Hi-Tech новости 22 Мая 2013 года
Данная новость была прочитана 2855 раз

Новости мира композитов и композитных структур. Вязанные материалы из тройных скользящих узлов обеспечивают создание недорогого материала с рекордной ударной вязкостью

В материаловедении в качестве мерила ударной вязкости часто называют количество энергии, которое может поглотить материал на единицу веса до своего разрушения. У высококачественных синтетических волокон этот показатель довольно высок: кевлар, к примеру, способен выдержать нагрузку до 80 Джоулей на грамм.

А вот на фоне некоторых природных материалов такие цифры, увы, меркнут. Обычный паук ткёт материал с показателем в 170 Дж/г. А паутина паука Дарвина, водящегося на Мадагаскаре, и вовсе имеет ударную вязкость в 390 Дж/г. И если вы считаете это пустяками, напомним, что энергия пули пистолета Макарова равна каким-то 300 Дж. Кстати, за счёт меньшей плотности на единицу объёма ударная вязкость паутины на порядок (а не пятикратно) лучше, чем у кевлара. Именно такая экстраординарная ударная вязкость при обычных для пауков пределах прочности и модуле Юнга позволяет им производить отдельные «паутинки» длиной до 25 метров!

Есть ли способы, позволяющие преодолеть удручающее отставание от природы? Выяснением ответа на этот вопрос и занялся Никола Пуньо (Nicola Pugno) из Трентского университета (Италия).

Увеличение ударной прочности композитных материалов

Идея его обманчиво проста — оттого сам он сравнивает её с колумбовым яйцом. Когда на материал начнёт действовать нагрузка, волокно будет скользить через петлю до тех пор, пока узел не развяжется, до самого разрушения материала. В общем, ничего нового: тот, кто видел, как швартуются корабли и прочие суда, знает, что если бы отдалённо сходные принципы человек не использовал тысячелетиями, швартоваться при свежей погоде было бы невозможно.

Опыты показали, что лучше всего для улучшения ударной вязкости подходит тройной скользящий узел. Его испытывали на коммерчески доступном волокне Endumax — «середнячке» с ударной вязкостью на уровне 44 Дж/г. Сделав материал, который на микроуровне состоял из петель, Никола Пуньо, как он утверждает, добился в опытах ударной вязкости в 1 070 Дж/г, то есть в тринадцать с третью раз лучше, чем у кевлара, резко превосходящего обычный Endumax.

Чтобы лучше понять смысл этой фразы, можно сравнить «вязаный» полимер с волокнами из углеродных нанотрубок. Да, их только начали производить, поэтому технологии изготовления, как и предельные показатели, могут быть не вполне адекватными их потенциалу. И всё-таки пока ударная вязкость в 970 Дж/г является для них пределом. В общем, показатель «вязаного» Endumax'а самый высокий из когда-либо регистрировавшихся.

Более того, строго говоря, нет никаких причин, мешающих «вязать» такими же петлями любое синтетическое волокно, включая тот же кевлар, что позволит получить ещё более высокие показатели. Впрочем, учёный настроен ещё более радикально: он надеется адаптировать свои скользящие узлы к графену, создав на такой основе волóкна с ударной вязкостью до 100 000 Дж/г.

Показатели, полученные итальянским исследователем в экспериментах, позволяют предположить, что природные прототипы останутся далеко позади.

Легко представить, каковы будут последствия внедрения этой технологии, даже если неистовый материаловед остановится на достигнутом. Сейчас материалы из синтетических волокон (и кевлар в том числе) применяются в шинах, некоторых тканях, кроссовках, смартфонах, авиационной индустрии, строительстве яхт, производстве композитов, наконец, в бронежилетах. При столь резком росте ударной прочности все эти области получат куда более надёжные материалы по ценам, близким к нынешним волокнам такого рода.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта КОМПЬЮЛЕНТА.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

08.04.2013 ANSYS, Inc приобрёл EVEN – EVOLUTIONARY ENGINEERING AG - поставщика компьютерных технологий анализа и оптимизации композитных материалов
24.03.2013 Новости мира композитов. Автомобили с композитными элементами компании TeXtreme показали очень высокие результаты на Daytona 500
19.11.2012 Ford представил новый доступный композитный материал - армированный углепластик, из которого изготовил капот, который на 50% легче стального
15.11.2012 Разработана технология изготовления композитов на основе нанотрубок, что позволит в 10 раз увеличить прочность материалов
02.11.2012 Специалисты "РТ-Химкомпозит" обсудили производство и применение композитных материалов
28.10.2012 BASF совместно с SGL Group разрабатывают новый композитный материал для использования в T-RTM процессах
18.10.2012 В Твери состоится открытие инновационного цеха по производству мостовых пролетных строений из полимерных композитов ОАО "Тверьстеклопластик"
16.10.2012 В России введена в эксплуатацию первая пултрузионная линия по производству изделий из углепластика
21.09.2012 Компания Composite Advantage построила композитный пешеходный мост
28.07.2012 Ученые продолжают уменьшать вес новых материалов. Создан материал, кубический сантиметр которого весит 0,2 мг
06.03.2012 Volvo работает над созданием нового композитного материала для кузова электромобилей
21.12.2011 Исследователи из Гарварда разработали новый суперпрочный композитный материал
06.12.2011 Ученые создали самый легкий в мире материал
01.04.2009 Исследователи из США создали первую компьютерную модель нанотрения