Процесс удара зафиксирован специальной камерой, снимающей видео со скоростью 30 000 кадров в секунду.
«Наша пластина состоит из пористого слоя и сплошного слоя сверхвысокомолекулярного полиэтилена, — рассказывает один из основателей компании Biomimetix, сотрудник Центра, к.ф.-м.н. Федор Сенатов. — Слои не соединены друг с другом, а получены сразу как единое изделие, за одну технологическую операцию. Во многом благодаря этому после удара трещины не образуются ни в толще слоя, ни даже на границе между слоями. Причем, материал сохраняет свойства даже до -80°С. Более того, мы пытались расколоть её в жидком азоте (-196°С). Это оказалось практически невозможно сделать, если заранее сильно не надрезать пластину».
По словам Федора Сенатова, разработчики не только бросали на свою разработку тяжелые железяки, но даже стреляли в нее. Правда, из пневматики. Однако результат оказался удачным – материал погасил силу удара. Так что для защиты хоккеистов или любителей пейнтбола (или даже охотников) такая панель подойдёт идеально – это полная защита при вменяемом бюджете.
«Одной из наших первых задач было создать дешевый защитный материал, — говорит глава Biomimetix. – Он не дотягивает до боевой защиты по защитным характеристикам, но лучше и намного дешевле существующих спортивных защит».
Пористая прослойка также может стать хорошим звукопоглотителем, отметил Федор Сенатов. По заказу одного из бизнес-партнеров компания сейчас уточняет оптимальные параметры звукоизоляции. Как отметил разработчик, их можно настраивать за счет контролируемого изменения пористости материала.
Новые сэндвич-пластины станут основой для создания теплоизолирующих ударостойких покрытий. Поэтому материалу наверняка найдется применение в условиях Арктики — он легкий, прочный, способен защитить не только от арктического ветра, но и от его воя, и, к тому же, долговечный.
Износостойкость сверхвысокомолекулярного полиэтилена сотрудники компании проверили на другом изделии из полимера — лентах для подшипников. Такие ленты, встроенные во внутреннюю поверхность подшипника, контактируют с шариками или роликами. За счет особой технологии изготовления лент, у них исключительно низкий коэффициент трения скольжения о сталь — 0,04 (у существующих на рынке подшипников, сделанных из похожих материалов, коэффициент трения при аналогичных условиях минимум в два раза больше). При этом износостойкость выше на порядок, особенно при низких значениях температуры. Лента, как и сэндвич-панель, также не меняет характеристик до -80°С.
«Мы разговаривали с горняками, и они рассказали, что для транспортировки руды используются транспортные ленты огромной длины. Подшипники, на которых лежит лента транспортера, очень часто ломаются. Из-за этого приходится останавливаться, чтобы заменить их. Полагаю, что мы сможем снизить частоту замены минимум втрое, а то и больше, — отметил Федор Сенатов. – Тем самым наша разработка принесет серьёзную дополнительную прибыль компаниям, которые ею воспользуются».
Компания Biomimetix стала логичным продолжением работ, которые ученые проводили в НИТУ «МИСиС». На базе университета они открыли малое инновационное предприятие, чтобы довести ряд фундаментальных, а затем и прикладных работ до коммерческого продукта.
Комментарии (45)
Gozdi
04.07.2018 11:49Причем, материал сохраняет свойства даже до -80°С. Более того, мы пытались расколоть её в жидком азоте (-196°С). Это оказалось практически невозможно сделать, если заранее сильно не надрезать пластину».
То, что СВМПЭ, криогенно стойкий полимер, это известно едва ли не с момента его синтеза.
«не расколоть» стоит привести к понятным величинам, в кДж/м2.
Пытаться расколоть на копре пластинку СВМПЭ с одним разрезом, в общем то бесполезно. Надо два надреза, потому что ~ 240 кДж/м2 ))
Промышленности, не важно на какой географической широте эксплуатируется, нужен гибкий, легко приклеивающийся к субстрату лист толщиной 1 — 5 мм, а не плиты от 10 мм на болтах, из китайского или европейского прессованного порошка СМВПЭ.
Кф трения, абразивная стойкость — настраиваемые параметры, иногда на +500% ))Desavian
04.07.2018 12:41При использовании в качестве бронирования важнее характеристики материала при нагреве =) особенно быстром и точечном. Я вообще упустил информацию о возможности использования подобных материалов в качестве серьезного бронирования… все «вспененное» давно попробовали и отказались… а тут прям на удивление хорошие результаты тестов.
Gozdi
04.07.2018 12:53При использовании в качестве бронирования важнее характеристики материала при нагреве =)
Чем важнее, где важнее?
Для огнестойкости используют слой арамида (полимеры с отрицательным кислородным индексом) поверх свмпэ, классическое решение.
«СВМПЭ из реактора», не термопласт, вязкость нарастает при нагревании (не ньютоновская жижа), пока не разложится. Для брони в общем, это не важно, другие временные рамки работы.
Удивительно хорошие результаты на пневматические пульки, это да.Desavian
04.07.2018 12:59От некоторых типов материалов для бронирования отказались из-за деформации при точечном нагреве, но для носимой брони это действительно не сильно важно, кумулятивными по человеку стрелять не будут, во всяком случае при данном развитии персональной брони )
Я кстати вспомнил почему мне тема так знакома…
forum.guns.ru/forum_light_message/89/1754944.html
вот тут не эти ли разработчики пытались тему вентилировать?Gozdi
04.07.2018 13:13От некоторых типов материалов для бронирования отказались из-за деформации при точечном нагреве, но для носимой брони это действительно не сильно важно,
броня — это комплекс, полимерам свое место, для транспортных средств, как противоосколочный подслой и гашение запреградного воздействия.Desavian
04.07.2018 13:29Не поспорить), но тут то двухслойный материал из обычного+вспененного свмпэ без потери прочности в месте соединения слоев, я бы те же натовские каски Spectra скорее с применением такого бы материала делал, нежели из обычного свмпэ, в шлемах то запреградное воздействие — одна из основных проблем.
Gozdi
04.07.2018 13:37из обычного+вспененного свмпэ без потери прочности в месте соединения слоев
какую функцию, как думаешь, выполняет бесшовность? Что дает.
в шлемах то запреградное воздействие — одна из основных проблем.
это уже трепанация скорее, если запреградное ))Desavian
04.07.2018 13:52А поэтому и не рассчитывают нынешние шлемы на защиту от чего-то убойного… просто потому что контузионное действие нечем компенсировать, разве что делать «скафандры» с жесткими креплениями, которые будут распределять удар на плечи и спину… иначе защита не имеет смысла, да голова цела, только при сломанной шее это не так важно.
По поводу бесшовности пришла мысль, что подобный материал не будет страдать от расслоения при попадании СПЭ(стрелками) плюс при использовании в керамических бронешлемах в качестве подпора сможет компенсировать ухудшение броневых качеств в местах соединения керамических элементов за счет того, что сможет лучше компенсировать заброневое воздействие чем обычный вариант из свмпэ.Gozdi
04.07.2018 14:05для функции амортизации, свмпэ вовсе не панацея, существуют более эффективные материалы, эластомерные пены, эластомерные аэрогели, высокопрочные пенопласты и т.п.
каски последнего поколения больше похожи на велосипедный шлем, зачем думать категориями поражающих готовых элементов из 20 века? )) По военной статистике 21 века, проектировать защиту от них не актуально, а SWAT и т.п. — другие задачи, другая защита. Высокоскоростные осколки в доли грамма, основная задача, без потери функционала.
Пульки из пневматики на видео, не стандартный под-вариант пенетратора. На вау-вау эффект норм, не более.Desavian
04.07.2018 14:21Как только появились запросы на шлемы класса 6а, так и начали думать категориями поражающих готовых элементов из 20 века.
Потому что сразу появилось понимание что есть бронекомплекс, позволяющий человеку не сломать шею при попадании в голову соответствующего боеприпаса.Gozdi
04.07.2018 14:40Стелька из вспененного свмпэ — примочка, не более.
Задача вспенивания свмпэ с открытыми порами в процессе переработки давно решена. Для более утилитарных вещей, таких как например фильтры для пылевидной щелочиSenatovFS
04.07.2018 15:13Задача вспенивания свмпэ с открытыми порами в процессе переработки давно решена
Попыток промышленного получения пористого СВМПЭ было много разных. Это и вспенивание газом и разлагающимися агентами, и сверхкритическими средами. Но на деле — это отнюдь нетривиальная задача из-за большой вязкости расплава с точки зрения технологии и из-за использования большого количества растворителей (ксилол, декалин и тд) с экономической точки зрения.
Знаменитые высокопористые имплантаты Medpor даже делают из HDPE, а не СВМПЭ. Хотя из имплантаты из СВМПЭ несравнимо лучше по мех.свойствам.
Представленный же в статье бислойный СВМПЭ и технология его получения получены впервые: без растворителей, с минимизацией дефектов сплавления, но с контролируемой пористостью (градиентной, при необходимости)
—
С уважением,
Сенатов Фёдор Святославович, к.ф-м.н.
Научный сотрудник НИТУ «МИСиС»,
Генеральный директор ООО «Биомиметикс»Gozdi
04.07.2018 15:33Но на деле — это отнюдь нетривиальная задача из-за большой вязкости расплава с точки зрения технологии и из-за использования большого количества растворителей (ксилол, декалин и тд) с экономической точки зрения.
классика с гель экструзией конечно дороговата. «Попкорн» получаем сразу за 1 присест в один цикл, без использования геля, газа и сверхкритичного СО2 )) Термопластичная форма позволяет.
Знаменитые высокопористые имплантаты Medpor даже делают из HDPE, а не СВМПЭ. Хотя из имплантаты из СВМПЭ несравнимо лучше по мех.свойствам.
Если сополимеризовать гексен с HDPE, ударная вязкость превзойдет прессованный СВМПЭ.
Даешь больше технологий, хороших и разных! ))
Desavian
04.07.2018 15:39Ухх) понеслись споры между разработчиками и производственниками.
Меня то больше интересовал именно переход вспененной части в монолитную и как будет работать бутерброд из нескольких подобных слоев при кинетическом на него воздействии.Gozdi
04.07.2018 16:13Работать будет по отдельности. Физмехи у такой пены не выдающиеся, из "спагетти молекул", брони не будет.
Desavian
04.07.2018 17:34уточню, работать будет по отдельности если это два разных куска сложенные вместе или работать будет по отдельности даже если это единый слой пена/монолит/пена/монолит сделанный изначально во время техпроцесса? Не в броне дело, больше интересует улавливание большого количества осколков без потери эффективности.
Gozdi
04.07.2018 17:47работать будет по отдельности если это два разных куска сложенные вместе или работать будет по отдельности даже если это единый слой пена/монолит/пена/монолит сделанный изначально во время техпроцесса?
В чем заключается работа во всех вышеперечисленных вариантах?
как измерить ударную вязкость к вспененному свмпэ? Только заморозить, а потом уже бить))
Не в броне дело, больше интересует улавливание большого количества осколков без потери эффективности.
почему пена, пускай из свмпэ, будет эффективно улавливать высокоскоростные осколки? Какие свойства у этой волшебной пены есть а у других материалов нет?
Принцип работы баллистического волокна, надеюсь понимаете.
Desavian
04.07.2018 18:33Въедливый какой=) свойства ему волшебной пены подавай, нет у нее особых свойств пока поры не заполнены кое-чем. Но суть объяснений я понял, очень доходчиво, спасибо, почитаю нужный материал и потом еще вопросы позадаю, если не возражаете.
Gozdi
04.07.2018 18:44теряюсь в догадках
… не заполнены кое-чем
;()
Можно губку для посуды заполнить на пробу, эффект будет тот же.
SenatovFS
04.07.2018 20:53переход вспененной части в монолитную и как будет работать бутерброд из нескольких подобных слоев при кинетическом на него воздействии
пористая часть работает как демпфер и обеспечивает «подвижность» сэндвич-системы. Изначально пористая часть и переход в сплошной СВМПЭ разрабатывалась как имитация трабекулярной и кортикальной кости со свойствами, адекватными природной костной ткани. Из этих материалов мы изготавливали имплантаты, которые ставились в костные дефекты конечностей
Desavian
04.07.2018 15:18Верно, поэтому и заинтересовали возможные особенности именно этого материала, имеющего бесшовное соединение вспененной и обычной части
Gozdi
04.07.2018 15:36имеющего бесшовное соединение вспененной и обычной части
Медитировать на бесшовность можно бесконечно. Вопрос то, какую функцию несет шов, монолит и пена.SenatovFS
04.07.2018 21:05Многослойный СВМПЭ разрабатывался как универсальная конструкция, работающая под нагрузкой (ударной / динамической и т.д.) без расслоений.
Многослойный СВМПЭ получается за единую технологическую операцию и не разрушается по границе при нагружении. В первую очередь, это уже было впервые использовано в ветеринарии как прямой аналог сразу трабекулярной и кортикальной костной ткани. При циклических нагрузках трещина не растет по границе, а значит нет отделения «приросшей» к организму пористой части от непористой с последующим выпадением.
Для немедицинских применений — похожая аналогия: предотвращение расслоения при соединении пористого слоя с каким-либо элементом конструкции путем заполнения пор другим полимером. Это может будет отдельная тема для публикации :)Gozdi
04.07.2018 21:22Для немедицинских применений — похожая аналогия: предотвращение расслоения при соединении пористого слоя с каким-либо элементом конструкции путем заполнения пор другим полимером.
а зачем «механически», когда можно ковалентно? Да хоть с PVDF ))
По подшипникам с шариками и роликами для транспортеров, гложут сомнения, что вы верно нашли/предложили правильную нишу для аппликации. Если не скольжения, то делать там свмпэ нечего, как пить дать раздавит. Снизить Кф трения в два раза ниже от PTFE — решенная задача + угол смачивания альфа150град. Поднять Кф абразивного износа к стандартному прессованному свмпэ на +500%, тоже не вопрос ))SenatovFS
04.07.2018 21:42Нет, это только подшипники скольжения из ориентированного СВМПЭ (ленты / объемный СВМПЭ). Один из вариантов таких подшипников: www.biomimetix.ru/podshipniki-skolzheniya.
Также возможен вариант подшипника с лентой на цапфе: прочность ленты на разрыв — 1.5 ГПа, уменьшение износа в 10-20 раз, коэффициент трения — 0.04 (но, разумеется, зависит от нагрузки и скорости)Gozdi
04.07.2018 22:08Нет, это только подшипники скольжения из ориентированного СВМПЭ (ленты / объемный СВМПЭ). Один из вариантов таких подшипников: www.biomimetix.ru/podshipniki-skolzheniya.
в статье упоминались и шарики и ролики. Глаз цепляет.
многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ)
Гм. Равномерно распределить агломераты нанотрубок в массе полимера смогли? Вот что бы каждая трубочка была отдельно «укутана» свмпэ + адгезия. Нано трубки красиво звучат в патенте, но не работают, как могло бы.
Сложное решение на мой взгляд. Промышленности подавай литье на ТПА без заморочек, цена решает судьбу внедрения.
Фоточка фибрилл хорошая, очень даже нравится.
а решили и решили ли, вопросы адгезии к субстрату (сталь)?
коэффициент трения — 0.04 (но, разумеется, зависит от нагрузки и скорости)
Кф хороший, но зависитSenatovFS
05.07.2018 11:03Равномерно распределить агломераты нанотрубок в массе полимера смогли?
Агломераты все равно будут оставаться, пусть и в меньшем количестве. Для этого поверхность УНТ модифицируется: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211379716304867
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353815301068
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836816301068
Основная роль УНТ не столько в дисперс.упрочнении, сколько в индуцировании морфирования фибриллярной структуры
а решили и решили ли, вопросы адгезии к субстрату (сталь)?
Есть несколько вариантов для разных случаев: (1) фиксация через «эффект памяти формы», (2) склейка специальным полимерным связующим, (3) сочетание этих методовGozdi
05.07.2018 12:122) склейка специальным полимерным связующим
адгезив-расплав для свмпэ (ПЭ) к стали, в районе 800-1000 N при 50 мм/мин
olgerdovich
05.07.2018 01:03Ребята, вы полегче с заголовками, ваше «не трещит и не мерзнет» мне незамедлительно напомнило анекдот про «не стучит, не рычит и не царапает пол» — и вся жизнеутверждающая мощь заглавия насмарку.
Selishcheva Автор
Никак не получается дать ссылку на второе видео, поэтому выкладываю здесь www.instagram.com/p/BRBQKjGjU5p/?taken-by=senatovfs
andrey_gavrilov
(BTW, с первым тоже не получилось)
Selishcheva Автор
Хм, у меня первое видно. Попробовала поправить. Спасибо.
Придется тогда на оба давать ссылки в комментах.
Падение груза на полимерную «сэндвич-пластину» www.facebook.com/Biomimetix/videos/vb.905447182953440/968610043303820/?type=2&theater
Стрельба из пневматики www.instagram.com/p/BRBQKjGjU5p/?taken-by=senatovfs
andrey_gavrilov
я даже с VPN пробовал — не видно.
Жаль, что видео в комментах, — тема очень интересная, и вставленное видео только украсило бы статью (идеалом было бы — перезалить в youtube, и вставить оттуда), и помогло бы в деле распространения информации о этих достижениях/ пропагандирования темы.
Selishcheva Автор
Теперь со ссылкой на youtube. Надеюсь, что все открывается.
LoadRunner
Попробуйте пользоваться тегом oembed.
Desavian
эмм, если вы можете делать сэндвич-пластины и ленты, почему не сделаете «плетенку» типа кевлара из подобного материала? Она ж по прочности должна его в землю втаптывать. Или сделать супер-сэндвич из пластин, уложенных в разном направлении волокон. Ведь основное преимущество вашего материала не столько прочность, сколько гашение энергии удара… ну и возьмите обычный механизм создания керамоброни… только вместо бутерброда — керамика/сталь, сделайте бутерброд ваша панель/керамика/ваша панель/сталь/ваша панель, вес увеличится незначительно, но решится проблема хрупкости керамики и ухудшения броневого покрытия при каждом попадании, уменьшится деформация стальной части и понизится запреградное воздействие. Это если брать вашу базовую пластину… что будет если вы научитесь делать тканый материал на ее основе даже думать не хочу…
А если вы еще научитесь делать так, чтобы приложенная сила уходила по самой пластине и уходила в ее ребро… вы начнете новую эру в бронировании… и вовсе не в спортивном =)
SenatovFS
Добрый день! Это отличный вопрос!
Именно им мы задались, когда впервые сделали ленты. И именно этим мы сейчас занимаемся. Есть много технологических сложностей по фиксации лент в «плетенке» с сохранением плотной укладки.
Как оно из возможных решений: делаем самоармированные композиты, в которых единичные ленты или «плетенки» находятся в матрице из того же материала — СВМПЭ. Но возникает проблема: очень сложно попасть в диапазон температур, при которых ленты сплавляются с матрицей, но еще не наступает разориентация макромолекул и падение прочности. Лабораторные образцы уже есть. Возможно, это будет темой отдельной статьи на Хабре в будущем.
Еще раз спасибо за вопрос и идеи по броне!
--
С уважением,
Сенатов Фёдор Святославович, к.ф-м.н.
Научный сотрудник НИТУ «МИСиС»,
Генеральный директор ООО «Биомиметикс»
Desavian
Будет очень интересно почитать, тема весьма перспективная и есть огромное количество вариантов, которые можно потестировать в качестве вариантов использования подобного материала, кстати, в статье вы берете нижние температурные характеристики, что у материала с нагревом?
SenatovFS
Постепенное изменение свойств начинается с 90 °С, но полное разориентирование с потерей мех.свойств начинается при предплавильных температурах (после 140 °С). Теплофизические характеристики близки к характеристикам СВМПЭ волокон
Gozdi
А ведь можно и кросс линкид прикрутить))
Gozdi
Без ориентационной вытяжки с остаточным удлинением до разрыва, в пару процентов, бронепанели из СМПЭ работать не будут + биаксиальное послойное ориентирование.
«Переплетение лент» только ослабит композит и тем более «ткани».
Ударная волна в волокне СВМПЭ выше скорости звука )) Исследовано вдоль и поперек в 1980-х.
Desavian
Я про скорость ударной волны и не спорил )) вопрос не в ее нивелировании, а в смене направления, чтобы пуля даже задержанная броником, запреградным воздействием ребра не ломала. Тканый материал размазывает ударное воздействие на большую площадь, тем самым облегчая жизнь тому, в кого попали. Тут же я вижу возможность полностью переориентировать ударную волну… надо будет почитать литературку, наверняка уже пытались что-то подобное сделать. Ударная волна ж распространяется в направлении наименьшего сопротивления, поэтому слои подобного материала в керамо-композитной броне смогут играть роль аналога дульного тормоза(знаю что хреновое сравнение, лучше не придумал)
Gozdi
кто бы спорил ))
Gozdi
Джоули надо поглотить, за сотые доли секунды*площадь рассеивания*толщина слоев или все же будут «рёбра».
любые типы тканных переплетений ослабляют баллистические волокна СВМПЭ в разы.
вдоль оси растянутых супер молекул СВМПЭ, выполняя работу