Разработаны ультратонкие полимерные волокна с исключительной прочностью

Новый способ производства ультратонких волокон, сильных и прочных, разработан командой экспертов Массачусетского технологического института. Новый материал, который недороги легок в изготовлении, может быть полезным для многих применений, таких как защитные многослойные пленки,  нанокомпозиты и броня.

Новый процесс, называемый гель-электроспиннинг, разработан технологами во главе с Григорием Рутледжом. Изобретатели поясняют: «Есть много компромиссов. Обычно, когда инженеры пытаются улучшить одну характеристику материала, они видят снижение другой характеристики. Сила и прочность — вот такая пара: когда вы получаете большую силу, вы теряете что-то в прочности. Материал становится более хрупким и, следовательно, не имеет механизма поглощения энергии, а  имеет тенденцию ломаться». В новых волокнах, созданных Рутледжом с коллегами, многие из этих компромиссов устраняются.

«Это очень важно, когда вы получаете материал с очень высокой силой и высокой прочностью», добавили авторы. Так обстоит дело с этим процессом, который использует традиционный метод гель-прядения  с добавлением электрических сил. Результатом этого усовершенствования стали ультратонкие волокна полиэтилена, которые равны или превосходят свойства некоторых самых прочных полимеров и волокнистых материалов, таких как кевлар и динема.

«Мы начали с изготовления волокон в различном диапазоне размеров, а именно ниже 1 мкм, потому что у них есть множество интересных функций. Мы смотрели на такие ультратонкие волокна в течение многих лет, но ничего не было в том, что можно было бы назвать высокопроизводительным диапазоном волокон», говорят исследователи. Высокоэффективные волокна, которые включают арамиды, такие как кевлар и гелеобразные полиэфиры, такие как Dyneema и Spectra, используются в канатах для экстремальных применений и в качестве армирующих волокон в некоторых высокоэффективных композитах.

«За последние годы в этой области было мало нового»,  говорит Рутледж. Но этот новый материал, по его словам, превосходит существующие. По сравнению с полимерами углеродными волокнами и керамическими материалами, которые широко используются в композитах, новые гелеобразные электропневматические полиэтиленовые волокна имеют одинаковую прочность, но намного более жесткие и менее плотные. Это означает, что они превосходят стандартные материалы.

Создавая этот ультратонкий полиэтилен, технологи МИТ пытались приблизиться к свойствам существующих микроволокон, но, фактически, результат оказался значительно лучше. В то время как тестовые материал не так хороши, как лучшие существующие волокна, они достаточно близки — достаточно, чтобы быть «конкурентоспособными», говорят разработчики. «Сильные стороны примерно в два раза лучше, чем у имеющихся, а их прочность примерно на порядок выше». Сейчас исследователи пытаются до конца понять, что же привело к такой впечатляющей производительности. Авторы говорят, что «большинство пластмасс жесткие, но они не такие жесткие и сильные, как то, что мы получаем». Стекловолокно жесткое, но не очень сильное, а стальная проволока сильная, но не очень жесткая. Новые гель-электрошпуновые волокна сочетают в себе желательные качества прочности, жесткости и ударной вязкости.

Новый процесс сочетает в себе использование полимерного геля в качестве исходного материала, как в гелевых волокнах, но здесь используются электрические силы, а не механическое натяжение для вытягивания волокон, благодаря чему ультратонкие размеры приводят к уникальным свойствам нитей. Эти результаты могут привести к тому, что защитные материалы будут такими же сильными, как и существующие, но тонкими и менее тяжелыми, что сделает их более практичными.

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *