Когда речь заходит о пластике, мы представляем далеко не самый прочный материал. Он отлично подходит для изготовления корпусов быттехники, гаджетов или в качестве отделочного материала, но никак не для инженерных конструкций или деталей промышленного оборудования. Однако мало кто знает, что существует пластик, который может останавливать пули. Он настолько прочный, что тросы из него способны выдерживать гораздо большую нагрузку, чем обычные тросы из стали. Почему же он тогда до сих пор нигде не применяется? До последнего момента его было невероятно трудно формовать и отливать. Однако ученые из Оксфордского университета нашли способ сделать этот материал еще более прочным, а главное – пригодным для использования.
Тросы из этого пластика прочнее, чем из стали. Источник: studyfinds.org
Прочный пластик UHMWPE
Сверхпрочный пластик, о котором идет речь, называется сверхвысокомолекулярным полиэтиленом высокой плотности (UHMWPE). Это уникальный материал, отличающийся чрезвычайно длинными молекулярными цепями, которые запутываются между собой. Это можно представить себе как очень длинные запутанные спагетти. Благодаря такой структуре пластик обладает чрезвычайной прочностью и износостойкостью.
UHMWPE пластик чрезвычайно прочный, но его производство очень сложное и дорогое. Источник: made-in-china.com
Уникальные свойства этого материала позволяют его использовать для создания пуленепробиваемых жилетов, канатов и медицинских имплантатов. Ранее мы рассказывали, что из этого пластика изготавливают даже сверхпрочные носки. Кроме того, UHMWPE подходит для эксплуатации в самых экстремальных условиях. Однако из-за высокой вязкости этот пластик практически невозможно формовать и обрабатывать традиционными методами. Ранее, чтобы обрабатывать UHMWPE, требовались сложные и дорогостоящие процедуры, что ограничивало его использование.
Новая технология изготовления сверхпрочного пластика
Команда из Оксфорда провела исследование, чтобы найти методы устранения недостатков UHMWPE. Задача состояла в том, чтобы сделать материал более управляемым, сохранив при этом его исключительную прочность. Для достижения цели они нашли способ регулировать процесс синтеза, чтобы избежать чрезмерного переплетения молекул.
Это напоминает аккуратное добавление спагетти в кипящую воду, чтобы избежать их чрезмерного спутывания. Данная технология показала многообещающие результаты в плане контроле того, как пластиковые молекулы спутываются в процессе производства. Однако исследователи обнаружили, что существует критический предел – улучшать качество после определенного момента было невозможно.
Новый пластик может быть использован для изготовления самых разных деталей. Источник: ningeplastics.com
Тогда исследователи протестировали вторую стратегию – использовали молекулярные модификаторы, которые действуют как “химические ножницы”. Добавляя химические вещества, такие как водород, ученые смогли сократить молекулярный вес материала до 96%, сохраняя при этом его прочностные характеристики. Особый успех был достигнут при смешивании UHMWPE с высокоплотным полиэтиленом (HDPE).
В результате ученым удалось повысить прочность материала на 103%. Одновременное использование нескольких типов катализаторов позволило добиться желаемого результата. Об этом авторы работы сообщают в издании Industrial Chemistry & Materials.
Преимущества нового пластика
Исследование показало, что новый пластик, созданный на основе UHMWPE, обладает рядом улучшений. Помимо того, что удалось упростить технологию его производства и создание сложных форм, пластик стал более прочным и износостойким. Это позволило расширить области его применения.
Например, новый материал позволит создавать более легкие и прочные бронежилеты и элементы защиты. Благодаря биосовместимости, UHMWPE уже используется в протезировании, а усовершенствования сделают его применение еще шире. Кроме того, сверхпрочные и легкие материалы важны для создания деталей самолетов и космических аппаратов.
Новый пластик может быть использован в космической отрасли. Источник: rbk.ru
Повышенная прочность UHMWPE делает его идеальным для использования в экстремальных условиях, таких как глубоководная добыча ресурсов. Ранее это считалось невозможным. Однако следует учитывать, что исследование проводилось в лабораторных условиях. Внедрение нового пластика в промышленность потребует дополнительных усилий.
Кроме того, прежде чем начать его использовать, понадобятся дополнительные исследования. Например, необходимо подтвердить стабильность новых материалов при длительной эксплуатации. Так как он совершенно новый, о его долговечности пока еще ничего неизвестно. Но уже сейчас можно сказать, что новый метод создания UHMWPE открывает эру сверхпрочных пластиков, которые могут изменить множество отраслей. Ну а напоследок напомним, что сверхпрочным может быть не только пластик, но даже бумага. Подробнее об этом материале можно узнать по ссылке.
