Jeśli kiedykolwiek nosiliście ciężką kamizelkę balistyczną, to wiecie, że każdy dodatkowy gram przekłada się bezpośrednio na komfort i wydajność. Dlatego też najnowsze doniesienia z Uniwersytetu Pekińskiego brzmią jak spełnienie starego marzenia branży zajmującej się ochroną osobistą, bo dotyczą włókna, które ma dwa oblicza. Z jednej strony jest lekkie, a z drugiej pod uderzeniem pocisku zachowuje się jak ściśnięta sprężyna, oddając energię i nie pękając. Klucz nie leży w samych składnikach, a w ich porządku, bo badacze akurat nauczyli się układać aramid i nanorurki węglowe tak, by zamiast plątaniny powstała idealnie prowadzona wiązka.
Nanorurki węglowe okazały się brakującym elementem układanki
Klasyczna kamizelka miękka to po prostu wiele warstw, które po kolei wyhamowują pocisk. Działa, ale kosztuje to grubość i masę. W nowym materiale przewaga bierze się z porządku we włóknie: nici są ustawione tak równo, że pod uderzeniem nie rozłażą się na boki, tylko napinają jak membrana bębna. Dzięki temu pocisk traci prędkość szybciej, a odkształcenie po stronie ciała jest płytsze. W praktyce oznacza to dwie rzeczy naraz: można zejść z grubości pakietu, a jednocześnie utrzymać albo nawet podnieść poziom ochrony. Dodatkowy bonus to stabilność w cieple, bo w przeciwieństwie do osłon opartych na polietylenie, ten nowy materiał nie traci sztywności przy nagrzaniu, więc parametry nie lecą w dół po godzinie w słońcu albo przy ogniu ciągłym.
Czytaj też: Chiny mają nową broń. Feilong ma robić brudną robotę za ułamek ceny
Najciekawsze jest to, że materiał nie musi konkurować z ceramiką czy stalą, tylko z nimi współpracować. W warstwach kompozytowych można zastosować cienką płytkę ceramiczną jako “łamacz” rdzenia pocisku, a tuż za nią kilka arkuszy nowej tkaniny, które pochłoną resztę impetu. Efekt? Po jednym trafieniu system nie zamieni się w bezużyteczny worek, co bywa bolączką klasycznych sprzętów.
Takie przełomowe superwłókno powstało z połączenia heterocyklicznego aramidu i specjalnie przygotowanych nanorurek węglowych. Samo zmieszanie składników nie dało jednak oczekiwanego efektu. Prawdziwy sekret sukcesu kryje się w precyzyjnym ułożeniu wszystkich komponentów. Badacze opracowali metodę, która zmusza łańcuchy aramidowe i nanorurki do ustawienia się w idealnie równoległych liniach. Wykorzystali w tym celu wieloetapowy proces rozciągania, który zwiększał początkową elastyczność bazowego włókna. Dzięki temu zabiegowi poszczególne elementy struktury są tak ściśle zablokowane, że podczas uderzenia nie mogą się przesuwać względem siebie. To właśnie pozwala materiałowi absorbować kolosalne ilości energii bez ulegania zniszczeniu.
Rekordowe wyniki w testach balistycznych
Efekty przerosły najśmielsze oczekiwania. Nowy kompozyt osiągnął wartość dynamicznej wytrzymałości na poziomie 706,1 megadżuli na metr sześcienny. To ponad dwukrotnie więcej niż poprzedni rekordzista w tej kategorii. Gdy naukowcy utkali z włókna tkaninę i poddali ją standardowym testom balistycznym, okazała się znacząco skuteczniejsza od wszystkich dotychczasowych materiałów ochronnych. Badanie opublikowane w czasopiśmie Matter szczegółowo opisuje nie tylko sam wynalazek, ale także mechanizmy odpowiedzialne za jego wyjątkowe właściwości.
Czytaj też: Tarcza na pierwszą linię. Chiny dołożyły nowy klocek do swojej mozaiki przeciwlotniczej
Gdyby nowy materiał wszedł do powszechnego użytku, to mógłby zrewolucjonizować wiele dziedzin. Kamizelki kuloodporne stałyby się nie tylko lżejsze i cieńsze, ale przede wszystkim skuteczniejsze. To szczególnie ważne dla osób, których życie zależy od ochrony, a więc żołnierzy, policjantów czy pracowników ochrony. Lżejsze wyposażenie oznacza bowiem większą mobilność i mniejsze zmęczenie podczas długotrwałych misji. Potencjalne zastosowania wykraczają jednak poza sprzęt osobisty, bo nowe włókno mogłoby znaleźć zastosowanie w zabezpieczaniu pojazdów czy ochronie newralgicznych elementów infrastruktury.
Czytaj też: Rheinmetall i MBDA tworzą potężny system obronny. Niemcy dołączają do światowej czołówki z nową bronią
Pojawia się jednak zasadnicze pytanie o opłacalność masowej produkcji. Nanorurki węglowe wciąż pozostają materiałem stosunkowo drogim, choć ich ceny stopniowo maleją wraz z rozwojem technologii wytwarzania. Komercjalizacja odkrycia prawdopodobnie zajmie jeszcze kilka lat, ale warto obserwować dalsze losy tego projektu. Mimo entuzjazmu naukowców, zdrowy sceptycyzm każe pamiętać, że nie każdy laboratoryjny przełom znajduje praktyczne zastosowanie w przemyśle.