Кевларът е чуден материал: в продължение на десетилетия той е „златният стандарт“ за защита от удари, за бронирани жилетки и бронирани превозни средства, за предпазни колани в автомобили. Сега учените са разработили нов композитен материал, който е по-здрав, по-як и по-добър в спирането на куршуми от кевлара, въпреки че е много по-тънък.
За да спре високоскоростни удари, като например от куршум, материалът трябва да издържи на натиск с голяма сила (т.е. да има висока якост) и да може да абсорбира много енергия, без да се раздробява или разрушава (висока жилавост). Съществува обаче проблем с настоящите решения като кевлара, който е направен от арамидни влакна.
Когато учените се опитват да направят тези влакна по-здрави, те често стават по-крехки, което затруднява едновременното постигане и на двете. Това е често срещан компромис в материалознанието, когато се опитвате да подобрите цялостните характеристики на материала.
Стъпки към супер-влакно
След шест години работа по този проблем, Джин Джанг от Пекинския университет в Китай и неговите колеги са стигнали до решение. Те са създали нов вид влакно, като са комбинирали два материала: хетероцикличен арамид (високопроизводително влакно, подобно на кевлар), и обработени дълги въглеродни нанотръби (tl-SWNT). Тези свръхздрави въглеродни тръби са изключително твърди и леки и много по-тънки от човешки косъм.
Ключът към създаването на новото супер-влакно не е бил само в комбинирането им, а в начина, по който изследователите са ги подредили. Те са принудили арамидните вериги и въглеродните нанотръби да застават прави и успоредни една на друга. Изследователите постигнали това, като са направили основното арамидно влакно по-гъвкаво и след това използвали многоетапен процес на разтягане, за да подредят перфектно полимерните вериги и нанотръбичките.
Това подравняване е фундаментално, защото „заключва“ компонентите толкова здраво, че когато влакното бъде ударено, веригите не могат да се плъзгат една покрай друга. Следователно материалът може да абсорбира повече енергия, без да се повреди.
По-добър от кевлар
Учените са подложили новия си материал на високоскоростни тестове, включително балистични тестове, подобни на тези, използвани за бронежилетките, пише списание Matter. Материалът постига динамична якост, значително по-висока от съществуващите влакна, а способността му да абсорбира енергия надхвърля повече от два пъти предишния рекорд, достигайки 706,1 мегаджаула на кубичен метър.
Когато е втъкано в плат, това ново супер-влакно показа превъзходни антибалистични характеристики в сравнение със сегашните защитни тъкани.
„Нашето проучване не само представя ефективна стратегия за производство на арамидни влакна с ултрависока динамична якост, както и най-високата регистрирана динамична жилавост, но и предоставя нови знания за механизмите“, пише екипът в своята статия.
В крайна сметка, ако това влакно се използва, то може да направи бъдещите защитни средства драстично по-леки, по-тънки и по-безопасни.
