Recherche dirigée par le professeur Ton Peijs de WMG à l'Université de Warwick et le professeur Cees Bastiaansen à l'Université Queen Mary de Londres, a mis au point une technique de traitement qui peut créer un film de polyéthylène transparent qui peut être plus résistant que l'aluminium mais à une fraction du poids, et qui pourrait être utilisé en vitrage, pare-brise, visières et écrans de manière à augmenter la résistance et la résilience tout en réduisant le poids.

Dans un nouveau document de recherche intitulé "Films de polyéthylène transparent à haute résistance semblable à du verre en ajustant la température d'étirage." Publié en ligne aujourd'hui—1er avril 2019—dans la revue Polymère , les auteurs montrent qu'après avoir soigneusement sélectionné le type de polyéthylène et en ajustant la température lors de la création de films de polyéthylène orientés, un équilibre peut être créé qui produit un matériau transparent très utile et léger avec une résistance et une résilience importantes approchant, et à certains égards, dépassant celui des métaux.

Auparavant, quiconque cherchait à remplacer des verres lourds et souvent cassants par un plastique transparent s'intéressait aux plastiques transparents conventionnels comme le polycarbonate (PC) et le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) qui possèdent tous deux des performances mécaniques relativement insatisfaisantes par rapport à un matériau d'ingénierie comme l'aluminium.

Les méthodes actuelles de création de films plastiques à haute résistance telles que l'étirage à chaud du polyéthylène haute densité (PEHD) peuvent conduire à des matériaux qui peuvent rivaliser ou même surpasser les matériaux d'ingénierie traditionnels comme les métaux.

"La microstructure des polymères avant dessin ressemble beaucoup à celle d'un bol de spaghettis ou de nouilles cuites, tandis qu'après étirement ou dessin, les molécules s'alignent d'une manière similaire à celle des spaghettis non cuits, ce qui signifie qu'ils peuvent transporter plus de charge" explique Yunyin Lin, un doctorat étudiant dans l'équipe des professeurs Peijs et Bastiaansen.

Cependant, les matériaux en polyéthylène étiré ont normalement un aspect opaque en raison des défauts et des vides introduits par le processus d'étirage, limitant les applications où les propriétés mécaniques et la transparence optique sont requises.

Un certain succès a récemment été obtenu en utilisant des additifs hautement spécifiques dans des matériaux HDPE étirés à chaud qui peuvent ensuite produire une transparence de 90 % tout en offrant une résistance élevée. Cependant, l'équipe de recherche dirigée par les professeurs Peijs et Bastiaansen a maintenant développé une nouvelle technique de post-fabrication pour le HDPE qui confère résistance et résilience tout en préservant la transparence sans utiliser d'additifs.

Les chercheurs ont pris des feuilles de polyéthylène HDPE et ont étiré ces feuilles à une plage de températures inférieure à la température de fusion du HDPE. En ajustant la température d'étirage, ils pourraient atteindre une transparence de 90 % dans la plage visible. Cependant, le meilleur équilibre entre résistance et transparence a été obtenu à des températures d'étirage comprises entre 90 et 110 degrés centigrades.

Le professeur Ton Peijs de WMG à l'Université de Warwick a déclaré :

"Nous nous attendons à ce qu'une plus grande mobilité de la chaîne polymère à ces températures d'étirage élevées soit responsable de la création de moins de défauts dans les films étirés, résultant en moins de diffusion de la lumière par les défauts et donc une plus grande clarté"

Les films hautement transparents possèdent une résilience maximale ou module d'Young de 27 GPa et une résistance à la traction maximale de 800 MPa le long de la direction d'étirage, qui sont tous deux plus de 10 fois supérieurs à ceux des plastiques PC et PMMA. En comparaison, l'aluminium a un module de Young de 69 GPa et l'alliage d'aluminium de qualité aérospatiale peut avoir des résistances à la traction jusqu'à environ 500 MPa. Cependant, le polyéthylène a une densité inférieure à 1000 kg/m3 tandis que l'aluminium a une densité d'environ 2700 kg/m3, ce qui signifie que sur la base du poids, ces films polymères transparents à haute résistance peuvent surpasser ces métaux.

Le professeur Ton Peijs du WMG à l'Université de Warwick conclut que :

"Nos résultats ont montré qu'une large fenêtre de traitement allant de 90 °C à 110 °C peut être utilisée pour adapter l'équilibre requis entre les performances optiques et mécaniques. Il est prévu que ces poids légers, à bas prix, très transparent, Les films HDPE haute résistance et haute rigidité peuvent être utilisés dans les stratifiés et les composites stratifiés, remplacer ou renforcer les verres inorganiques ou polymériques traditionnels pour des applications en vitrage automobile, immeubles, pare-brise, visières, affiche etc."