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. Упругость и твердость – вот такая пара: когда вы получаете большую упругость, вы теряете что-то в твердости, и наоборот – материал становится более хрупким и, следовательно, не имеет механизма поглощения энергии, а имеет тенденцию ломаться». В новых волокнах, созданных Григорием Рутледжом с коллегами, эти компромиссы устраняются.

Это очень важно, когда вы получаете материал с большой упругостью и высокой прочностью, что стало возможным в процессе, который использует традиционный метод гель-прядения с добавлением электрических сил. Результатом этого усовершенствования стали ультратонкие волокна полиэтилена, которые равны и даже превосходят свойства некоторых самых прочных полимеров и волокнистых материалов, таких как кевлар и динема. В наше время высокоэффективные волокна, которые включают арамиды: кевлар и гелеобразные полиэфиры типа Dyneema и Spectra – используются в канатах для экстремальных применений и в качестве армирующих волокон в некоторых высокоэффективных композитах.

«Мы начали с изготовления волокон в различном диапазоне размеров, а именно ниже одного микрометра, 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. «За последние годы в этой области было мало нового», - добавляет руководитель проекта Григорий Рутледж. Но их 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 по многим эксплуатационным параметрам.

Создавая этот ультратонкий полиэтилен, технологи МИТ пытались приблизиться к свойствам существующих микроволокон, но, фактически, результат оказался значительно лучше. Сейчас исследователи пытаются до конца понять, что же привело к такой впечатляющей производительности. Новые нановолокна сочетают в себе желательные качества прочности, жесткости и ударной вязкости. Процесс их получения 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.

Nauka24news.ru