Исследователи из США синтезировали двойной ультратонкий неорганический слой, который при нанесении на кевлар позволяет увеличить ударопрочность материала на 30%, что очевидно, может оказаться полезным для создания новых, более эффективных свойств защиты.

Кевлар или полипарафенилентерефалат [poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA)] был благодаря счастливой случайности открыт в 1965 году Стефани Кволек (Stephanie Kwolek) из компании Дюпон. Кевлар представляет собой параарамидное синтетическое волокно, прочность которого обеспечивается возникающей между цепями полимера сеткой водородных связей.

Хотя применение кевлара не ограничивается изготовлением бронежилетов и легких касок, этот материал известен в первую очередь своему применению в изготовлении средств индивидуальной защиты.

Несмотря на то, что кевлар предоставляет хорошую противобаллистическую защиту, он достаточно плохо защищает от режущих и колющих типов повреждения.

В попытке обеспечить более эффективную защиту от таких типов повреждений исследователи из группы Грегори Парсонса (Gregory Parsons) из Университета Северной Каролины разработали двойной слой TiO₂/Al₂O₃, который существенно увеличивает прочность кевларовых волокон по отношению к режущим воздействиям.

Покрытие наносится на кевлар с помощью технологии нанесения атомных слоев при низкой температуре, при этом обеспечивается наноразмерная точность нанесения таких слоев.

Как отмечают исследователи,

защита от различных типов повреждений обычно приводит к необходимости введения нескольких типов защитных слоев, которые, совокупно работая, могли бы понизить нагрузку, прилагаемую к средствам защиты.

Несмотря на то, что твердость покрытия из оксида алюминия увеличивается при нанесении Al₂O₃ на оксид титана, сам по себе оксид алюминия не способствует увеличению прочности кевлара на разрез. При контакте с кевларовыми волокнами прекурсоры оксида алюминия, алкилпроизводные алюминия может диффундировать и вступать в реакцию с фрагментами полиарамидной нити, находящимися внутри волокон, что понижает прочность полимера за счет разрыва сетки водородных связей.

Слой оксида титана, который образуется из тетрахлорида титана, напротив, формируется преимущественно на поверхности кевларовых волокон, практически не оказывая влияния на взаимодействие нитей полимера друг с другом. Таким образом, оксид титана может оказаться прослойкой между кевларом с одной стороны и оксидом алюминия с другой, и синергетические отношения, возникающие между двумя оксидами важны для оптимизации полезных свойств покрытия.

Рис. 1. Кевлар с покрытием испытывается на
устройстве, моделирующем действие лезвия
ножа. (Рисунок из J. Mater. Chem. A, 2014,
DOI: 10.1039/c4ta03662j).

Специалисты в области материаловедения высоко оценивают работу. Такаси Уэмуру (Takashi Uemura) из Университета Китая говорит о том, что кевларовую броню саму защитили броней и увеличили ее защитные свойства. Бинь Дин (Bin Ding) добавляет, что к достоинствам работы следует отнести то, что увеличение прочности кевлара достигнуто не за счет его веса, долговечности или гибкости, в то время как при прежних попытках оптимизации этой брони ХХ века приходилось жертвовать каким-то из трех упомянутых выше факторов.

В настоящее время исследователи планируют испытать покрытие на макроуровне, надеясь, что когда-нибудь новый материал сможет использоваться для изготовления более эффективных средств индивидуальной защиты.