ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Крепкие и термостойкие нановолокна / 06.07.2020

Американские инженеры разработали пара-арамидное волокно с высокой пористостью и аморфностью.

 

При комбинировании слоев с другим пара-арамидом новый материал показывает ухудшенные механические свойства, но оказывается в двадцать раз лучше по теплоизоляционным свойствам. В будущем его планируют применять для защиты от теплового и механического воздействия.

 

Гарвардские инженеры под руководством К. Паркера совместно с учеными из военной академии США получили новый материал из пара-арамидного волокна с высокими теплоизоляционными и механическими свойствами.

 

Ученые предположили, что направленная протяженная сеть нетканых пара-арамидных волокон сможет выдержать высокие механические нагрузки, а ее пористая структура ограничит диффузию тепла. Чтобы получить такой материал, инженеры загружали жидкую смесь полипарафенилен-терефталамида с серной кислотой во вращающийся экструдер, после выдавливания через отверстие за счет центробежной силы струя пролетала через воздушную прослойку и направленно выстраивалась. Затем она погружалась в воронку из воды и закручивалась по направлению ее вращения, что придавало дополнительную сонаправленность нитей пара-арамида. При попадании в воду серная кислота смешивалась с водой, а полимер затвердевал. 

 

 

Материал заморозили до температуры жидкого азота и подвергли лиофилизации в течение трех дней для замещения воды в порах на воздух для обеспечения большей термоизоляции. Таким образом инженеры получили листы пара-арамидных волокон с площадью в 100 квадратных сантиметров и весом в пять грамм. Ученые подобрали оптимальные условия, чтобы во время вылета из отверстия раствор был вязким, а во время наматывания на катушку коллектора эластичным для предотвращения деформации до отвердения.

 

Соотношение между кристаллической и аморфной фазами материала влияет на теплоизоляцию и механическую прочность. С помощью рентгеновской дифракции ученые оценили кристалличность материала в 10 процентов (для сравнения, в «Твароне» — 80 процентов). За счет высокого содержания аморфной фазы новое пара-арамидное волокно должно уменьшить теплопроводность, а также увеличить величину критического растяжения.

 

Одну нить такого волокна подвергли механическим испытаниям: оказалось, что упругость и прочность уменьшились в десять и пять раз относительно «Тварона», но при пересчете в эффективную скорость снаряда, при котором половина образцов разрывается, снижение оказалось всего в 2,4 раза. Чтобы проверить реальные баллистические свойства пара-арамидного волокна, ученые провели выстрелы пулеподобными 5,6-миллиметровыми снарядами. 

 

Чтобы аккуратно сравнивать однонаправленный нетканый лист пара-арамида с двунаправленным тканым листом «Тварона», инженеры сравнивали слоистые структуры, поместив новый материал между двумя листами «Тварона». Такой выбор они обосновали тем, что нетканый материал в одежде используется в качестве наполнителя между ткаными материалами, а не для ее основы. В экспериментах оказалось, что эффективная скорость разрыва половины образцов, статистически незначительно меняется при замене слоев «Тварона» на слои нетканого поли-арамида c 205 до 240 метров в секунду.

 

Для проверки теплоизоляционных свойств ученые измеряли температуру до материала и после при облучении источником тепла с мощностью в 600 ватт. Теплопроводность волокон пара-арамида оказалась равной 1,6 ватт на милликельвин, при этом теплопроводность «Тварона» была в три с половиной раза больше. Коэффициент изоляции нового материала при этом получился в двадцать раз лучше. Для подтверждения этого инженеры проследили за желатиновыми модельками астронавтов при облучении источником тепла. Желатиновые астронавты расплавились за пять минут без защиты, за 17 минут с защитой из «Тварона» и не расплавились за полчаса с защитой из нового пористого пара-арамидного волокна.

 

 

Авторы статьи считают, что в будущем прочность можно будет увеличить за счет образования нитей из жидкокристаллических, а не разбавленных изотропных растворов. Более того, такой подход может уменьшить размеры нитей, что еще больше повысит его теплоизоляционные свойства за счет большего количества пор.


Другие новости по теме:
24.01.21 - В Израиле вернули зрение слепому человеку с помощью искусственной роговицы
11.01.21 - Химики изобретают изменяющий форму наноматериал
20.12.20 - Световые волны для хранения данных
27.11.20 - Углеродный нано композит вместо датчика
18.11.20 - Модифицированные углеродные нанотрубки будут использовать в качестве катодных катализаторов топливных элементов
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Нанотехнологи из США и Японии разделили премию Испании

2 японских и 3 американских ученых стали лауреатами престижной премии принца Астурийского за научные и технические разработки в области нанотехнологий. Испания присудила награды японским ученым Сум

850
2

Одноколесный велосипед с электромотором (видео)

Enicycle - это моторизованный одноколесный велосипед, сконструированный изобретателем из Словении Александером Полутником (Aleksander Polutnik). Научиться ездить на этом необычном средстве передвижени

173
3

Лунный камень стал источником кислорода

Исследователи из Кембриджа создали небольшой химический реактор, способный проводить процессы окисления и производство кислорода из лунного камня. В основе работы реактора лежит просто электромеханиче

169
4

Ученые ФТИ им.Иоффе разработали метод "сухой" литографии

В применении к нанолитографии слова мокрая и грязная – это скорее не эпитеты, а термины. Впрочем, уже в самое ближайшее время она, возможно, будет сухой, а главное - и чистой. Способ придумали п

164
5

Роснано заинтересовалась британскими пластиковыми чипами

Госкорпорация "Роснано" ведет переговоры о покупке доли компании Plastic Logic, британского производителя чипов и электроники на полимерной основе. Сделка уже одобрена наблюдательным советом.

157

Анонсы событий