Onderliggende proces bij scherven ontdekt

Universiteit van Amsterdam, Unilever Vlaardingen en EPFL Lausanne onderzochten het fenomeen van breken, en ontdekten dat er twee heel verschillende processen aan ten grondslag liggen.

Trefwoorden: #breken, #EPFL Lausanne, #grootte, #Prins Rupers druppel, #scherven, #Unilever Vlaardingen, #Universiteit van Amsterdam

Lees verder

research

( Foto: S. Kooij et al., Nature Communications )

ENGINEERINGNET.BE - Onderzoek naar het proces van fragmentatie toont aan dat er twee manieren van breken bestaan. Een glas dat op de grond valt, breekt in stukjes met een verschillende grootte. Glas uit bushokjes breekt daarentegen in stukjes van ongeveer dezelfde afmetingen.

Het afwijkende gedrag van dit laatste type glas ontstaat doordat het een speciale behandeling heeft ondergaan, die ervoor zorgt dat het glas veel interne spanningen bevat. Die spanningen leiden uiteindelijk tot het ontstaan van gelijkvormige scherven.

Om het proces dat zich afspeelt in het glas van bushokjes te bestuderen, onderzochten de wetenschappers een soortgelijke vorm van glas: de ‘Prins Ruperts druppel’.

Deze glazen druppels worden gemaakt door gesmolten glas in koud water te laten vallen. Doordat het glas eerst aan de buitenkant stolt, en later aan de binnenkant, waarbij het wat krimpt, ontstaan in zo'n druppel grote interne spanningen, vergelijkbaar met die in het glas van bushokjes.

Deze druppels hebben bijzondere eigenschappen: ze kunnen klappen met een hamer weerstaan, maar spatten in stukjes uiteen als de ‘staart’ van de druppel wordt afgebroken.

Als je nu een gewoon glas op de grond laat vallen, zie je een voorbeeld van het hiërarchische proces. De bewegingsenergie van het glas is veel groter dan nodig is om een breuk te forceren.

Om alle bewegingsenergie toch kwijt te raken, ontstaan in het glas meer en meer breuken. Dit proces is hiërarchisch – het verloopt van groot naar steeds kleiner – en zorgt ervoor dat er geen specifieke fragmentgroottes zijn.

De meeste voorwerpen breken hiërarchisch. De uitzondering ontstaat als een object mede breekt door interne spanningen, zoals bij het bushokje en de Prins Ruperts druppel.

Daarbij is de splitsing van de breuklijnen afhankelijk van de interne spanning. De fragmenten hebben verder wél een specifieke grootte, bepaald door de grootte van de interne spanning in het materiaal.

De resultaten van het onderzoek zijn in de praktijk toe te passen. Bijvoorbeeld voor het ontwikkelen van beter veiligheidsglas voor autoruiten. Of aan de productie van medicijnen, waarbij de fragmentatiegrootte een belangrijke rol speelt in de snelheid waarmee het medicijn in het lichaam wordt opgenomen.


Op de foto boven:
Links: een Prins Ruperts druppel. Rechts: als de staart van de druppel wordt samengeknepen barst de druppel in ontelbare kleine fragmenten uiteen – allemaal grofweg even groot.