Когда жидкость прочнее стали

15 апреля на страницах портала netsecret.ru была опубликована статья о том, что польские учёные разработали новый химический состав, обладающий свойством оказывать движущемуся объекту сопротивление, возрастающее пропорционально скорости и силе его воздействия. Сообщается, что это вещество предлагают использовать в качестве одного из защитных компонентов в пуленепробиваемых бронежилетах.

Испытания, проведённые в польском Институте технологий безопасности Moratex, показали, что новый состав эффективно гасит силу удара пули, движущейся со скоростью около 450 м/с. При этом глубина деформационного прогиба стенки жилета от воздействия пули составляет всего около сантиметра (у кевларового бронежилета аналогичный показатель может составить более четырёх сантиметров). Пуленепробиваемый бронежилет из нескольких слоёв кевларовой ткани и специальных вставок из металла и керамики сегодня считается одним из наиболее эффективных видов защитной амуниции, однако и он испытывает сильную деформацию при попадании в него пули. Чрезмерная деформация жилета может привести к переломам костей, внутренним разрывам тканей и болевому шоку, опасному для жизни человека.

Компонент, который предлагают использовать в бронежилетах польские учёные, относится к отдельному виду химических составов, известному как «неньютоновские жидкости». Чаще всего эти составы представляют собой смесь воды и какого-либо порошкообразного вещества в консистенции густой пасты или крема. Такие вещества химики называют дисперсионными системами, которые, в зависимости от степени густоты раствора и размеров частиц компонентов, делятся на суспензии (взвеси) и коллоидные растворы. Одним из примечательных свойств неньютоновских жидкостей является способность почти мгновенно изменять свою плотность пропорционально скорости и силе физического воздействия на них (чем сильнее воздействие, тем плотнее становится такой состав). На использовании этого эффекта построен принцип работы развлекательного аттракциона, в котором человек может пройти по поверхности бассейна с жидким содержимым и не погрузиться в него при условии, что будет передвигаться с достаточной скоростью.

Координатор польского проекта Каролина Ольшевска так объясняет принцип сопротивления, возникающего в суспензиях – относительно крупные молекулы полужидкой смеси, находящиеся, как и в любой жидкости, в свободном броуновском движении, в ответ на механическое воздействие быстро выстраиваются в прочные молекулярные цепочки и тем самым резко уплотняют среду, создавая своего рода защитный барьер. При этом материал гораздо более равномерно распределяет энергию удра по площади и глубине защитного слоя, что приводит к меньшим повреждениям такого барьера.

Именно свойства «жидкой брони» мгновенно затвердевать и создавать препятствие для механического воздействия были использованы польскими учеными при создании бронежилета нового типа. Детальное описание изделия пока не обнародовано, однако уже сейчас известно, что оно состоит из совмещённых слоёв «жидкой брони» и стандартной баллистической панели. По данным разработчиков, им удалось найти оптимальное соотношение различных материалов, а потому изделие весит меньше стандартного при равном уровне защиты, при этом предоставляя человеку большую свободу движений. В отношении химического состава польской «жидкой брони» точных сведений также нет, однако на основании данных из открытых источников о свойствах различных материалов и подобных опытах можно предположить, что в качестве главных компонентов используется мелкодисперсный порошок кремнезёма и этиленгликоль (в качестве жидкой фракции).

По мнению разработчиков, такие облегчённые бронежилеты будут востребованы не только в полицейских и армейских структурах, но и в тех видах спорта, где используются защитные доспехи, а также в промышленности. Кроме того, свойство суспензий создавать сопротивление механическому воздействию может успешно применяться в системах комплексной бронезащиты военной техники, бамперах гражданских автомобилей, а также промышленных и бытовых конструкциях.

Разработка Института Moratex не является первой в своём роде. В 2010 году британская оборонная корпорация ВАЕ уже сообщала о создании защитного жилета, в конструкции которого были использованы вставки с составом из неньютоновской жидкости. Подобные разработки также велись в США, Израиле и Иране, но о дальнейшем промышленном производстве таких бронежилетов не сообщалось. Главной причиной того, что исследования в других странах не были завершены созданием готового продукта, является чрезмерная масса изделия – ранее не удавалось найти оптимальное соотношение традиционных элементов брони (кевларовых, металлических и керамических) с «жидкой бронёй», чтобы добиться снижения веса амуниции без ухудшения её защитных свойств.

Кроме того, предыдущие испытания показали, что защитный элемент из жидкой смеси перестаёт выполнять свою защитную функцию, если данный сегмент жилета будет пробит, так как его содержимое просто вытекает через пулевое отверстие. И всё же очевидно, что исследования в этом направлении будут продолжены, а имеющиеся разработки пройдут ещё множество проверок, прежде чем будут приняты для промышленного производства бронежилетов или иной защитной амуниции с «жидкой бронёй».