Виктор Мураховский
Арамидные полимеры среди всех синтетических волокон занимают особое место. Их открытие и практическое использование ознаменовало новую эру в материаловедении, позволило реализовать революционные решения в специальном и гражданском машиностроении, строительстве и других областях. По своему воздействию на развитие военного дела арамидные волокна, ткани и композиты на их основе, как элемент технологической составляющей «мягкой силы», оказались не менее значимы, чем разработка боевых средств.
Арамид применяется в виде волокна и ткани, а также как основа композиционных материалов на основе различных смол. Синтетическое волокно арамида обладает высочайшей прочностью (разрывная прочность 250–600 кг/мм²) при малой плотности (1400–1500 кг/м³), высоким сопротивлениям ударным и динамическим нагрузкам. Особенно впечатляюще эти цифры выглядят, если вспомнить, что прочность на разрыв низкоуглеродистой стали составляет 50–60 кг/мм2, а наиболее прочных высоколегированных сортов — порядка 250 кг/мм2. Таким образом, арамид в 5–10 раз прочнее низкоуглеродистой стали. При этом он в 5 раз легче любых сортов стали.
К тому же арамидное волокно обладает высокой термической стойкостью, способно работать при высоких температурах и практически негорюче. В композиционных материалах арамид применяют как армирующий материал, обеспечивающий высокую удельную прочность при минимальном весе.
Ткани и нетканые материалы из арамидных нитей и волокон находят широкое применение в самых различных областях.
Благодаря высоким физико–механическим показателям они используются для производства средств бронезащиты, изделий ракетной и авиационной техники, элементов кораблей и судов, спецодежды, рукавных фильтров, пожарных рукавов, волоконно-оптических кабелей, армирования железобетонных конструкций, труб, быстровозводимых сооружений, автомобильных шин, для изготовления сверхпрочных тросов, лент и тканей.
Нетканые материалы употребляются в качестве термоогнестойких изолирующих прокладок в вагоностроении, авиа– и автомобилестроении, в мягких элементах мебели, прессах, в качестве теплоизолирующего слоя в одежде, в рукавных фильтрах для очистки горячих газов, как наполнитель при изготовлении оборудования для судов неограниченного района плавания, а также офисных и производственных помещений. Некоторые материалы рекомендуется применять в качестве диэлектрических слоев в особо ответственных изделиях.
Впервые арамидное волокно получила в 1960 году американская компания «Дюпон», которая в 1970 году представила его на рынке под торговой маркой «Кевлар». В Советском Союзе первые образцы арамидных волокон были изготовлены в 1970 году специалистами Всесоюзного научно-исследовательского института искусственных волокон.
С тех пор отечественная промышленность освоила достаточно широкую номенклатуру арамидных волокнистых материалов: СВМ, Армос, Русар, Руслан и др. Их физико-механические свойства находятся на уровне лучших зарубежных образцов, что позволило создать на их основе текстильные материалы, удовлетворяющие высоким требованиям заказчиков и разработчиков средств баллистической защиты (как индивидуальных, так и для различной техники).
Основным производителем арамидного волокна в России ныне является АО «Каменскволокно», а специальных тканей на арамидной основе — Закрытое акционерное общество «Королевская шелковая фабрика «Передовая текстильщица».
По мнению генерального директора ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица» Дмитрия Брускова, объемы потребления арамидных и полиамидных тканей в России постепенно увеличиваются, однако темпы роста и номенклатура потребления пока далеки от показателей развитых стран.
Непрерывное соревнование
На протяжении всей истории человечества в военной сфере идет непрерывное соревнование средств нападения и защиты, особенно акцентированное на уровне противостояния брони и снаряда.
Благодаря низкой плотности, арамидные волокна по удельной прочности превосходят все известные в настоящее время армирующие волокна и металлические сплавы, поэтому первым и одним из главных назначений для этой ткани стала баллистическая защита, то есть использование в бронежилетах, шлемах и иных образцах индивидуального снаряжения.
Многослойные бронежилеты из арамидных тканей способны обеспечить надежную защиту от небольших осколков, которые по статистике и являются основной причиной ранений на поле боя.
Дополнительные элементы усиления, например в виде металлических или керамических пластин, позволяют увеличить стойкость средств индивидуальной бронезащиты до уровня непоражения стрелковым индивидуальным оружием нормального калибра. При этом сохраняется приемлемая для постоянного или временного ношения масса комплекта.
В последние годы широкое применение арамидные ткани находят в качестве противоосколочного подбоя в различных образцах военной техники, особенно тактического класса, предназначенной для функционирования под возможным огневым воздействием противника (танки и другие боевые бронированные машины, самоходная артиллерия, машины боевого обеспечения, военная автомобильная техника, боевые и транспортно-десантные вертолеты).
Как показывает тестовый обстрел бронебойными боеприпасами оснащенной арамидным подбоем техники, противоосколочный подбой удерживает около 70% осколков, заносимых в заброневое пространство при пробитии брони. Такая мера позволяет кратно снизить вероятность поражения экипажей осколочным полем.
Адаптивность арамидных тканей способствует быстрому конфигурированию различных форм противоосколочного подбоя под различные образцы техники, а также благоприятствует созданию съемных вариантов защиты, устанавливаемых лишь на период боевых действий или нахождения техники в опасной зоне.
Российскими учеными Е.Ф. Харченко, А.Ф. Ермоленко и их коллегами выполнены глубокие исследования механизмов взаимодействия текстильных и композитных бронематериалов с пулями огнестрельного оружия и осколками. В результате установлены основные параметры, влияющие на стойкость данной категории бронематериалов, а также определены практические меры по повышению их характеристик.
На основе отечественных арамидных тканей и арамидных составляющих композитов разработаны и приняты на снабжение ВС РФ образцы СИБЗ, превосходящие зарубежные аналоги по стойкости при меньшей массе и лучшим эксплуатационным параметрам. В том числе: бронежилет 6Б43 и бронешлем 6Б47 в составе индивидуальной боевой экипировки «Ратник», защитный комплект 6Б15 «Ковбой» экипажей боевых машин, защитный комплект 6Б25 экипажей машин ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск, боевой защитный комплект «Пермячка» и другие. Примерно аналогичные по назначению и не менее качественные изделия были разработаны и приняты для снабжения других силовых структур России, в том числе спецназа МВД, внутренних войск, ФСБ и т.д.
Композитные материалы: в начале пути
Область применения волокнистых полимерных композиционных материалов (ПКМ), получаемых на основе армирующих химических волокон — конструкционных, электроизоляционных, хемостойких и других — весьма широка. По всему миру они используются в машиностроении, особенно транспортном, включая авиастроение, приборостроении, в электро- и радиотехнике, электронике, строительстве, сельском хозяйстве, медицине, спорте, для изготовления изделий бытового назначения. Основу волокнистых композиционных материалов составляют армирующие волокнистые наполнители (в том числе на основе арамидных волокон и тканей), объединенные в монолитный композиционный материал матрицей — вторым важным компонентом.
Волокнистые ПКМ имеют значительно меньшую плотность и более высокие удельные (на единицу массы) механические характеристики, менее теплоемки и теплопроводны, чем многие другие виды материалов. Большинство являются диэлектриками, обладают высокой эксплуатационной стойкостью при действии активных сред и других внешних воздействий.
Однако, в России применение композитов на арамидной основе ограничено достаточно узкими областями спецмашиностроения, авиастроения, кораблестроения. Объемы их использования на порядок меньше, чем в развитых зарубежных странах.
Во многом это объясняется отсутствием инжиниринговых и научно-производственных центров, занимающихся внедрением волокнистых ПКМ в изделия. В результате разработчики и производители конечной продукции зачастую просто не знают о возможности использования волокнистых ПКМ для улучшения параметров своих изделий. Практически каждое предприятие самостоятельно проходит весь путь от оценки возможностей до практической реализации волокнистых ПКМ в изделиях. Эта работа недостаточно организована даже в рамках имеющихся крупных холдингов, не говоря уже об отраслях и экономике в целом.
Создание в 2012 году технологической платформы «Новые полимерные композиционные материалы и технологии» с участием ВИАМ, Роснано, ЗАО «ХК «Композит» и др., позволяет надеяться в обозримой перспективе на расширение применения волокнистых ПКМ в самых разных отраслях.
Дозируемое действие
Технические ткани специального назначения для производства парашютов и парашютных систем вырабатываются из полиамидных крученных и некрученных нитей различных линейных плотностей от 3,3 текс до 29,4 текс. Применение нитей с таким многообразием линейных плотностей позволяет иметь такое же многообразие поверхностным плотностям в ткани — от 30 г/м2 до 200 г/м2. Одним из основных, и пожалуй единственным, показателем, характеризующим ткань как рекомендуемую для производства парашютов, является воздухопроницаемость, которая определяет, какое количество воздуха может пройти через определенный участок ткани за определенное время. То есть для каждого типа изделий необходимо точно рассчитать дозируемое взаимодействие ткани и воздуха.
Применяемые ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица» технологии выработки и отделки тканей позволяют иметь этот показатель от 50 до 1500 дм3 х м2/сек.
Парашют сегодня — это не только средство десантирования бойца и боевой машины, но это и средство возвращения спускаемого аппарата космического корабля с орбиты на землю, это важное средство безопасной посадки самолетов и спасения катапультировавшихся пилотов. Некоторые боеприпасы, в том числе и спецназначения, также опускаются на парашюте. Эта огромная номенклатура изделий имеет свой срок службы, по истечении которого требует своевременной замены.
