Материал опубликован в журнале «Арсенал Отечества» 

СКАЧАТЬ ПОСТЕР (Перейти в VR360 без установки и регистрации)

Виктор Мураховский

Арамидные материалы и спецткани в армии, промышленности и строительстве

Влияние на развитие военного дела арамидных волокон, специальных тканей, композитов на их основе сравнимо с разработкой новейших систем вооружения. Особенно наглядно это проявилось в комплектах индивидуальной боевой экипировки военнослужащих: безвозвратные потери среди оснащенных современными бронежилетами и касками бойцов сократились в разы.

Синтетическое волокно арамида обладает высочайшей прочностью при малой плотности, высоким сопротивлениям ударным и динамическим нагрузкам. Арамид в 5–10 раз прочнее низкоуглеродистой стали. При этом он в 5 раз легче любых сортов стали.
Арамидное волокно обладает высокой термической стойкостью, способно работать при высоких температурах и практически не горит. В композиционных материалах арамид применяют как армирующий материал, обеспечивающий высокую удельную прочность при минимальном весом.
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 используются 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, в качестве наполнителя при изготовлении оборудования для судов неограниченного района плавания, а также офисных и производственных помещений, Некоторые материалы рекомендуется использовать в качестве диэлектрических слоев в особо ответственных изделиях.
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, 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 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».
В целом, по мнению генерального директора ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица» Дмитрия Брускова, объемы потребления арамидных и полиамидных тканей в России постепенно растут, но и темпы роста, и номенклатура потребления пока далеки от показателей развитых стран.

Баллистическая защита

Одним из главных назначений для арамидной 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 непробития стрелковым индивидуальным оружием нормального калибра. При этом сохраняется приемлемая для постоянного или временного ношения масса комплекта. Такие решения использованы в новейшем российском комплекте индивидуальной боевой экипировки «Ратник».

В том числе: бронежилет 6 Б43 и бронешлем 6 Б47 в составе индивидуальной боевой экипировки «Ратник», защитный комплект 6 Б48 экипажей боевых машин, защитный комплект 6 Б25 экипажей машин ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск, боевой защитный комплект «Пермячка» другие. Примерно аналогичные по назначению и не менее качественные изделия были разработаны и приняты на снабжение других силовых структур России, в том числе спецназа МВД, внутренних войск, ФСБ и т. д.
При испытании бронежилета из состава комплекта экипировки экипажей боевых машин, находящегося за стальной броней БТР толщиной 13,6 мм, после обстрела бронебойными пулями крупнокалиберных пулеметов калибра 12,7 мм было установлено, что при пробитии образуется поток осколков массой 0,2–12 грамм в количестве до 60 шт. Все осколки были задержаны арамидным материалом Руслан (производства ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица»), входящим в состав бронежилета.

Для защиты экипажей кораблей и военнослужащих морской пехоты используют бронежилеты и каски. В России разработан и принят на снабжение плавающий бронежилет «Корсар МП», выполняющий как защитные, так и аварийно-спасательные функции. По тактико-техническим характеристикам «Корсар МП» превосходит мировые аналоги и позволяет военнослужащим свободно двигаться в воде, применять оружие. Заводские и государственные испытания несколько лет проводились в подразделениях морской пехоты. В конце концов, удалось совместить казалось бы, несовместимое — плавучесть и бронезащиту.
Специальная арамидная ткань обеспечивает защиту уровня 1+ класса по ГОСТу. При необходимости бронежилет комплектуется бронепанелями, при этом уровень защиты повышается до 5‑го класса.
Ведется работа над комплектом боевой экипировки следующего поколения «Ратник‑3». Основные направления совершенствования связаны с новыми материалами. Ожидается существенное снижения массы комплекта за счет применения новых материалов в системах защиты и жизнеобеспечения, при одновременном повышении их эффективности и сохранении эксплуатационных свойств.
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 кинетическими или кумулятивными боеприпасами. Такая мера позволяет кратно снизить вероятность поражения экипажей и оборудования осколочным полем.

На уже существующей бронетехнике элементы противоосколочного подбоя могут быть выполнены в виде панелей (штор) с быстросъемными креплениями. На модернизируемых образцах противоосколочный подбой эффективнее выполнять постоянным, на возможно большей площади, с учетом конструктивных особенностей бронетехники.
Современные корабли, в сравнении с периодом Второй мировой войны, практически не имеют броневой защиты. Акцент в их конструкциях сделан на снижение заметности, маневренность, насыщенность радиоэлектронными средствами и системами высокоточного вооружения. Поэтому надстройки кораблей обычно выполняют из легких металлических сплавов и композиционных материалов.
Вместе с тем, основным средством поражения надводных морских целей сейчас стали крылатые противокорабельные ракеты воздушного и морского базирования с осколочно-фугасными и проникающими боевыми частями (БЧ). Никакая броня не способна противостоять подобным боевым частям. Однако есть возможность снизить воздействие БЧ на оборудование и экипаж корабля за счет улавливания осколков (локализации повреждений).
Обычно экранируют арамидными баллистическими тканями помещения главной энергетической установки, радиоэлектронных средств и постов управления. Например, для защиты основных боевых постов и агрегатов американских эсминцев типа «Арли Бёрк» задействуют более 130 тонн кевлара (в том числе около 70 тонн этого материала использовано для защиты боевых постов).

Защита от агрессивной среды

Арамидные материалы успешно защищают человека в самых экстремальных ситуациях и на самой опасной работе. Сварщиков и пилотов, полицейских и пожарных, нефтяников и сотрудников МЧС от огня, высоких температур и агрессивных жидкостей спасает одежда, основу которой составляет арамидная ткань.
Основными сферами использования арамидных тканей в народном хозяйстве и структурах обеспечения безопасности являются:

• Нефтегазовая промышленность;
• Нефтехимическая промышленность;
• Энергетика;
• Металлургия;
• Пожарные и спасательные службы.

В промышленности термические риски — это высокие температуры и пламя, тепловое воздействие электрической дуги и брызги расплавленного металла. Термостойкая арамидная ткань обеспечивает защиту от теплового излучения, при контакте с нагретыми до 500 °C поверхностями. Пара-арамидная (кевларовая) ткань обладает высокой стойкостью к прожиганию (более 50 сек). Эта ткань не горит и не тлеет, не только после выноса из пламени, но и в самом пламени.

Композиты

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.
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.
Арамидные волокна и ткани заняли свою нишу в авиационных конструкциях. Органотекстолиты на основе тканей из арамидных волокон СВМ и Руслан и различных полимерных связующих используют в вертолетостроении. В качестве примера можно привести применение органопластика в конструкции лопасти несущего винта российского ударного вертолета Ми‑28 Н «Ночной охотник».

Из органопластика изготовлены обшивки хвостовых секций лопасти. Обшивки толщиной 0,45 мм обеспечивают необходимые весовые и ресурсные характеристики лопасти, высокую стойкость к повреждениям. В частности, лопасти вертолета Ми‑28 Н сохраняют работоспособность при попадании 30‑мм снарядов.
Для авиационных двигателей органопластики решают важнейшую проблему обеспечения непробиваемости корпуса вентилятора при разрушении лопатки в случае попадания в двигатель птиц или каких-то посторонних предметов. Еще с 1980‑х годов с этой целью органопластик использован в конструкциях авиационных двигателей Д‑18, ПС‑90, АИ‑222 и др.
Для корпуса вентилятора нового двигателя ПД‑14 (предназачен для перспективных пассажирских самолетов МС‑21–200/300/400) потребовался новый материал. Специалистами ВИАМ был разработан баллистически стойкий арамидный слоисто-тканый материал, который отличается тем, что слои ткани в нем соединены локальными участками. Это позволило снизить вес изделия и повысить реализацию баллистической стойкости ткани до 97 %.
При выборе армирующего наполнителя для арамидного слоисто-тканого материала для удерживающего устройства корпуса вентилятора наряду с баллистической стойкостью важным требованием является коррозионная безопасность арамидной ткани по отношению к металлам. Разработанные предприятием ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица» баллистические ткани из нейтральных арамидных нитей удовлетворяют этим требованиям.
Органопластики с более высокой баллистической стойкостью востребованы не только для двигателей, но и для планера самолета. По новым авиационным правилам на пассажирских самолетах перегородка кабины экипажа должна защищать экипаж от пуль и осколков взрывных устройств при возникновении нештатной ситуации. Например, органопластик с «частично немонолитной» структурой применен в конструкции перегородки кабины экипажа самолета «Сухой Супер Джет — 100». При весе одного квадратного метра всего 5,5 кг отечественный органопластик защищает от пуль легкого ручного оружия и осколков взрывных устройств в полном соответствии с требованием авиационных правил.
Арамидные ткани также широко применяют в системах защиты армейской и штурмовой авиации. В частности, во второй половине 1970‑х годов удалось за счет изготовления тыльного слоя композитной брони из органотекстолита на основе арамидного волокна кевлар дополнительно снизить массу комбинированной брони на 10–12 процентов. Известно, что органопластики использованы также в конструкции российского боевого вертолета Ка‑52.
Представляется необходимым разработать для боевых и траспортно-боевых вертолетов, а также штурмовиков противоосколочные панели и маты (в том числе легосъемные, сменные), поскольку именно эти типы летательных аппаратов действуют непосредственно над полем боя, в зоне интенсивного огня стрелкового оружия, малокалиберной зенитной артиллерии и переносных зенитных ракетных комплексов. Такими панелями на основе арамидных тканей целесообразно защищать не только экипаж и десант, но жизненно важные узлы летательных аппаратов.

Дозируемое действие

Технические ткани специального назначения для производства парашютов и парашютных систем вырабатываются из полиамидных крученных и некрученных нитей различных линейных плотностей. Применение нитей с таким многообразием линейных плотностей позволяет иметь такое же многообразие поверхностным плотностям в ткани. Одним из основных, и пожалую единственным, показателем, характеризующим ткань для производства парашютов, является показатель воздухопроницаемость, который 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 обеспечивают изменять этот параметр в тридцатикратном диапазоне, практически под любые требования заказчика.
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.

Основой парашютной ткани является высокопрочный полиамид. В России сохранилось единственное производство, обеспечивающее его выпуск. И хотя оно развивается, в сегодняшней геополитической ситуации наличие единственного производителя, оснащенного импортным оборудованием, держит ситуацию в напряжении.
Широкое применение в производстве резино-технических изделий в качестве основы нашли ткани из полиамидных и полиэфирных нитей, выпускаемые основным ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица». Разнообразие вырабатываемых тканей по всему спектру физико-механических характеристик позволяет применять их в изделиях для флота, инженерных войск, МЧС и других структур, использующих свои подразделения на воде. Это легкие и прочные надувные средства широкого диапазона применения: лодки, плоты, понтоны, жилеты и прочие изделия.
Резино-технических изделия на основе тканей из полиамидных и полиэфирных нитей (ПВХ) — имеют гораздо лучшие тактико-технические параметры, чем резина. Условия хранения для них не столь важны. Для продолжительного плавания и сложных условий применения (в том числе в военном деле) обычно используют лодки и другие изделия из армированного ПВХ. Лодки из армированного ПВХ — достаточно жесткие плавсредства, которые можно оснащать внутренним оборудование (банки, настилы, укрытия, станки под вооружение). Лодка из армированного ПВХ может быть оборудована транцами для установки мощного силового агрегата. Но главное преимущество изделий из армированного ПВХ — это высокая безопасность и надежность эксплуатации.
В статье описаны лишь основные направления и отдельные примеры использования арамидных материалов и специальных тканей. Ведь спектр применения этих современных материалов и тканей необычайно широк. Российские ведущие производители арамидных волокон и спецтканей (ОАО «Каменскволокно», ЗАО «КШФ «Передовая текстильщица» и др.) готовы обеспечить армию и промышленность соответствующими материалами и комплектующими самого высокого качества.