Міцні матеріали мають широкий спектр використання. Є не тільки найтвердіший метал, але й найтвердіша і міцна деревина, а також міцні штучно створені матеріали.

Де використовують найміцніші матеріали?

Понад міцні матеріализастосовують у багатьох сферах життя. Так, хіміки Ірландії та Америки розробили технологію, за допомогою якої виробляється міцне Текстильне волокно. Нитка цього матеріалу в діаметрі – п'ятдесят мікрометрів. Вона створена з десятків мільйонів нанотрубок, які за допомогою полімеру скріплені між собою.

Міцність цього електропровідного волокна на розрив вище міцності павутиння павука-кругопряда втричі. Отриманий матеріал використовується для виготовлення надлегких бронежилетів та спортивного інвентарю. Назва ще одного міцного матеріалу – ONNEX, створеного на замовлення Міністерства оборони США. Крім застосування його при виробництві бронежилетів, новий матеріалможна також використовувати в системах льотного контролю, сенсорах, двигунах.

Існує розроблена вченими технологія, завдяки якій міцні, тверді, прозорі та легкі матеріали одержують за допомогою перетворення аерогелів. На їх основі можна виробляти полегшені бронежилети, броню для танків та міцні будівельні матеріали.

Новосибірські вчені винайшли плазмовий реактор нового принципу, завдяки якому можна виробляти нанотубулен – надміцний штучний матеріал. Цей матеріал відкрили ще 20 років тому. Він є масою еластичної консистенції. Вона складається зі сплетень, які неможливо побачити неозброєним оком. Товщина стінок цих сплетень - один атом.

Те, що атоми ніби вкладені один в одного за принципом «російської матрьошки», робить нанотубулен найбільш міцним матеріалом з усіх відомих. При додаванні цього матеріалу в бетон, метал, пластик значно посилюються їх міцність і електропровідність. Нанотубулен допоможе зробити машини та літаки міцнішими. Якщо ж новий матеріал прийде в широке виробництво, то дуже міцними можуть стати дороги, будинки, техніка. Зруйнувати їх буде дуже складно. Нанотубулен досі не було впроваджено у широке виробництво через дуже високу собівартість. Проте новосибірським вченим удалося значно знизити собівартість цього матеріалу. Тепер нанотубулен можна виготовляти не кілограмами, а тоннами.

Найтвердіший метал

Серед усіх відомих металів найтвердішим є хром, проте його твердість багато в чому залежить від чистоти. Його властивості - корозійностійкість, жароміцність і тугоплавкість. Хром - метал білувато-блакитного відтінку. Його твердість за Брінеллем дорівнює 70-90 кгc/см2. Температура плавлення самого твердого металу– 1970 градусів за Цельсієм при щільності 7200 кг/м3. Цей метал знаходиться в земної кориу розмірі 0,02 відсотка, що є чимало. Зазвичай він зустрічається у вигляді хромистого залізняку. Хром видобувають із силікатних гірських порід.

Цей метал використовують у промисловості, виплавляючи хромисту сталь, ніхром і так далі. Його застосовують для антикорозійних та декоративних покриттів. Хромом дуже багаті кам'яні метеорити, що падають на Землю.

Найміцніше дерево

Є деревина, яка перевершує міцність чавуну і може зрівнятися з міцністю заліза. Йдетьсяпро «Берез Шмідта». Її також називають Залізною березою. Людина не знає більше міцного дереваніж це. Відкрив її російський учений-ботаник на прізвище Шмідт, перебуваючи Далекому Сході.

Деревина перевищує за міцністю чавун у півтора рази, міцність на вигин приблизно дорівнює міцності заліза. Через такі властивості, залізна береза ​​цілком могла б іноді замінювати метал, адже ця деревина не схильна до корозії та гниття. Корпус судна, зроблений із Залізної берези, можна навіть не фарбувати, судно не зруйнує корозія, дія кислот йому теж не страшна.

Березу Шмідта неможливо пробити кулею, сокирою її не зрубаєш. Зі всіх беріз нашої планети довгожителем є саме Залізна береза ​​– вона живе чотириста років. Її місце зростання - заповідник Кедрова Падь. Це рідкісний вид, що охороняється, який занесений в Червону Книгу. Якби не така рідкість, надміцну деревину цього дерева можна було б використовувати.

А ось найвищі дерева у світі секвої не є дуже міцним матеріалом.

Найміцніший матеріал у Всесвіті

Найбільш міцним і водночас легким матеріалом нашого Всесвіту є графен. Це вуглецева пластина, товщина якої всього один атом, але вона міцніша за алмаз, а електропровідність у сто разів вище кремнію комп'ютерних чіпів.

Незабаром графен покине наукові лабораторії. Усі вчені світу говорять сьогодні про його унікальні властивості. Так, кілька грамів матеріалу буде достатньо для покриття цілого футбольного поля. Графен дуже гнучкий, його можна складати, згинати, згортати рулоном.

Можливі сфери його використання сонячні батареї, стільникові телефони, сенсорні екрани, супершвидких комп'ютерних чіпів.
Підпишіться на наш канал в Яндекс.Дзен

28.03.2018

Поняття міцності пластмаси з погляду обивателя та інженера сильно відрізняється. Якщо ми говоримо про побутову міцність, то маємо на увазі просте розуміння за ознакою "ламається - не ламається". Та ж характеристика для виробництва, будівництва, дизайну має безліч аспектів, при вивченні яких з'ясовується, що всі матеріали мають ряд ознак, за якими можна визначити їх призначення та можливість використання у певних цілях.

На жаль, вказати на найміцніший полімер не вийде об'єктивних причин. Це пояснюється тим, що фізичні та характеристики міцності класифіковані за широким рядом ознак, сукупність яких визначає поняття міцності. Це залежить від властивостей самого пластику, його структури та реакції на зміну зовнішніх умов. Наприклад, вважається "міцною" для створення бетонних монолітів, але виявляє вкрай слабку стійкість до вигину, ламається. Аналогічні протиріччя для нефахівця можна знайти у властивостях будь-якого полімеру та заснованого на ньому матеріалу – пластмаси.

Характеристики міцності, твердості, пружності пластику

У поняття міцності (характеру реакції на фізичні навантаження) прийнято включати результати випробування матеріалу за кількома критеріями. Залежно від того, яке зусилля було прикладено до зразка, можна з'ясувати характеристики полімеру, його здатність чинити опір певному профільному навантаженню:

міцність на стиск - збереження фізичної структури та форми зразка при здавлюванні;

міцність на розрив характеризує здатність зразка пручатися зусилля, що розтягує;

деформаційна міцність - критерій, що вказує на здатність протистояти деформації та повертатися у вихідне положення;

межа пластичності - мінімальне зусилля, у якому матеріал " потече " , потягнеться, не повертаючись у вихідну форму;

ударна в'язкість – здатність поглинути енергію удару без руйнування структури;

твердість - величина, обернена пластичності, межа збереження форми при зусиллі.

Залежно від того, які навантаження будуть сприйматися виробом у процесі виробництва, обробки та експлуатації, підбирається матеріал з певними властивостями. Тому говорити про найміцніший полімер марно. ? - це питання, що потребує комплексної відповіді, розгляду сукупності ознак.

Міцність різних видів пластиків

Практичні приклади оцінки характеристик міцності різних пластиків і пластмас показують, наскільки складно перетинаються їх властивості при глибокому професійному розгляді.

Деформаційна міцність

Полістирол, полікарбонат, поліметилметакрилат характеризуються як механічно міцні матеріали при різних напругах, але деформаційне навантаження швидко викликає їхнє руйнування. При значному ударному впливі міцність виявиться низькою, але для руйнування твердого пластику знадобиться значне зусилля, що деформує. Отже, твердість пластику говорить про його міцність, обмежену ударної в'язкостіта крихкості при деформації. Нефахівцеві в цьому легко заплутатися.

Гнучкість та пластичність

Поліетилен і поліпропілен відносяться до групи пластичних матеріалів - вони трохи опираються деформації, але при цьому довгий часне ламаються при такому навантаженні. Ця здатність характеризується початковим модулем пружності - первісний опір деформуючого зусилля досить великий, але після подолання певної межі починається деформація. Гнучкі пластики можна характеризувати як менш міцні, але такі, що мають високими показникамиударов'язкості. Вони добре поглинають енергію ззовні, при ударі та навантаженні, довго змінюють форму, не "ламаються". Саме тому застосовується там, де потрібна висока гнучкість матеріалу, здатність витримувати значне зусилля із збереженням форми.

Міцні волокна пластиков

Матеріали типу кевлару, нейлону та вуглецевого волокна мають високою міцністю, Порівняної з твердими пластиками, вони обмежено сприймають ударні навантаження, здатні довго чинити опір деформації. Головна їхня гідність - здатність довго чинити опір зусилля на розрив. Саме тому волокна використовуються там, де велика ймовірність навантаження на розтяг. Приклад тому кевлар, здатний не розриватися за зусиль, що розривають сталь.

В даний час інженери по всьому світу шукають способи зробити наш транспорт паливнішим. Цього можна досягти безліччю різних способів, включаючи розробку ефективніших двигунів. Однак чималу роль відіграє і та вага, яку цим двигунам доводиться переміщати. Чим легше автомобіль, тим менше палива потрібне для його руху. Саме тому компанія Sekisui Chemical сконцентрувала свої зусилля та створила нову смолу, яка має міцність сталі – але при цьому набагато легша за неї.

Ця смола складається з трьох шарів: У ній поліолефінова піна укладена між термопластичними листами, в структуру яких інтегровані графеноподібні вуглецеві компоненти. У сукупності це дає неймовірно міцний та жорсткий пластик, який легко піддається термообробці, але зберігає свої специфічні властивості.

Sekisui Chemical повідомляє, що на поточний моментцей пластик, який може штампуватися листами до 10 мм товщиною, доступний у двох формах. Одна з них має збільшену твердість і важить 3500 г/м2. Друга має знижену вагу за рахунок меншої жорсткості, і важить лише 2200 г/м2. Для порівняння, лист стали аналогічною твердості важить 10100 г/м2.

Поєднання малої ваги, термопластичності та величезної міцності робить новий пластик ідеальним матеріаломдля виробництва автомобілів, поїздів, кораблів і навіть літаків, і Sekisui Chemical має намір сфокусуватися на цих ринках. Також компанія має плани з апробації нового пластику в будівництві. І, зрозуміло, не варто забувати, що пластик має ще одну величезну перевагу перед сталлю — він абсолютно не схильний до корозії і не вимагає ретельної захисної обробки. Це дозволяє значно економити не тільки на виробництві та вазі, а й на його обслуговуванні.

Перші промислові зразки нового матеріалу стануть доступними вже влітку цього року. Якщо пластик справді виявиться настільки гарним, як кажуть звіти – він може зробити революцію в кількох галузях промисловості одночасно.

Зносостійкість - характеристика матеріалу, що демонструє його опір зносу при різних умовахексплуатації; при цьому враховується як швидкість, так і інтенсивність навантажень, що зношують.

Стійкість до зносу визначається низкою факторів:

• структура матеріалу;
• склад матеріалу;
• базові параметри твердості та шорсткості;
• передбачувані та реальні умови експлуатації.

Зносостійкий пластик спочатку має хорошу опірність фізичним ушкодженням, у багатьох випадках значно перевищуючи аналогічні параметри у сталевих виробів.

Найчастіше для досягнення необхідного рівня доводиться йти на додаткові заходинаприклад, використання додаткового зносостійкого покриття. Це дозволяє серйозно покращити експлуатаційні якостіАле ускладнює виробництво, підвищує вартість готового продукту.

Зносостійкий пластик знаходить активне застосування і в машинобудуванні. Зокрема, шестерні з поліамідів набувають все більшої популярності, замінюючи сталеві аналоги в багатьох технічних вузлах, що передбачають високий знос задіяних деталей за рахунок постійного навантаження.

У нашому асортименті представлені такі види зносостійкого пластику як:

• особливо міцні види.

застосування

Для супертонких гаджетів

З моменту відкриття графена прийнято вважати, що саме він змінить електронні технології найближчого майбутнього. Це підтверджувалося величезною кількістюпатентних заявок на право його використання, поданих технологічними компаніями. Однак у 2012 році у Німеччині синтезували схожий, але більш перспективний матеріал – силіцен. Графен - це шар завтовшки з атомом вуглецю. Силицен - такий самий шар з атомів кремнію. Багато властивостей вони схожі. Силицен теж має відмінну провідність, що гарантує підвищення продуктивності при менших тепловитратах. Однак
у силіцену є ряд незаперечних переваг. По-перше, він перевершує графен структурною гнучкістю, його атоми можуть випирати з площини, що збільшує спектр його застосування. По-друге, він повністю сумісний із вже існуючою електронікою, в основі якої – кремній. Це означає, що на його впровадження буде потрібно набагато менше часу та грошей.

Лідером виробництва будівельних, оздоблювальних та пакувальних матеріалівіз грибів є молода компанія Ecovative, засновники якої знайшли золоту жилу в міцелії – вегетативному тілі гриба. З'ясувалося, що він має чудові цементуючі якості. Хлопці з Ecovative змішують його з кукурудзяним і вівсяним лушпинням, надають суміші необхідну формуі витримують їх у темряві кілька днів. За цей час грибний поживний орган переробляє їжу та зв'язує суміш у гомогенну масу, яку потім для міцності обпалюють у печі. В результаті цих нехитрих маніпуляцій виходить легкий, міцний, вогне- та вологостійкий екологічний матеріал, що зовні нагадує пінопласт. На основі цієї технології в Ecovative зараз розробляють матеріал для бамперів, дверей та приладових панелейавтомобілів Ford. Крім того, вони налагодили виробництво невеликих будинків Mushroom Tiny Houseповністю створені на основі міцелію.

Матеріали із грибів

застосування

Для екологічного будівництва
та виробництва меблів

Аерогель

застосування

Для теплоізоляції

Звичайний гель складається з рідини, якій тривимірний полімерний каркас повідомляє механічні властивості твердих тіл: відсутність плинності, здатність зберігати форму, пластичність та пружність. В аерогелі рідина після висушування матеріалу до критичної температури замінюється газом. Виходить речовина із дивовижними властивостями: рекордно низькою щільністю та теплопровідністю. Так, аерогель на основі графену - самий легкий матеріалу світі. Незважаючи на те, що 98,2% його обсягу становить повітря, матеріал має величезну міцність і витримує навантаження в 2 000 разів більше власної ваги. Аерогель чи не найкращий на сьогодні утеплювач, який застосовується як у скафандрах NASA, так і в куртках для альпіністів товщиною всього 4 мм. Ще одне його дивовижна властивість- здатність абсорбувати речовини в 900 разів більше за власну вагу. Всього 3,5 кг аерогелю можуть абсорбувати тонну нафти, що розлилася. Завдяки його еластичності та термічній стійкості абсорбована рідина може бути видавлена ​​як з губки, а залишок просто випалений або видалений випаром.

Ферофлюїд - це рідкий матеріал, здатний змінювати свою форму під впливом магнітного поля. Цій властивості він зобов'язаний тим, що в ньому містяться мікрочастинки магнетиту або інших мінералів, що містять залізо. Коли до них підносять магніт, вони притягуються до нього і штовхають разом із собою молекули рідини. Ферофлюїд, ймовірно, - найдоступніший з усіх представлених матеріалів: його можна купити в інтернеті або навіть зробити самостійно. Ферофлюїди по теплоємності та теплопровідності перевершують всі мастильно-охолоджувальні матеріали. Зараз їх використовують як рідкі ущільнювачі навколо осей жорстких дисків, що обертаються, і як робоча рідина в поршнях гідравлічної підвіски. Найближчим часом NASA планує використовувати їх у дзеркалах телескопів для того, щоб ті вміли підлаштовуватися під атмосферні турбулентності. Плюс магнітні рідини повинні стати в нагоді при лікуванні раку. Їх можна змішувати з протипухлинними препаратами і за допомогою магніту точно вводити ліки в уражену ділянку, не шкодячи навколишнім клітинам.

Рідкий метал

застосування

Для лікування раку

Самовідновлювальні матеріали

застосування

Для довгого життя речей

Самовідновлювальні матеріали винаходять у різних областях: будівництво, медицина, електроніка. Серед найцікавіших розробок – захищений від фізичних ушкоджень комп'ютер. Інженер Ненсі Соттос придумала постачати дроти мікроскопічними капсулами з рідким металом. При розриві капсула розбивається та заповнює тріщину за секунди. Мікробіолог Хенк Джонкерс схожим способом продовжує термін служби доріг та будівель, підмішуючи в цемент спори бактерій та поживні речовинидля них. Як тільки в цементі з'являється тріщина і в неї потрапляє вода, бактерії прокидаються від сну і починають переробляти корм на міцний карбонат кальцію, який заповнює тріщини. Нововведення торкнулося і текстильної промисловості. Американський учений Марек Урбан створив міцний матеріал, який може самостійно закладати отримані ушкодження. Для цього на тканину необхідно спрямувати концентрований промінь ультрафіолету.

У найближчому майбутньому матерія зможе змінювати свою форму, щільність, структуру та інші фізичні властивостіпрограмованим чином. І тому необхідно створення матеріалу, якому властива здатність обробки інформації. На практиці це буде виглядати так: столик з IKEA збиратиметься сам, як тільки його дістануть з коробки, а вилка при необхідності буде легко перетворюватися на ложку. Вже зараз у MIT створюють предмети, які можуть змінювати форму. Для цього надтонкі електронні платиз'єднуються з сплавами, що запам'ятовують форму - металами, що змінюють конфігурацію під впливом тепла або магнітного поля. Плати виділяють тепло в заданих точках, у результаті об'єкт збирається в задуману вченими структуру. Так, із плоских металевих листіввдалося зібрати робота-комаху. Важливим напрямом програмованої матерії є клейтроніка, що займається розробкою нанороботів, які можуть вступати в контакт один з одним і створювати 3-D об'єкти, з якими може взаємодіяти користувач. Клейтроніка зможе запропонувати реалістичне почуття зв'язків на великих відстанях, зване «паріо». Завдяки йому можна буде почути, побачити і помацати щось, розташоване на іншому кінці світу.

Клейтроніка

застосування

Для виробництва речей, здатних
змінювати форму на вимогу

Бактеріальна целюлоза

застосування

Для екологічного виробництва одягу