Композиционные материалы для защиты человека

Автор: Ю.В. Костылев

По статистическим данным военных действий и конфликтов на 30% пулевых ранений личного состава приходится 70% осколочных ранений. Наиболее эффективно и комплексно от осколков оберегают человека средства индивидуальной защиты и амуниция, для изготовления которых используются ткани из аромидных волокон, собранные в пакет в составе шлема, бронежилета и комбинезона. Гашение энергии осколка или пули обеспечивается за счет вытягивания и разрыва волокон. Лучшими защитными свойствами обладают бронематериалы из микрофиламентных нитей («Русар», «Армос»), которые имеют в своей структуре от 200 до 500 волокон диаметром 12-17 мкм. Разница этих цифр дает 25% повышения осколочной стойкости. Главным недостатком всех тканевых материалов является искривление нитей в узлах переплетения и скрутка нитей. Уменьшение числа скруток на 1 м.п. со 100 до 50 дает повышение противоосколочной стойкости на 10-15%. Лучшим результатом обладают ткани саржевого переплетения, так как являются изотропными по основе и утку и имеют наименьшее искривление нитей или маты с длиной волокон 10-12 мм. При этом рекомендуется располагать куски ткани с нахлестом по подобию рыбьей чешуи, что обеспечивает разворот пули на 90o. Такие бронежилеты на 25-40% легче, чем аналогичные с металлическими вставками. Отверженные композиты имеют худшие показатели противоосколочной стойкости, так как деформация волокон ограничена связующим. Однако они имеют и преимущества перед чисто тканевыми элементами защиты:

- возможность сохранения формы изделия после воздействия осколка или пули, это принципиально важно для шлемов;
- изготовление жестких подложек для различных типов брони для снижения давления на тело человека без образования вторичного разрушения, то есть не происходит образования зазубрин и осколков от средств защиты.

Хорошие результаты получены на трехслойных конструкциях, состоящих из внешних слоев из отвержденного композита и внутреннего пакета из дискретнотканивого материала. При этом наружный отвержденный слой предохраняет от режущих повреждений, внутренний отвержденный слой распределяет энергию удара и разворачивает и останавливает пулю или осколок. В качестве матрицы в этих случаях используют «хрупкие» - эпоксидные связующие.

Полимерная композитная броня из органопластиков, в которых волокна имеют одинаковую химическую природу с матрицей, имеют самые высокие показатели защиты.

Дальнейшее совершенствование защитных средств связано с так называемой «жидкой броней» - средний слой представляет собой аэрогель с наночастицами кварца в полиэтилен гликоле.

Примеры применения композитной брони:

Разработанный в 2004 – 2005 г. защитный шлем, представляющий собой трехслойную оболочку с внутренним слоем из дискретно-тканевых материалов, имеет защитное свойство на 20% выше разработанных ранее.

На вертолете ИН-60А (США) из органопластика на основе волокон «Кевлар-49» изготовлена кабина экипажа, приборная панель, пульт управления и т.д., благодаря чему пилот защищен от осколков снарядов, а вторичные осколки отсутствуют. Кроме того применение органопластика вместо стальных листов позволило снизить массу защиты вертолета на 953 кг.

Защитные комплекты обмундирования, состоящие из шлема, бронежилета, противоосколочной накладки и комбинезона, позволяют снизить уровень боевых потерь в 2-2,5 раза.