Самый прочный материал: Какой металл самый прочный? Виды, классификация и применение

Содержание

самые прочные и твердые материалы, известные науке









Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!

25. Алмазы


Фото: pixabay

Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.

24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini


Фото: pixabay

В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!

23. Аэрографит


Фото: BrokenSphere

Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.

22. Палладиевое металлическое стекло


Фото: pixabay

Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.

21. Карбид вольфрама


Фото: pixabay

Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.

20. Карбид кремния


Фото: Tiia Monto

Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.

19. Кубический нитрид бора


Фото: wikimedia commons

Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.

18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)


Фото: Justsail

Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.

17. Титановые сплавы


Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew. de)

Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.

16. Сплав Liquidmetal


Фото: pixabay

Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).

15. Наноцеллюлоза


Фото: pixabay

Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.

14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»


Фото: pixabay

Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.

13. Мартенситно-стареющая сталь


Фото: pixabay

Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.

12. Осмий


Фото: Periodictableru / www.periodictable.ru

Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.

11. Кевлар


Фото: wikimedia commons

Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.

10. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, марка волокон «Спектра» (Spectra)


Фото: Tomas Castelazo, www.tomascastelazo.com / Wikimedia Commons

СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.

9. Графен


Фото: pixabay

Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!

8. Бумага из углеродных нанотрубок


Фото: pixabay

Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.

7. Металлическая микрорешетка


Фото: pixabay

Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.

6. Углеродные нанотрубки


Фото: User Mstroeck / en.wikipedia

Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.

5. Аэрографен


Фото: wikimedia commons

Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.

4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)


Фото: pixabay

Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.

3. Карбин


Фото: Smokefoot

Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!

2. Нитрид бора вюрцитной модификации


Фото: pixabay

Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.

1. Лонсдейлит


Фото: pixabay

Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.



Перепечатка статей разрешена только при наличии активной индексируемой ссылки на BUGAGA.RU

Самые прочные материалы в мире, известные человеку (ТОП-19)

Содержание

  1. Стекловолокно
  2. Стекло из микролегированного палладия
  3. Титановые сплавы
  4. Карбид вольфрама
  5. Лонсдейлит
  6. Мартенситностареющая сталь
  7. Вектран
  8. Кевлар
  9. Паучий шёлк
  10. Карбид кремния
  11. Patella vulgata
  12. Вюрцит борная нанотрубка
  13. Buckypaper
  14. Зилон (Zylon)
  15. Углеродное волокно
  16. Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)
  17. Алмаз
  18. Углеродные нанотрубки
  19. Графен
  20. Подведём итог

Для непрофессионала прочность и твёрдость — это в основном одно и то же, но для инженера по материалам эти два понятия абсолютно разные. Прочность любого материала указывает на его устойчивость к деформации, а твёрдость обозначает его способность сопротивляться царапинам в целом. Вы знаете, какой самый прочный материал на Земле? Что ж, если ответ отрицательный, вы движетесь в правильном направлении, так как в нашем обзоре на thebiggest.ru представлены самые прочные материалы, известные человеку.

Но прочность — это довольно широкое понятие, под которым скрывается множество свойств и допущений. Например, материал может быть прочным только в одном направлении, а в других хрупким. Поэтому наш список нельзя считать полностью объективным.

19

Стекловолокно

В 1932 году Рассел Слейтер создал новый прочный материал и использовал его в качестве теплоизоляции для зданий.

Стекловолокно имеет сопоставимые механические свойства, как полимеры и углеродное волокно. Несмотря на то, что стекловолокно не так прочно, как углеродное, оно намного дешевле и менее хрупко при использовании в различных композитах.

18

Стекло из микролегированного палладия

В 2011 году исследователи материалов из Калифорнийского технологического института совместно с лабораторией Беркли разработали новый тип металлического стекла с широким спектром свойств, которое намного прочнее стали.

Как следует из названия, это металлическое стекло изготовлено из палладия — металла с высоким коэффициентом жёсткости. Палладий снижает хрупкость стекла, но увеличивает его прочность.

17

Титановые сплавы

Такие сплавы чрезвычайно лёгкие и обладают высокой стойкостью к коррозии. Из-за этих свойств сплавы широко используются в кораблестроении.

При всех достоинствах титановых сплавов, они очень дорогие, а потому применение сильно ограничено в гражданском производстве. В основном материал используют в производстве военных судов и ледоколов.

Читайте также: Самые большие ледоколы в мире.

16

Карбид вольфрама

Соединение карбида вольфрама состоит из равных частей атомов углерода и вольфрама. Он в основном используется для создания тяжёлых промышленных режущих инструментов и пуль большого калибра.

15

Лонсдейлит

Автор фото: Hiroaki Ohfuji et al., CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Это природный минерал, образующийся при падении на Землю метеоритов, содержащих графит. Во время удара о поверхность вырабатывается тепло, которое превращает графит в алмаз под высоким давлением. При таком превращении сохраняется гексагональная кристаллическая решётка графита.

Лонсдейлит был назван в честь прославленного кристаллографа, родом из Ирландии, Кэтлина Лонсдейла. В прессе часто сообщалось, что лонсдейлит на 58% твёрже алмаза. Но это оказалось мифом. По шкале Мооса твёрдость минерала составляет 7–8 единиц.

14

Мартенситностареющая сталь

Это особая разновидность сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется интерметаллическими соединениями, а не углеродом. Такие стали известны своей прочностью и твёрдостью, не теряя пластичности.

Одним из основных элементов, используемых в мартенситностареющей стали, является 25-процентная массовая доля никеля. Его лучшее соотношение веса и прочности, чем у большинства других сталей, позволяет широко использовать мартенсит в ракетах и обшивках ракет.

13

Вектран

Производится только японской корпорацией «Kuraray», а представляет собой химически стабильный полиэстер с высокой прочностью и термостойкостью.

В основном используются для закрепления электрических кабелей, канатов, а также в качестве одного из композитных материалов для высококлассных велосипедных шин. Есть и недостаток. Имея высокую прочность, материал легко трескается.

12

Кевлар

Впервые был использован в 1970-х годах не в военной технике, а в качестве замены стали в гоночных шинах. Материал получил широкое применение в промышленности, так как он в 5 раз прочнее стали.

Сейчас кевлар широко применяется в производстве велосипедных шин, парусов для гоночных яхт, пуленепробиваемых жилетов. Получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.

11

Паучий шёлк

Эти произведения искусства паука выступают одним из самых твёрдых материалов, встречающихся в природе.

Прочность паучьего шёлка зависит от вида и от ряда других внешних факторов, таких как температура и влажность, во время тестирования. Но при подходящих условиях эта нить в 10 раз прочнее кевлара на растяжение.

Это интересно: Если паучья нить была бы длиной 40 000 километров, что равно длине окружности экватора, она бы весила около 500 граммов.

10

Карбид кремния

На фото: Минерал муссанит, который является природной разновидностью карбида кремния.

Этот материал составляет основу брони многих боевых танков. Он обладает высокой твердостью и прочностью, а также очень устойчив к радиации и химическим соединениям.

9

Patella vulgata

Этот вид морских улиток, широко известный как «европейский блюдец», в основном встречается в Западной Европе. Их зубы — один из самых прочных материалов, обнаруженных в живой природе.

Исследование 2015 года, опубликованное в журнале «Royal Society Journal», показало, что зуб европейского моллюска может быть прочнее, чем паучий шёлк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле.

Читайте также: Самые большие виды улиток в мире.

8

Вюрцит борная нанотрубка

Вюрцит нитрит бора — одно из самых редких веществ в мире. Они либо обнаруживаются естественным путём, либо синтезируются вручную. Материал назвали в честь прославленного французского химика Шарля Вюрца.

Различные симуляции показали, что борные нанотрубки из вюрцита могут выдерживать на 18% большее напряжение, чем алмаз. В природе они образуются во время извержений вулканов, под воздействием высоких температур и давления.

7

Buckypaper

Уникальный материал был создан американскими и бразильскими учёными. Сделан он из углеродных нанотрубок. Считается, что этот материал примерно в 50 000 раз тоньше, чем средний человеческий волос, и в 500 раз прочнее стали.

Ещё одна интересная характеристика Buckypaper в том, что она может рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.

6

Зилон (Zylon)

Зилон специально разработан американским независимым институтом «SRI International» как особая разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола. Он в 1,6 раза прочнее, чем кевлар.

Zylon используется в ряде областей, где требуется очень высокая прочность и отличная термическая стабильность. Теннисные ракетки, сноуборды — вот некоторые из его известных применений.

5

Углеродное волокно

Диаметр таких волокон равен 5–10 микрометров и состоят они в основном из атомов углерода. У таких волокон есть ряд преимуществ перед сталью и сплавами.

У этих волокон высокая жёсткость, высокая прочность на разрыв, малый вес и высокая химическая стойкость. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической, военной отраслях. Широко используют их в производстве спортивного снаряжения.

4

Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)

Dyneema — это прочное и сверхлёгкое полиэтиленовое волокно, которое в основном используется в качестве композитных пластин для создания бронированных автомобилей. Оно легче воды, а останавливает пули и в 15 лучше стали.

Также используется для изготовления альпинистского снаряжения, рыболовных верёвок, тетивы для лука. Он имеет высокий предел текучести 2,4 ГПа и низкий удельный вес 0,97 г/см³.

3

Алмаз

Всем читателям thebiggest.ru известно, что алмазы — самый твёрдый материал природы, если использовать для измерения шкалу Мооса. Сделать царапину на алмазе получится, если только использовать другой алмаз.

Такие свойства алмаза человек стал применять в промышленности, в качестве изоляторов и полупроводников. А алмазная крошка просто незаменима при резке высокотвёрдых материалов.

Читайте также: ТОП-10 самых больших алмазов в мире.

2

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки, как алмаз и графит, являются производным аллотропов углерода в цилиндрической наноструктуре. Исключительная прочность и меньший вес являются причиной его ценности для электронной промышленности и нанотехнологий.

Кроме того, благодаря своей превосходной теплопроводности, электрическим и механическим свойствам углеродные нанотрубки являются основой многих отраслей промышленности.

1

Графен

Графен, пожалуй, самый прочный материал, известный людям. В нём один слой углерода, расположенный в треугольной решётке. Является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок.

Хотя графен производится в небольших количествах уже более века, первое изолированное открытие материала было сделано К. Новоселовым и А. Геймом в 2004 году. Оба за свой вклад в развитие науки получили Нобелевскую премию в области физики.

Подведём итог

Подытоживая подборку уникальных материалов, отметим, что прочность любого материала измеряется его пределом прочности на разрыв, то есть сопротивлением любого материала перед разрушением под постоянным давлением. Сейчас в большинстве случаев прочность измеряют методом конечных элементов, который является самым эффективным.

Редакция нашего сайта TheBiggest.ru просит вас написать в комментариях какие ещё прочные материалы вы знаете.

Самый сильный материал в мире | NOVA

Попросите материаловеда выбрать самый прочный материал, и вы, скорее всего, получите вопрос вместо ответа. Какой сильный? Предел прочности? Прочность? Предел текучести? Твердость? Когда дело доходит до материалов, нет единого определения прочности, а есть способы измерения определенных характеристик. И каждый материал может быть в чем-то сильным, а в чем-то слабым. Если вы построите мост из стекла, он может выдержать большой груз, но если проплывающая под ним лодка ударит его, он может разбиться. Некоторые материалы, тем не менее, имеют относительно высокие показатели по нескольким важным характеристикам, как показано в приведенной ниже выборке.

Алмаз

Непревзойденный по своей способности сопротивляться царапинам, этот всеми любимый драгоценный камень имеет самую высокую твердость. Алмаз — это встречающаяся в природе керамика, состоящая из атомов углерода, прочно связанных друг с другом в решетке. Он используется в сверлах, наждачной бумаге и пилах для резки, шлифовки и полировки. Несмотря на то, что алмаз является рекордсменом по твердости, он непрочен: если ударить по нему молотком, он треснет и сломается. Алмаз

, изображенный здесь в неограненном, неполированном состоянии, является самым твердым из известных материалов.

© ProArtWork/iStockphoto

Графен

Графен, состоящий из атомов углерода, является нано-родственником алмаза, который образует сверхтонкий лист толщиной всего в один атом. Это может показаться сверхделикатным, но усилие, необходимое для его разрушения, очень велико — выше, чем необходимое для разрушения стали. Каким бы прочным ни был этот искусственный материал, его сложно изготовить, и его пока нельзя производить массово. Тем временем графен привлекает внимание другими впечатляющими характеристиками, в том числе его потенциалом хранения данных и энергии.

Графен представляет собой слой углерода толщиной в один атом, расположенный в виде проволочной сетки.

© Pasieka/Photo Researchers, Inc.

Маржинальная сталь

Маржинальная сталь относится к семейству сверхпрочных сталей. Это сплав — смесь металлов — который подвергается термической обработке, что делает его очень твердым и прочным. Мартенситно-стареющая сталь также обладает способностью выдерживать тяговое усилие или растяжение (прочность на растяжение). Он может поглотить много энергии, прежде чем деформируется. И даже когда он ломается, он не ломается сразу (вязкость разрушения). Наконец, он может сохранять эти качества при более высоких температурах, чем большинство сталей, что является желательным свойством для использования в высокопроизводительных двигателях и других аэрокосмических приложениях.

Волокно Spectra®

Пластик бывает всех форм и размеров, но с точки зрения прочности высокоэффективный полиэтилен выигрывает. Этот пластик состоит из чрезвычайно длинных молекул, вытянутых рядом друг с другом, которые очень плотно связаны друг с другом. Превратите эти молекулы в волокно, и вы получите Spectra®, легкую и прочную нить, способную выдерживать огромное напряжение — она в пять раз прочнее стали по весу. Эти волокна можно использовать во всем: от пуленепробиваемых жилетов и доспехов до высокотехнологичного спортивного снаряжения и парусины.

Шелк паука

Легкий и прочный, этот биополимер в последнее время привлекает большое внимание из-за его высокой прочности на растяжение. Шелковая нить может сопротивляться большему натяжению, прежде чем порвется, чем нить из большинства видов стали. Он также достаточно эластичный. Недавно в центре внимания оказался недавно обнаруженный мадагаскарский паук Дарвина, который плетет одну из самых больших известных сетей. Шелк этого паука в два раза прочнее, чем шелк других пауков, что делает его одним из биологических материалов с самой высокой из известных прочности на растяжение и ударной вязкостью.

Паутина дарвиновского паука, показанная здесь, является одним из самых прочных биологических материалов, когда-либо обнаруженных.

© Лалуэза-Фокс, К.; Агнарссон, И.; Кантнер, М .; Блэкледж, Т. А.

Углерод/углеродный композит

Что получится, если поместить сверхпрочные углеродные волокна в сверхпрочную углеродную матрицу? Углерод/углеродный композит. Существует множество различных типов таких композитов, и все они имеют разные свойства в зависимости от того, как волокна лежат по отношению к матрице. Но углерод/углеродные композиты в целом обладают множеством сильных свойств. Они могут противостоять огромному напряжению и могут поглощать большую силу, прежде чем треснут (прочность). А поскольку они легкие, эти композиты особенно полезны для аэрокосмических инженеров. Они используются в высокопроизводительных самолетах, таких как бомбардировщик B-2, а также в обшивке космических челноков и в носовых обтекателях межконтинентальных баллистических ракет.

Прочность этого бомбардировщика B-2 частично достигается за счет углеродно-углеродных композитов.

© телеграм/iStockphoto

Карбид кремния

Изготовленная из кремния и углерода, эта керамика в небольших количествах встречается в метеоритах. К счастью, производители здесь, на Земле, также могут производить его на коммерческой основе. Этот материал почти соответствует алмазу по твердости, но превосходит его по прочности. Карбид кремния используется в шлифовальных инструментах, наждачной бумаге и тормозных дисках. Это также основа брони Chobham для боевых танков — брони настолько эффективной, что ни один британский танк Challenger не был уничтожен в ходе операции «Буря в пустыне».

Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, углеродно-углеродного композита, состоящего из волокон (синий цвет) и карбида кремния (коричневый цвет).

© Eye of Science/Photo Researchers, Inc.

Суперсплавы на основе никеля

В машиностроении просто быть прочным при комнатной температуре не всегда достаточно. Материалы должны выдерживать экстремальные ситуации. Высокая температура — это одно обстоятельство, с которым могут справиться суперсплавы на основе никеля. Эти металлические сплавы, состоящие из никеля, алюминия, титана и сложной смеси других элементов, прочны и прочны. Но что еще более важно, они сохраняют эти прочные качества при очень высоких температурах. В то время как большинство металлов или сплавов теряют прочность в условиях высоких температур, суперсплавы на основе никеля не подвергаются воздействию до тех пор, пока они не достигнут точки плавления, что делает их идеальным материалом для турбинных лопаток и дисков реактивных двигателей.

Турбинные двигатели содержат суперсплавы на основе никеля, которые могут выдерживать высокие температуры.

© sndr/iStockphoto

Получайте электронные письма о предстоящих программах NOVA и соответствующем контенте, а также рекомендуемые отчеты о текущих событиях через призму науки.

Почтовый индекс

Какой самый прочный и долговечный материал ткани?

Скоро я буду восстанавливать свою садовую мебель, и мне нужна прочная ткань. Что-то, что может выжить во внешней жизни и при этом хорошо выглядеть. Но какой материал выбрать? Должен ли я перейти на натуральный или синтетический? Какой самый прочный тканевый материал?

Самый прочный материал ткани — полиэтилен. Это синтетическое легкое волокно, способное выдерживать нагрузку до 2,4 ГПа (гигапаскалей). На очереди натуральные ткани. Лен на основе льна – самая прочная ткань на растительной основе. В то время как шелк паука является самым прочным волокном животного происхождения.

Полиэтилен может быть самым прочным тканевым материалом, но подходит ли он для вашего проекта? В этой статье мы подробно рассмотрим плюсы и минусы прочной синтетики и натуральных волокон. Сравнивая оба, чтобы узнать, какой материал ткани является самым прочным.

Быстрый переход

  • Что такое прочная и долговечная ткань?
  • Наиболее долговечные и прочные тканевые материалы
  • Альтернативные типы прочных тканевых материалов
  • Когда использовать прочные тканевые материалы?
  • Какая ткань для одежды самая прочная?
  • Какая ткань самая прочная в мире?
  • Есть ли пуленепробиваемая ткань?
  • Заключение

Что такое прочная и долговечная ткань?

Прочная и долговечная ткань выдерживает интенсивное или регулярное использование без повреждений. Когда вы думаете о прочной, долговечной ткани, вас легко тянет к тяжелым тканям. Такие материалы, как обивочная ткань или холст, претендуют на прочность и долговечность.

Хотя самые прочные и долговечные ткани, как правило, изготавливаются из более тяжелых материалов, таких как джинсовая ткань, утиная ткань и вельвет, это не всегда так. Некоторые легкие ткани также могут быть прочными и долговечными. Возьмем, к примеру, лен и шелк или синтетические волокна, такие как нейлон и полиэстер.

Лен невероятно прочный, но легко мнётся и его трудно гладить. Шелк прочен и может быть использован для простыней, поэтому его легко будет использовать регулярно. Тем не менее, он требует нежной заботы, особенно когда дело доходит до стирки. Синтетические ткани прочны, но большинство из них не переносят жару.

Дело в том, что прочность ткани не обязательно означает долговечность. Хотя эти два термина, прочный и долговечный, используются взаимозаменяемо, между ними есть небольшая разница. Эта разница обычно связана с переплетением ткани для натуральных волокон и химическими свойствами для синтетических.

Самые прочные и долговечные ткани

Когда дело доходит до выбора прочной и долговечной ткани, у вас есть два варианта. Ткани могут быть изготовлены из натуральных волокон, таких как шелк и хлопок, или синтетических волокон, таких как полиэстер и нейлон. В каждой группе есть ткани, которые прочнее других в той же группе. Давайте посмотрим на оба и посмотрим, какое синтетическое или натуральное волокно окажется лучше.

Самая прочная синтетическая ткань

Полиэстер

Ткань, изготовленная из полиэтилентерефталата, полиэстера, производного полиэтилена, которую можно купить в местном магазине. Полиэстер существует уже много лет. Впервые она стала популярной как ткань для одежды еще в 1970-х годах.

Первоначально полиэстер высмеивали как слишком похожий на пластик. Холодный и искусственный, он заставлял владельца потеть в жаркую погоду. Это привело к тому, что ткань прилипла к коже. Мало того, ткань не обладала изоляционными свойствами, что означало бесполезность в холодную погоду.

С тех пор ткань прошла долгий путь. Современные полиэфиры более удобны в носке, и отличить полиэстер от натурального волокна становится все труднее. Флис, например, настолько похож на шерсть, что трудно сказать, что это синтетический материал.

Полиэстер можно формовать в складки или наносить на него с помощью лазера декоративные формы и узоры. Она устойчива к пятнам и отталкивает воду, что делает ее идеальной тканью для верхней одежды, особенно для защиты от дождя. Как один из самых популярных синтетических материалов, его можно использовать для создания платьев, брюк, топов, юбок и пальто. Используемый сам по себе или в смеси с натуральными волокнами, такими как хлопок, полиэстер является основным элементом гардероба.

Полиэтилен

Полиэтилен, также известный как ПЭ, представляет собой термопластичный полимер. Существует более одного типа полиэтилена, от низкой плотности, или LDPE, до высокой плотности, HDPE. Плотность относится к уровню кристаллической структуры, которая составляет каждый из них. Эта разница в кристаллической плотности делает разные полиэтилены пригодными для различных функций.

Полиэтилен низкой плотности используется для изготовления пластиковых пакетов и покрытий из пластиковой пленки. Этот тип может растягиваться под нагрузкой, поэтому имеет низкий уровень прочности. Полиэтилен высокой плотности намного прочнее. Это то, что вы найдете в коробках из-под молока и на разделочных досках. С более высоким уровнем кристаллов этот намного сильнее.

Чрезвычайно плотный вариант полиэтилена известен как полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы или UHMW. Эта форма полиэтилена создает нити с пределом прочности на растяжение выше, чем у стали. Именно эта характеристика делает полиэтилен самым прочным тканевым материалом.

В настоящее время в местном магазине тканей нет полиэтилена. В основном его используют для пуленепробиваемого снаряжения, поэтому его нельзя покупать в качестве материала, который может использовать домашняя швейная мастерская.

Как и большинство синтетических материалов, полиэтилен отталкивает воду. Он стекает с него, как вода со спины утки, и это нормально, если вы используете PE в пластиковом пакете. Если бы ПЭ использовался в качестве ткани, любой пот владельца оставался бы на коже. Это сделало бы ношение одежды из полиэтилена очень неудобной.

Исследователи из Массачусетского технологического института изучают возможность сделать полиэтилен тканью будущего. Есть надежда, что он станет самоохлаждающимся материалом, идеально подходящим для спортивной одежды и кроссовок. Благодаря этой технологии пластиковые сумки станут модной одеждой. Это не только уменьшит количество отходов, но и ткань из полиэтилена можно будет легко стирать в холодной воде, что делает полиэтилен отличным кандидатом на экологически чистую ткань.

Синтетическая ткань Плюсы:
  • Легкая ткань
  • Относительно недорогой в зависимости от синтетического
  • Прочный и прочный
  • Устойчив к пятнам, усадке, складкам и истиранию
  • Быстросохнущий
Синтетическая ткань Минусы:
  • Термостойкая
  • Легко повреждается солнечным светом
  • Может принимать таблетки при грубом обращении
  • Может казаться холодным и искусственным при ношении
  • Не дышит
  • Легковоспламеняющийся

Прочные натуральные ткани

Лен

Растительный и старый как мир лен был излюбленным предметом гардероба на протяжении поколений. Лен получают из растения льна и славятся своей долговечностью, прочностью и износостойкостью. Льняная ткань выдерживает частые стирки и регулярную носку. На самом деле, чем больше носится льняная одежда и чем старее становится ткань, тем мягче ее носить. Эта ткань лучше всего выглядит, когда выглядит поношенной.

Белье, известное своей воздухопроницаемостью и охлаждением в теплом климате, является гипоаллергенным, антибактериальным и удобным в носке. Менее структурированный, чем хлопок, лен можно использовать для создания свободной одежды, идеально подходящей для жаркой погоды.

Недавний научный тест показал, что лен примерно на 30% прочнее хлопка. Это делает его самым прочным растительным волокном. Однако у него есть небольшой недостаток. Эта ткань будет мяться, как только вы на нее посмотрите. Вы должны быть лучшими друзьями с утюгом, если вам нужна льняная одежда.

Шелк паука

Шелк является синонимом тутового шелкопряда, но это не единственное животное, которое может производить прочные тонкие волокна, используемые для его создания. Известно, что шелк паука является самым прочным волокном животного происхождения, которое вы можете получить. Правильно, из пауков можно получить шелк.

Шелк пауков прочнее, чем шелк тутового шелкопряда, и обладает чуть большей эластичностью. Он также водонепроницаем, что позволяет использовать его в более широком диапазоне применений, чем шелк тутового шелкопряда.

Одна тонкая нить паутины прочнее стальной балки. Это неудивительно, если подумать о том, что паук может сделать с шелком, который он прядет. Пауки используют его для укрытия, транспорта и ловли пищи.

Хотя шелк тутового шелкопряда является более распространенным видом, шелк паука использовался на протяжении веков. Греки и римляне использовали шелк из паутины, чтобы остановить кровотечение из ран. Сбор шелка у пауков проблематичен. Пауки плотоядны, поэтому их нельзя содержать в фермерских условиях. Они бы съели друг друга.

В связи с этим разрабатывается искусственный шелк паука. Использование искусственного шелка включает искусственные связки, хирургические швы и восстановление тканей. Медицинские применения по-прежнему занимают важное место в мире паучьего шелка.

Натуральная ткань Плюсы:
  • Дышащая
  • Гипоаллергенный
  • Прочный и долговечный
  • Абсорбент
  • Экологичный
Натуральная ткань Минусы:
  • Легко мнется
  • Может быть дорого
  • Может долго сохнуть
  • Склонен к поражению вредителями

Альтернативные типы материалов из прочной ткани

Доступны другие прочные материалы из ткани. Каждый из них отличается прочностью и долговечностью. Хотя они не такие прочные и долговечные, как перечисленные выше, следующие варианты являются отличной альтернативой.

Брезент

Плотный и жесткий материал, брезент можно использовать для изготовления сумок, тентов, парусов и чехлов для сидений. Он бывает разной плотности из саржевого или корзиночного переплетения. Холст может быть изготовлен из натуральных или синтетических волокон и имеет слегка ребристую поверхность.

Хотя из холста можно делать одежду, он не так популярен и не так удобен в носке, как джинсовая ткань. Тем не менее, это одна из самых прочных тканей.

Синель

Ткань синель имеет сплошную текстуру из пушистых пучков, немного напоминающих гусениц. Считается, что эта ткань возникла во Франции в 18 веке, ткань может быть изготовлена ​​из шелка, вискозы, хлопка или синтетических волокон. Его название по-французски означает гусеница.

Эффект ворса, создаваемый множеством маленьких пучков, придает ткани сверхмягкость и гладкость. Таким образом, эта ткань не только прочна, но и невероятно удобна в носке.

Ткань с покрытием

Ткань с покрытием — это ткань со специальной отделкой или покрытием. Обычно покрытие придает материалу дополнительные качества, такие как водостойкость или защита от разрывов и разрывов. Покрываться могут как искусственные, так и натуральные волокнистые материалы. Покрытие всегда изготавливается из синтетического вещества.

Используемый для верхней одежды, такой как плащи, покрытие придает ткани почти пластиковый вид. Наличие пластикового покрытия может снизить общую прочность ткани, но дополнительная устойчивость к солнечному свету или влаге делает ткань более долговечной.

Вельвет

Эта ткань, также известная как корд, имеет ребристую структуру, состоящую из гребней и углублений. Провалы известны как Уэльс. Кордовая ткань имеет ряд размеров петель. Одним из самых узких является игольный шнур.

Шнур можно использовать для изготовления курток, сумок, головных уборов и джинсовых брюк. Он также достаточно прочен для обивки. Как и джинсовая ткань, она является фаворитом износостойкой одежды и аксессуаров.

Джинсовая ткань

Вероятно, это одна из самых универсальных тканей на сегодняшний день. Джинсовая ткань может использоваться для пошива джинсов, курток, платьев и юбок. Невероятно прочный деним десятилетиями был популярной тканью для изготовления рабочей одежды. Это тяжелое саржевое переплетение выдерживает грубое использование и регулярную стирку.

Долговечность джинсовой ткани делает ее фаворитом для переработки или переработки во что-то другое. Например, из бывших в употреблении джинсов регулярно делают сумки, покрывала и одеяла.

Утиная ткань

Название утиная ткань происходит от голландского слова «doek», что означает льняной холст. Известная своей долговечностью, эта ткань использовалась на протяжении поколений. Хотя в прошлом утиная ткань использовалась для изготовления одежды, в наши дни ее, как правило, используют для изготовления сумок, парусов, гамаков и палаток.

Утиная ткань, близкая к холсту, обладает многими из тех же свойств. Он грубый, жесткий и невероятно износостойкий. Утиная ткань также бывает разной плотности для различных проектов.

Османская ткань

Эта ткань была произведена в Турции. Это плотная ткань с ребристой текстурой, похожая на вельвет. Основное различие между ними состоит в том, что вельветовая резинка проходит по прямому волокну ткани, а османская резинка проходит по ширине.

Османский материал имеет плотное плетение и поставляется с ребрами разного размера, от широких до узких. Общий вид ткани немного более блестящий, чем у вельвета. Эта ткань, используемая для пальто и обивки, прочная и износостойкая.

Полиэстеровый флис

Флис – это синтетический аналог шерстяной ткани. Полиэстеровый флис, имитирующий шерсть, является синтетическим, поэтому за ним легче ухаживать. Он не сжимается и не теряет форму при намокании. И не становится колючим.

Эта ткань используется в основном для одежды для холодной погоды. Его изоляционные свойства делают его идеальной подкладочной тканью для зимних курток и пальто. Используемая сама по себе для свитеров и толстовок, она представляет собой фантастическую ткань для многослойной одежды.

Замша и замшевая ткань

Замша — это нижняя сторона кожи животных. Это мягкая, пушистая сторона кожи. Замша, обычно изготавливаемая из шкур коров, оленей и овец, используется для пальто, жилетов и головных уборов. Замшевая ткань — синтетический материал, имитирующий замшу. Он выглядит и ощущается как настоящая замша.

Поскольку это кожа животных, замша невероятно прочная. Однако это не очень долговечно. И искусственная, и натуральная замша легко повреждаются влагой. Замша нуждается в бережном уходе, чтобы поддерживать ее в идеальном состоянии.

Шерстяной твид

Твид — популярная ткань для пошива одежды в деревенском стиле. Такие производители, как Burburry, известны тем, что используют шерстяной твид в своих коллекциях одежды.

Прочный, прочный и, что более важно, теплый шерстяной твид — идеальная ткань для верхней одежды в холодном климате. Эта ткань, идеально подходящая для курток, пальто, сумок и шляп, вызывает в воображении образы землевладельцев или джентльменов-фермеров.

Когда использовать прочный тканевый материал?

Вы должны использовать прочный тканевый материал, когда ваш проект требует дополнительной прочности и долговечности. Или для проектов, которые вы хотите длиться в течение длительного времени.

Если вы делаете новые чехлы для обивки, вам понадобится сверхпрочная ткань. Диваны и стулья используются регулярно и нуждаются в покрытии, способном выдержать вес человека и трение, вызванное ерзанием во время просмотра телевизора.

Чехлы для садовых стульев, такие как мебель для сада, нуждаются в ткани, способной выдержать суровые условия повседневного использования. Им также нужна атмосферостойкая ткань. Нахождение снаружи означает, что они подвергаются воздействию элементов. Даже летом постоянное солнце и жара могут сказаться на ткани. Выживет только сильный и выносливый.

Износостойкая одежда, используемая для ручной работы, также нуждается в прочной ткани. То же самое относится и к ткани, используемой для изготовления парусов и брезента. На самом деле, все, что должно выдерживать жесткое или интенсивное использование, нуждается в ткани, которая может выдержать удары.

Вы также можете использовать прочные ткани для легкого использования. Летняя одежда из льна не только классная и удобная, но и прочная. Это будет длиться сезон за сезоном.

Какая ткань для одежды самая прочная?

Самая прочная ткань для одежды – лен. Обладая всеми преимуществами натурального волокна, оно выдерживает регулярное использование и со временем становится мягче.

Белье гипоаллергенно, воздухопроницаемо и впитывает влагу, что делает его очень комфортным при повышении температуры.

Мало того, он еще и противомикробный, то есть устойчив к бактериям. Это означает, что в корзине для стирки она не будет пахнуть, как синтетическая ткань.

Способная выдерживать частые стирки и нагревание, эта ткань становится прочнее во влажном состоянии и обладает такими свойствами, что превосходит синтетические ткани по долговечности, без сомнения.

Какая ткань самая прочная в мире?

Самая прочная ткань в мире — полиэтилен или сокращенно ПЭ. PE представляет собой кристаллическую структуру, которая может иметь различную плотность для создания различных весов. Каждый вес используется для разных продуктов, от пластиковых бутылок и пакетов до пуленепробиваемого снаряжения.

Полиэтилен, используемый в доспехах и рыболовных снастях, первоначально был известен как Cuben Fiber. Теперь известная как Dyneema, она делает перерыв на рынке снаряжения для активного отдыха. На данный момент он становится популярным как легкий материал для рюкзаков.

Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы Dyneema является самым прочным термопластичным сверхлегким волокном. Обладая прочностью на растяжение в 15 раз выше, чем у стали, но при этом достаточно легкой, чтобы плавать на воде, эта ткань является более прочной, чем самая прочная ткань в мире. Его также рекламируют как ткань будущего.

Есть ли пуленепробиваемая ткань?

Да, есть пуленепробиваемые ткани. Однако это не то, что вы можете купить в местном магазине тканей. Пуленепробиваемые материалы — это специальные ткани, из которых обычно изготовляют пуленепробиваемую одежду.