Защитные материалы, предотвращающие травмы человека и механические повреждения различных конструкций, нашли широкое применение. Сверхпрочные сплавы, композиты, кевлар и различные амортизирующие элементы, конечно, выполняют свои функции, но в целом ряде случаев их защитных свойств оказывается мало. Поэтому постоянно ведутся работы над новыми, такими как инновационный структурный жидкокристаллический композит.

Защитные материалы

Использование специальных защитных средств стало непреложным правилом в целом ряде случаев. Даже в мирной жизни определённые работы связаны с большими рисками получения травм, а некоторые особо ответственные конструкции требуют повышенной защиты от внешних воздействий. Для этих целей используются особо прочные и упругие материалы, способные погасить энергию удара и сохранить при этом свою целостность. Если раньше для этих целей использовались особые сплавы, то с появлением углеволокна и подобных материалов всё чаще используются сверхпрочные композиты, например, кевлар. Этот полимер настолько хорошо себя показал, что из него начали делать бронежилеты, но даже такой прочности иногда не хватает, что побуждает исследователей к поиску других решений.

Характеристик современных композитов иногда не хватает для решения каких-то задач. Одни не могут справиться с повышенными нагрузками, другие не обладают необходимыми упругими качествами. Поэтому специалисты из Университета Джона Хопкинса решили вместо поисков материала с необходимыми свойствами заняться созданием трёхмерной структуры, объединяющую в себе прочностные характеристики и отличную пластичность.

Пространственная многоразовая броня

Исследователи из других институтов уже предлагали пространственную структуру, геометрия которой может изменяться, если приложить к ней внешнее усилие, а потом восстанавливать естественную геометрическую форму. Учёные Университета Джона Хопкинса решили пойти аналогичным путём: они разработали трёхмерную конструкцию, обладающую сразу несколькими жизненно важными качествами. Её основой стал жесткий и прочный композитный каркас, состоящий из горизонтальных блоков и наклонных перемычек между ними. Каркас, в принципе, можно изготовить из любого материала, лишь бы он обладал прочностью, достаточной для заданных целей. Основная функция жесткой пространственной структуры – защита от механических повреждений, поэтому сама по себе она не сможет погасить инерцию и предохранить от сильного удара.

Для этих целей исследователи разработали специальный полимер – жидкокристаллический эластомер (LCES). С одной стороны, он обладает свойствами пластика, то есть держит форму и находится в твёрдом состоянии. С другой, его молекулы не обладают столь жесткой связью между собой, у них другая форма и не столь жесткое взаимное размещение. Это твёрдый и частично аморфный материал с уникальными качествами. Одно из них – высокая пластичность, что и нашло применение в пространственной конструкции.

Эластомер заполняет пустые пространства в жестком каркасе и выполняет роль сочленения между его элементами. В итоге получается чрезвычайно прочная и жесткая конструкция, пружинящая под внешней нагрузкой. Созданная из этого материала защита сможет принять на себя удар твёрдым предметом, поглотить кинетическую энергию, распрямиться и восстановить прежнюю форму. Исследователи пока что находятся на начальном этапе разработки и успели провести серию экспериментов, при которых 3D-конструкцию испытывали на скорости до 35 км/ч. По признанию учёных, уже сейчас она может выдержать и большие нагрузки.

Новый трёхмерный материал обладает большими перспективами. Благодаря большим возможностям в поглощении кинетической энергии, его можно использовать для изготовления защитных конструкций, бронежилетов и бамперов автомобилей.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!