Арамидные ткани или СВМПЭ? Что лучше использовать в бронезащите

15.11.2024

Отправим вам материал на:

Mail
Pocket
Flipboard

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

Нестабильная военно-политическая обстановка за пределами Российской Федерации и стран БРИКС предъявляет высокие требования к вопросам безопасности. Именно поэтому материалы, из которых создаются средства индивидуальной бронезащиты (СИБЗ), сегодня в зоне особого внимания.

Лидирующие позиции занимают арамидные ткани и СВМПЭ (сверхвысокомолекулярный полиэтилен) — оба материала широко применяются в производстве средств индивидуальной защиты, бронежилетов, а также в различных отраслях промышленности. Имея схожие характеристики, сотканная ткань (арамид) и нетканое полотно (СВМПЭ) существенно отличаются друг от друга.

В мире баллистической защиты не стихают споры и дискуссии о том, что лучше использовать при производстве СИБЗ — арамидные ткани или СВМПЭ? В силу актуальности данного вопроса давайте разберемся, у какого материала больше преимуществ. Понимание особенностей арамида и СВМПЭ позволит более осознанно подходить к выбору защитных средств, а значит, поможет сохранить человеческую жизнь.

«Мы видим, как непросто складывается международная обстановка, какие опасности таят существующие вызовы, такие как расшатывание системы контроля над вооружениями или военная активность блока НАТО».
Президент России В.В. Путин 23.02.2022 «Поздравление граждан РФ с Днем защитника Отечества»

Арамидные ткани: характеристики, история создания, сфера применения

Арамидное волокно (ароматический полиамид) по своей структуре является полимером. Главные преимущества — сверхпрочность, высокий уровень устойчивости к механическому воздействию, выдающаяся термостойкость.

История создания арамидных тканей началась в 1964 году в США. Именно тогда в химической компании DuPont разработали арамидное волокно — полипарафенилен-терефталамид (К29), получивший коммерческое название «Кевлар». Арамидное полотно производят (ткут) из волокон термостойких ароматических полиамидов. Оно представляет собой легкий и прочный материал, используемый в качестве укрепляющей добавки в композитных материалах.

Арамид очень быстро нашел свое применение в военной промышленности, став незаменимым при производстве бронежилетов и шлемов. С момента своего появления материал постоянно совершенствовался. Разработаны различные типы арамидов, отличающиеся по составу и свойствам, что позволило расширить спектр использования. В настоящее время арамидное волокно производят компании по всему миру, а торговая марка «Кевлар» — давно имя нарицательное, обозначающее все арамиды.

Еще немного истории. С помощью Кевлара первоначально армировали кабельную продукцию, создавали автомобильные шины и кордовые нити. Похожий по своей структуре материал был разработан и в СССР, во Всесоюзном научно-исследовательском институте искусственного волокна (ВНИИВ), поэтому изначально он получил название «вниивлон», позже оно было изменено на СВМ (сверхпрочный материал). Промышленное производство СВМ началось с 1970-х.

Однако из-за высокой себестоимости эти материалы в отечественной промышленности до 1985 года редко применялись в больших масштабах. Все изменилось с изобретением в Союзе второго поколения параамидных высокоэффективных волокон — нитей Армос и Русар, особенность которых заключалась в применении технологии мокро-сухой формовки, что позволило превзойти Кевлар по техническим характеристикам. На сегодняшний день к современным видам промышленных баллистических арамидных волокон относятся Русар, Kevlar, Twaron, Taparan.

Говоря о свойствах этих изделий, следует отметить, что, помимо высокой прочности на разрыв, не уступающей стали, арамид обладает рядом уникальных характеристик:

не горит, не дымится, не плавится при контакте с огнем;
не токсичен и не взрывоопасен;
при замерзании становится только прочнее, способен выдерживать температуры до -200 °С;
арамидное волокно очень легкое и прочное (в 2 раза легче стекловолокна и в 5 раз прочнее стали), даже сложенное в несколько слоев оно имеет небольшой вес и хорошую воздухопроницаемость, обеспечивая комфортность снаряжения.

Недостатки арамидных тканей:

устойчивость к впитыванию различных красящих пигментов, что существенно затрудняет покраску, отсюда ограниченная цветовая палитра;
накапливание статического электричества;
высокая стоимость производства.

В военной промышленности арамидные ткани используют при производстве бронежилетов и защитных шлемов с 1970-х годов. Данные материалы отличаются высокими физико-механическими свойствами при снижении веса изделий. За счет этого, несмотря на высокую стоимость, арамид широко применяется в сфере изготовления текстильных и композитных защитных конструкций.

СВМПЭ: характеристики, история создания, сфера применения

СВМПЭ — это линейный полимер с высокой молекулярной массой, нетканое полотно, состоящее из нескольких слоев волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, которые могут быть расположены под любым углом, но чаще всего под углом 90 градусов. Благодаря своей химической структуре материал обладает уникальными свойствами, что делает его незаменимым во многих областях. Высокая молекулярная масса (как и у арамидов) обеспечивает прочность СВМПЭ, в несколько раз превосходящую аналогичный показатель у стали, а линейная структура молекул — высокую степень кристаллизации, что объясняет низкую плотность, которая делает СВМПЭ одним из самых легких высокопрочных материалов.

У СВМПЭ, как и у арамидов, высокая стойкость к истиранию и разрыву, хорошие диэлектрические свойства и химическая инертность. Данные качества сделали арамиды и СВМПЭ популярными при производстве бронежилетов нового поколения, спецодежды для пожарных расчетов и спортивного инвентаря, при создании легких и прочных композитных материалов.

При нагревании СВМПЭ не переходит в вязкотекучее состояние, а становится высокопластичным. Однако за счет особенного строения молекул СВМПЭ представляет собой термопластичное вещество с относительно невысокой температурой плавления (135–190 °С). Именно поэтому изделия из него не рекомендуется эксплуатировать при высоких температурах (выше 80–100 °С).

Впервые СВМПЭ стали применять в промышленности в 1950-х годах в Германии. Уже в 1960-х А. Дж. Пеннингс, сотрудничая с голландской компанией DSM, смог синтезировать из СВМПЭ волоконные структуры, обладающие очень высокой прочностью.

СВМПЭ используют в текстильной, целлюлозно-бумажной и военной промышленности. Из него изготавливают листы и пластины, различные детали и элементы конструкций в машиностроении. На современном этапе производства листы и плиты СВМПЭ маркируются знаками PE 1000, PE-UHMW или PE 2000 S.

Основные свойства СВМПЭ:

очень высокая износостойкость;
повышенная прочность к ударам;
низкий коэффициент трения;
низкотемпературная надежность;
высокие деформационные характеристики;
малая плотность в сравнении с другими термопластами;
низкий коэффициент трения скольжения.

Недостатки СВМПЭ:

высокая цена волокна (серийное производство в России не налажено в полной мере);
невысокая термостойкость;
максимально жесткий материал (критично для дополнительных модулей при создании СИБЗ, например для шейного и плечевых), однако есть варианты (СВМПЭ с низкой поверхностной плотностью), когда материал остается гибким и его удачно применяют (воротники, наплечники), заменив арамидные ткани. В этом случае СВМПЭ комфортен для носителя плюс носитель получает лучшую бронезащиту;
подвержен эффекту старения (как и арамидные ткани);
абсолютная инертность при создании композитов (данный недостаток может быть устранен методами модификации).

На сегодняшний день СВМПЭ применяется там, где обычные марки полиэтилена и многие другие полимеры не выдерживают жестких условий эксплуатации. Кроме того, СВМПЭ может выступать в качестве заменителя ряда дорогостоящих материалов (например, стали, бронзы, полиамида и пр.).

Еще более тщательное сравнение свойств арамидов и СВМПЭ

Несмотря на значительное сходство в свойствах, арамиды и СВМПЭ имеют существенные отличия:

	Удельная прочность нити, сН/текс	Поверхностная плотность материала, г/м²	Модуль упругости, ГПа	Температура эксплуатации, °C
СВМПЭ	300-450	50-240	90-140	от -50 до +80
Арамид	200-250	140-400	70-130	от -60 до +150

Как видно из таблицы, удельная прочность нити арамида более чем в 2 раза уступает полиэтилену, а вот значение модуля упругости у него выше. Таким образом, изделие из СВМПЭ прочнее и тверже, его труднее растянуть или сжать.

Тестовые температурные режимы материалов имеют значительные расхождения. Лабораторные исследования показали, что у арамидной ткани температура разложения выше +500 °C, а максимальная рабочая температура при кратковременном воздействии — до +150 °C. У полиэтилена же температура плавления +140 °C, максимальная рабочая температура +80 °C. Поэтому арамидное волокно — идеальный материал для производства огнезащитных костюмов и оборудования.

В то же время с низкими показателями температур оба материала справляются одинаково хорошо, сохраняя свои качества при отрицательной температуре.

	Влияние воды	Сопротивление УФ	Противоосколочная стойкость баллистического пакета при нормальных климатических условиях, м/с	Противоосколочная стойкость баллистического пакета после замачивания, м/с
СВМПЭ	Нет	Высокое	500-570	500-570
Арамид	Да	Деградирует при длительном воздействии	450-520	300-450

ВАЖНО! Арамидные ткани не сохраняют своих качеств в воде. При намокании арамидное волокно, если оно не имеет специальной пропитки от влаги, теряет до 60% своих свойств. При этом материал долго сохнет, а при высыхании исходные свойства восстанавливаются не полностью.

Арамидное волокно подвержено деградации и при длительном воздействии УФ-излучения: молекулярная структура волокон начинает разрываться, это процесс фотохимического разложения. Ультрафиолетовые лучи поглощаются арамидной тканью, что приводит к разрушению химических связей в полимерной цепочке. Особенно подвержены разложению амидные группы, которые определяют прочность и устойчивость материала. Таким образом, происходит заметное снижение прочности и разрывного усилия арамидной ткани.

У СВМПЭ, наоборот, низкий коэффициент водопоглощения, до 0,05 %, что обусловлено химическим составом материала, отсутствием в молекулах сложноэфирных, амидных, гидроксильных группировок. СВМПЭ устойчив к воздействию большинства кислот, щелочей, ультрафиолетового и гамма-излучения, а также микроорганизмов.

Эксплуатационные свойства арамидных тканей и СВМПЭ

Физические свойства арамида и СВМПЭ делают эти материалы незаменимыми при производстве СИБЗ, обеспечивая высокий уровень противоосколочной защиты.

	Необходимая поверхностная плотность пакета для обеспечения класса защиты Бр1 с соблюдением заброневой контузионной травмы, кг/м²	Необходимая поверхностная плотность пакета для обеспечения класса защиты Бр2 с соблюдением заброневой контузионной травмы, кг/м²
СВМПЭ	2,5-3,5	5,0-7,5
Арамид	3,6-4,5	8,0-10,0

Данные поверхностной плотности пакета указывают, что СВМПЭ чуть лучше распределяет и поглощает кинетическую энергию. Таким образом, для достижения одинаковых характеристик изделие из арамидной ткани должно содержать на 20% больше слоев, чем из полиэтилена. Это отразится на конечном весе, изделие будет на 30% тяжелее. Таким образом, свойства СВМПЭ позволяют производить более легкую по весу защитную экипировку, соблюдая все требования ГОСТ 34286–2017.

Сравнение материалов в изделии с одинаковой слойностью при применении холодного оружия показало, что полиэтилен имеет лучшие защитные свойства в силу более вязкой структуры волокон.

Кроме того, у этих двух материалов разная механика разрушений: СВМПЭ лучше останавливает кинетическую энергию (т. е. заброневое воздействие), арамидные ткани — пулю или осколки. СИБЗ из арамидной ткани лучше защищают от крупных и медленных осколков. СВМПЭ наиболее эффективен для защиты от мелких и быстрых осколков.

Высокие показатели поглощения и рассеивания кинетической энергии на 1 см² СВМПЭ позволяют уменьшить вес бронежилета и шлема на 15%, без снижения защитных качеств, а при сохранении изначального веса комплекта СИБЗ увеличить степень защищенности бойца. Что в свою очередь положительно влияет на время непрерывного ношения бронезащиты. С нормами ношения бронежилета можно ознакомиться в этой статье.

Модель в бронешлеме Бр1 из арамидной ткани и бронежилете Бр5 с навесными модулями защиты Бр1 из СВМПЭ. Общий вес защитной структуры 11 кг

на фото з ащитный шлем Патриот 001 В-О
на фото балаклава огнестойкая
на фото наушники ME 5
на фото бронежилет Гвардеец-5

Делаем выводы

Однозначного ответа на вопрос, какой материал лучше, в настоящее время нет — для каждой ситуации подбирается модель с соответствующим комплексом характеристик. Оба материала при их правильном использовании обеспечивают необходимую защиту, при этом каждый обладает уникальными свойствами, имеет свои плюсы и минусы. Исходя из этого, выбор материала для баллистической защиты в большей степени зависит от поставленных задач и предпочтений.

Чтобы вам было проще сделать персональный выбор или вывод относительно этих двух материалов, очень кратко повторим их основные характеристики:

Арамид и СВМПЭ имеют разную механику разрушений: первый эффективен против пуль и осколков, второй лучше гасит кинетическую энергию, а значит, более устойчив к поражению тяжелыми снарядами.
Арамид за счет высокой плотности арамидного волокна и наличия в составе эпоксидной смолы более жесткий и тяжелый. Кроме того, высокая плотность позволяет частично переводить кинетическую энергию в тепло, тогда как СВМПЭ лучше поглощает ее всей площадью материала, за счет чего идет быстрое погашение импульса.
Высокая влагостойкость СВМПЭ — преимущество перед арамидом, который быстро намокает, долго сохнет и после этого частично теряет защитные свойства.
При попадании поражающих элементов в СИБЗ с компонентами из арамида сохраняются защитные свойства на других участках снаряжения, тогда как СВМПЭ начинает расслаиваться, а это снижает его рабочие качества.

Для тех, кто читает «по диагонали»: комплексное использование арамида и СВМПЭ позволяет нивелировать их недостатки, добиваясь более высоких эксплуатационных качеств изделий, спасающих жизнь и здоровье человека.

Переведем «скучную», но полезную теорию в практику, воспользовавшись несколькими примерами. В бронежилетах для экстремальных условий, например на территории африканских стран, требующих термостойкости, часто используют арамидные ткани.

А вот СВМПЭ удобнее при эксплуатации в легких бронепанелях для повседневного применения в бронежилетах скрытого ношения. В умеренной климатической зоне Европейского континента — для штурмовых и военных бронежилетов в виде дополнительных навесных модулей защиты (шеи, плечей, паха, крестеца и боковой проекции туловища).

Бронежилет скрытого ношения серии «Брокелон» чехол белого цвета

Пятиточечник противоосколочный в цвете мох

Фартук противоосколочный в цвете мультикам

на фото бронежилет скрытого ношения Брокелон-1
на фото пятиточечник противоосколочный
на фото н апашник (фартук) противоосколочный

Мы не претендуем на истину в последней инстанции, однако все наши мысли и идеи, описанные выше опираются на длительный опыт производства средств индивидуальной защиты, как для повседневного гражданского ношения, так и для боевых действий. Берегите себя — приобретайте СИБЗ у проверенных производителей.