Нераскрытый потенциал полиуретана
Так хорошо знакомый всем полиуретан, широко применяемый при ремонте и производстве обуви, имеет, как оказалось, не до конца реализованный потенциал. Именно об этом заявили физики из Массачусетского технологического института, которые совместно с коллегами из частного исследовательского университета Райса изучали свойства этого материала. Проведённые ими баллистические испытания показали, что полиуретан позволяет не просто останавливать пули, что неоднократно доказывалось многочисленными тестами, но и «заращивать» входные отверстия, восстанавливая таким образом прочность покрытия и сохраняя при этом его прозрачность. В подтверждение своих слов Нэд Томас (один из руководителей исследования) продемонстрировал небольшой фрагмент прозрачного полиуретанового пластика с тремя застрявшими в нём 9-миллиметровыми пулями.
Учёные решили выяснить, что же происходит с полиуретаном при внезапном ударе о него пули, а именно — как происходит рассеивание энергии. Экспериментально данный материал работает превосходно, однако никто так до конца и не понимает, почему. Проблема в том, что для выяснения этого необходимо провести крайне длительное и трудоёмкое исследование, в ходе которого будут отделены друг от друга слои полиуретана, а поведение каждого из них будет изучено на уровне наночастиц. Но учёные нашли гениальное решение: вместо многослойного полиуретана они решили взять аналогичный по свойствам материал с труднопроизносимым названием полистирен-ПДМС диблок-сополимер, состоящий из 20-нанометровых чередующихся друг с другом слоёв полимеров, половина из которых обладает свойствами резины, а другая половина — стекла. Под микроскопом срез такого материала выглядит как поверхность вельвета. В качестве пуль использовались бусины диаметром 3 микрометра, изготовленные из кремнезёма. После ударов микроснарядов о поверхность материала изменения в его структуре фиксировались электронным микроскопом, после чего тщательно изучались.
a. 3 пули в диске из полиуретана; b. пуля вблизи в полиуретновом слое; c. структура материала после выстрела на наноуровне.
Перед учёными открылась удивительная картина: при вхождении пули слои полиуретана сжимаются, словно стопка блинов, начиная разделяться на фрагменты и скручиваться. Была выяснена и причина отсутствия трещин: вместо них происходит мгновенное плавление слоёв и их смешение. Энергия пули заставляет полиуретан на долю секунды разогреваться до 3000 °C и переходить в жидкую фазу. После вхождения пули слой снова затвердевает, закрывая таким образом входное отверстие. Было также установлено, что структура из чередующихся слоёв полиуретана с разными свойствами на 30% лучше справляется с задачей по остановке летящего снаряда, чем однородный полиуретановый пластик.
Удивительно, но такой простой обувной материал, как полиуретан, обладает поразительными свойствами. Фактически он может вплавлять в себя пулю, погашая энергию её полёта и восстанавливая за счёт неё свою целостность. Кто бы мог подумать, что материал, который мы можем видеть, взглянув на подошвы наших ботинок, обладает не только феноменальной прочностью, но также и поразительной способностью самовосстанавливаться.
