Сверхпрочной ткань сделает узел

Узлы сделают ткань сверхпрочной

Недавно итальянец Никола Пуньо разработал методику, которая позволяет собрать из любых волокон сверхпрочную ткань, выдерживающую даже выстрел в упор из автоматического оружия. Ученый уверен, что если ее применить к тем материалам, что сами по себе обладают большой ударной вязкостью, то получится покрытие, которому не страшны самые сильные удары.

Фото:

Напомню, что под ударной вязкостью обычно понимают то количество энергии внешнего воздействия, которое может поглотить материал на единицу веса до своего разрушения. Следует заметить, что для каждого типа волокна этот показатель разный — например, кевлар, из которого изготавливаются бронежилеты, обладает максимальной ударной вязкостью в 80 джоулей на грамм. Однако этот один из самых прочных искусственных материалов не идет ни в какое сравнения с различными природными волокнами.

Так, согласно исследованиям паутина обычного паука обладает ударной вязкостью в 170 Дж/г. Рекордом является паутина, что производит мадагаскарский паук Дарвина (Caerostris darwini) — нитки, из которых этот охотник составляет свои гигантские (до 28 квадратных метров площадью) ловчие сети имеют ударную вязкость в 390 Дж/г. Кстати, для сравнения — энергия пули пистолета Макарова равна всего-то 300 Дж/г , так что бронежилет из данного материала является совершенно непробиваемым для пистолета даже с близкого расстояния.

Однако до сих пор ученые так и не смогли наладить промышленное производство паутины для того, чтобы изготавливать из нее сверхпрочную одежду. Поэтому они стали искать аналогичные материалы среди синтетических веществ. И вот недавно в этой области наметился существенный прорыв — ученый из Трентского университета (Италия) Никола Пуньо сообщил о том, что ему удалось получить искусственный материал, ударная вязкость которого равна 1 070 Дж/г (то есть бронежилет из такого материала не пробивает пуля автомата Калашникова, выпущенная с 300 метров — в таких условиях ее энергия составляет всего-то 843 Дж/г). И, по словам исследователя, это еще не предел!

Идея итальянского ученого была достаточна проста — он, изучая свойства волокон при оказании на них различных нагрузок извне, заметил, что наиболее сильное сопротивление материала возникает тогда, когда при воздействии на волокна они начинают скользить через петлю до тех пор, пока скрепляющий их узел не развяжется (и, соответственно, материал не разрушится). Никола Пуньо отмечает, что подобный принцип уже давно используется людьми — например, при швартовке судна во время шторма моряки делают именно такой узел, который позволяет кораблю выдерживать достаточно сильные удары волн. Причем экспериментально доказано, что лучше всего в данной ситуации использовать так называемый тройной скользящий узел.

Читайте также: Муха подсказала идею скафандра

Именно его-то и решил попробовать ученый, проводя эксперименты на синтетическом волокне Endumax, чья ударная вязкость в обычном состоянии составляет примерно 44 Дж/г. Сделав из этих волокон материал, структура которого на микроскопическом уровне представляла собой весьма сложный и затейливый узор из петель, Никола Пуньо стал подвергать его различным нагрузкам. В результате исследователю удалось добился ударной вязкости сконструированного им полотна в 1 070 Дж/г, то есть в тринадцать раз выше, чем у кевлара, резко превосходящего по своим свойствам обычный Endumax.

Но в том-то и весь фокус, что изначально конструкция делалась из волокон, которые не обладали особой прочностью. А что будет, если подобное сплести из того же кевлара? Или из сверхпрочных волокон, которые составляют полимеры из углеродных нанотрубок — они сами по себе обладают ударной вязкостью в 970 Дж/г? Совершенно очевидно, что таким образом может получиться материал, который не сможет пробить даже пуля из современного автоматического оружия, выпущенная с расстояния менее, чем в один метр!

Никола Пуньо говорит о том, что нет никаких причин, мешающих составлять из таких же петель любое синтетическое волокно. То есть, по его мнению, каждый материал, если его внутренняя структура представляет собой именно этот узор, будет сверхпрочным, вне зависимости от характеристик его составляющих. Сейчас исследователь хочет попробовать создать при помощи открытого им метода подобную конструкцию из графена — по расчетам, это волокно должно обладать ударной вязкостью до 100 000 Дж/г.

И что самое интересное — материалы, сделанные с применением "узлов Пуньо" будут стоить ровно столько же, сколько их аналоги, лишенные этой структуры. То есть можно будет наладить коммерческое производство сверхпрочных полотен для всех отраслей хозяйства по тем же самым ценам! Единственное, что нужно будет изменить, так это метод скрепления волокон. Однако Никола Пуньо уверен, что эта модификация не потребует серьезных денежных затрат…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"