Синтетические волокна научили самозащите по примеру клеточного каркаса

Спортивная экипировка протирается. Парашюты слабеют после нескольких прыжков. Военная форма рвётся в самый неподходящий момент. Ни одна ткань не вечна — и никакая ткань раньше не умела сама себя чинить.

Теперь умеет. Новый класс синтетических волокон, разработанный командой MIT в сотрудничестве с несколькими лабораториями, содержит встроенные микрокапсулы, которые лопаются при механическом воздействии и выделяют реагент, укрепляющий или восстанавливающий повреждённую область. Работа опубликована в Advanced Materials.

Как устроен механизм самозащиты

Идея не нова в мире материалов: самовосстанавливающиеся полимеры существуют с 2001 года. Но применить принцип к волокнам и тканям — задача значительно сложнее: волокна нагружены механически иначе, чем твёрдые материалы, и микрокапсулы должны выдерживать процесс ткачества.

Решение MIT: микрокапсулы диаметром около 100 микрон встроены непосредственно в полиамидное или полиэтиленовое волокно в процессе его синтеза — не добавляются поверхностно. Каждая капсула содержит жидкий агент: в разных версиях это мономер с катализатором для полимеризации или жидкое ингибирующее вещество.

При разрыве волокна — или при сдавливающем ударе — капсулы в зоне повреждения лопаются и выделяют содержимое. В версии с полимеризирующим агентом мономер немедленно вступает в реакцию с влагой воздуха и отверждается, «заплавляя» место разрыва. В ударозащитной версии жидкость распределяется по зоне удара, мгновенно повышая сопротивление деформации.

Что показали испытания:

• Восстановление прочности на разрыв до 80% за первые минуты после повреждения без вмешательства человека.
• Ударозащитные варианты снижали пик силы удара на 40–60% по сравнению с контрольным образцом.
• Материал переносил ткачество стандартными промышленными методами без значимых потерь количества целых капсул.
• Эффект сохранялся после 5–7 циклов активации.

Потенциальные применения

Наиболее очевидные направления:

• Военная и защитная экипировка: броневая защита лёгкого класса, усиленная одежда.
• Спорт: велосипедная форма, лыжные костюмы, альпинистское снаряжение.
• Промышленные применения: технические ткани для парусов, шатров, фильтров.
• Космонавтика: скафандры с защитой от микрометеоритов.

Ограничения: количество капсул конечно — после исчерпания они больше не действуют. Продление жизни материала возможно за счёт пополнения реагентом, что пока технически сложно реализовать в готовом изделии.

Стоимость производства в лабораторных условиях значительно выше стандартных синтетических тканей, но авторы ожидают снижения при промышленном масштабировании.

Исследование опубликовано в Advanced Materials. Материал подготовлен по публикации TechXplore.

Ранее стало известно о программируемом тепле в новых материалах.