies ähnelt dem vorsichtigen Einlegen von Spaghetti in kochendes Wasser, um zu verhindern, dass sie zu sehr verklumpen. Die Technologie hat sich als vielversprechend erwiesen, wenn es darum geht, zu kontrollieren, wie sich Kunststoffmoleküle während des Herstellungsprozesses verfangen. Die Forscher stellten jedoch fest, dass es eine kritische Grenze gab – es war unmöglich, die Qualität über einen bestimmten Punkt hinaus zu verbessern.
Aus dem neuen Kunststoff lassen sich verschiedenste Teile herstellen. Quelle: ningeplastics.com
Dann testeten die Forscher eine zweite Strategie – den Einsatz molekularer Modifikatoren, die wie „chemische Scheren“ wirken. Durch die Zugabe von Chemikalien wie Wasserstoff konnten die Wissenschaftler das Molekulargewicht des Materials um bis zu 96 % reduzieren und gleichzeitig seine Festigkeitseigenschaften beibehalten. Besondere Erfolge wurden beim Mischen von UHMWPE mit hochdichtem Polyethylen (HDPE) erzielt.
Dadurch gelang es den Wissenschaftlern, die Festigkeit des Materials um 103 % zu steigern. Durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Katalysatortypen konnte das gewünschte Ergebnis erzielt werden. Darüber berichten die Autoren der Arbeit in der Publikation Industrial Chemistry & Materialien.
Vorteile des neuen Kunststoffs
Die Studie zeigte, dass der neue Kunststoff auf Basis von UHMWPE eine Reihe von Verbesserungen aufweist. Abgesehen davon, dass es möglich war, die Technologie seiner Herstellung und die Schaffung komplexer Formen zu vereinfachen, wurde Kunststoff haltbarer und verschleißfester. Dadurch konnte der Anwendungsbereich erweitert werden.
Das neue Material ermöglicht beispielsweise die Herstellung leichterer und langlebigerer Körperpanzer und Schutzelemente. Aufgrund seiner Biokompatibilität wird UHMWPE bereits in der Prothetik eingesetzt und Verbesserungen werden seinen Einsatz noch weiter ausdehnen. Darüber hinaus sind ultrastarke und leichte Materialien wichtig für die Herstellung von Teilen für Luft- und Raumfahrzeuge.
Neuer Kunststoff kann in der Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Quelle: rbk.ru
Die erhöhte Festigkeit von UHMWPE macht es ideal für den Einsatz in extremen Umgebungen wie dem Tiefseebergbau. Bisher galt dies als unmöglich. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Studie unter Laborbedingungen durchgeführt wurde. Die Einführung neuer Kunststoffe in der Industrie erfordert zusätzliche Anstrengungen.
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Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen erforderlich, bevor Sie mit der Verwendung beginnen. Beispielsweise ist es notwendig, die Stabilität neuer Materialien im Langzeiteinsatz zu bestätigen. Da es brandneu ist, ist seine Langlebigkeit noch nicht bekannt. Aber wir können bereits jetzt sagen, dass die neue Methode zur Herstellung von UHMWPE die Ära ultrafester Kunststoffe einläutet, die viele Branchen verändern kann. Abschließend möchten wir Sie daran erinnern, dass nicht nur Kunststoff, sondern auch Papier äußerst langlebig sein kann. Weitere Informationen zu diesem Material finden Sie unter dem Link.