Сверхвысокомолекулярный полиэтилен – новый материал для отечественных средств индивидуальной бронезащиты

бронежилет Наука

Первые сверхлёгкие композитные материалы из отечественного сверхвысокомолекулярного полиэтиленового (СВМПЭ) волокна получены по уникальной технологии. Они позволяют изготавливать индивидуальные средства защиты с непревзойдёнными характеристиками, значительно превосходящие такого же предназначения изделия, которые недавно появились в других развитых странах.

Немного из истории материалов для средств индивидуальной бронезащиты

Характеристики средств защиты во многом определяются удельным весом материалов, из которых их делают. Именно поэтому на смену стали с удельным весом 8 г/см3 пришли титан – 4,5 г/см3 и алюминий – 2,7 г/см3, а затем и полимерные композиты с удельным весом 1,5–2 г/см3.

Уже в XXI веке на базе полиэтиленовых волокон с удельным весом всего 0,97 г/см3 были получены композитные материалы для изготовления шлемов, бронежилетов, защиты бронетехники. Волокна, правда, не простые, а сверхвысокомолекулярные. Первые супершлемы из композитных материалов с использованием СВМПЭ весом всего 0,8 кг были изготовлены в США и Германии.

бронешлем
Новый американский бронешлем IHPS из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Из сверхвысокомолекулярных волокон в чистом виде ни шлема, ни бронежилета не получить. Их надо переработать в ткань или другой слоистый материал, склеить полимерным составом и затем под прессом в специальных матрицах отформовать монолитные средства защиты. Иначе говоря, для получения нового поколения средств индивидуальной бронезащиты должна быть решена двуединая задача: надо получить уникальные волокна СВМПЭ, а затем разработать технологию формования композитных изделий из них.

Отечественные технологии создания композитов из СВМПЭ для средств индивидуальной бронезащиты

Несмотря на неблагоприятные экономические обстоятельства, российские химики из ВНИИСВ (Научно-исследовательский институт синтетического волокна с экспериментальным заводом, г. Тверь) создали и непрерывно совершенствуют отечественные сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна. Их удельная прочность достигает 350 гс/текс, что почти в 1,5 раза выше, чем у лучших арамидных волокон типа «Кевлар» (США). Казалось бы, успех композитчиков предопределён.

Бронежилет, СВМПЭ
Характер разрушения пуль 7Н28 при обстреле СВМПЭ композита толщиной 10 мм – пробито 40 процентов толщины

Однако из-за почти нулевого коэффициента трения и высокой электризуемости эти волокна нельзя переработать традиционными ткацкими методами в эффективные тканые структуры. С другой стороны, никак не удавалось подобрать полимерное связующее, чтобы склеить СВМПЭ волокна в монолитный композит, ибо у него и адгезионная способность на нуле. Даже проверенные в ракетной технике высокоадгезионные эпоксиды не помогли…

И только в 2020 году инженерам из Центра «Армоком» и Центрального НИИ спецмашиностроения (г. Хотьково) удалось разработать состав композита на основе СВМПЭ волокон и, что очень важно, технологию формования не только плоских, но и криволинейных изделий из полиэтиленкомпозита.

При значительно меньшем удельном весе отечественного полиэтиленкомпозита он обладает прочностными свойствами на уровне лучших зарубежных аналогов (см. таблицу). Однако наиболее примечательно то, что его баллистические свойства не только на 40 процентов превосходят арамидные композиты на основе ткани «Кевлар», но и ощутимо выше зарубежного СВМПЭ композита. Возможно, это связано с тем, что новый материал получается по нетрадиционной намоточно-компрессионной технологии.

СВМПЭ, сверхвысокомолекулярный полиэтилен
Основные свойства композитных бронематериалов с поверхностной плотностью 4 кг/м2

На основе СВМПЭ волокон российские специалисты изготовили композитные бронеэлементы для защиты жизненно важных органов от ручного огнестрельного оружия и ног военнослужащих от осколочного воздействия. В отличие от зарубежных технологий эти средства бронезащиты впервые изготовлены методом намотки.

Таким образом, в России появился новый класс высокоэффективного баллистического и конструкционного композитного материала, довести который до практического применения вполне по силам передовым отечественным предприятиям и исследовательским коллективам, заряженным на победу над зарубежными конкурентами.

Необходимо подчеркнуть, что в отличие от большинства композитных материалов полиэтиленкомпозиты обладают положительной плавучестью, вследствие чего изделия из них будут особенно эффективны при преодолении водных преград, а также в экипировке моряков и морских пехотинцев.

Весьма интересным свойством российской полиэтиленкомпозитной брони является её способность останавливать автоматные пули. Если традиционно для защиты от длинноствольного оружия необходимо комбинировать сверхтвёрдую керамику с удельным весом около 3 г/см3 на лицевой стороне и органопластик на тыльной поверхности бронеэлемента, то полиэтиленкомпозит обладает способностью останавливать многие остроугольные пули и без относительно тонкой керамики.

Пробиваемое отверстие самозатягивается, обжимая пулю, или же действует как мгновенно твердеющий состав, дробя оболочку, а порой и сердечник пули.

Композиты на основе российского СВМПЭ волокна с высокой степенью вероятности будут использованы при создании нового поколения боевой экипировки, которая придёт на смену нынешнему «Ратнику». В нём шлем и грудная бронепанель жилета будут изготовлены из намоточно-компрессионного СВМПЭ композита. По мнению испытывавшего его инженера Юрия Данилина, изделие существенно отличается по весу и эргономике от комплекта «Ратник», который ему также приходилось носить.

Бронежилет, СВМПЭ
Образцы бронешлема и грудной бронепанели из намоточно-компрессионного СВМПЭ композита для перспективной защитной экипировки демонстрирует инженер-разработчик Юрий Данилин

При освоении промышленного производства отечественных СВМПЭ волокон с условным названием «Супернить» и разработке технологии бронекомпозитов из них будут решены следующие задачи государственного значения:

— налажен выпуск оборонной продукции на базе материала нового класса с удельными характеристиками на 20–35 процентов выше широко используемых арамидных органопластиков;

— произведено импортозамещение значительной части или всего объёма материалов UD СВМПЭ, поставляемых в настоящее время из-за рубежа для отдельных силовых структур РФ;

— существенно снижена себестоимость средств индивидуальной бронезащиты для Вооружённых Сил России, поскольку отечественные СВМПЭ волокна сегодня в два раза дешевле арамидных нитей типа «Руслан».

Литература:

Газета МО РФ «Красная звезда», 13.01.2021 г.

Оцените статью
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Поделиться с друзьями
Русская DARPA
Коментарии