Из каких тканей делают бронежилеты

Баллистическая броня для пехоты изготавливается из полотна на основе арамидных волокон. Часто можно услышать, как такой материал называют кевлар, но это не совсем корректно. Кевлар — это известная торговая марка, которая производит баллистическую ткань. Узнаваемость превратила имя собственное в нарицательное. Из этой статьи ты узнаешь про баллистическую защиту для военнослужащих, мы перечислим все основные материалы и технологии, включая керамику и высокомодульный полиэтилен. Также мы расскажем, из чего и как делают такую же броню для наземной техники, а еще приоткроем тайну, чего ждать в будущем.

Баллистическая ткань очень легкая и эластичная, при этом достаточно прочная, чтобы задержать пулю. Это оптимально для производства бронежилетов для пехоты. Такие средства защиты относятся ко второму классу, иногда — к третьему. Защиту не видно под одеждой, она не стесняет движения, при этом соответствует своему назначению. Ткань используется самостоятельно или в качестве подкладки под плотные пластины, в таком случае она будет улавливать осколки, которые смогли пробить твердый элемент.

Как производят бронежилеты?

Так как бронежилет прикрывает верхнюю половину тела, он должен защитить жизненно важные органы в области груди и живота. Используются материалы со сберегающими свойствами, они оберегают от осколков и пуль, рассеивают их энергию. Чаще всего их делают из арамида, кевлара, титана или стали, пластин из керамики. Отечественные производители обычно отдают предпочтение кевлару, поэтому название у нас так сильно распространено.

Используется 30-50 слоев ткани в сочетании с демпферным буфером из ватина. Большее количество слоев предоставило бы более высокую защиту, но тогда движения человека были бы стеснены. Именно поэтому придерживаются золотой середины. Для строчек используются только армированные нити. В выкройках есть карманы, в конце производства в них будут вшиты пластинки-бронеэлементы, к примеру, стальные или керамические.

Вес может составлять от 2 до 20 кг, чем больше бронеэлементов и слоев — тем тяжелее. Очень плотные изделия не только мешают свободно двигаться, но и вызывают перегрев с последующим тепловым ударом. Задерживать тепло будет даже самый тонкий бронежилет, поэтому их нельзя носить постоянно.

Материалы

Какой будет использоваться материал зависит от того, какому классу брони должно соответствовать изделие. В свою очередь класс подбирается в зависимости от оружия, от которого должна защитить броня. Рассмотрим самые распространенные типы материала, а узнать о классах ты можешь из статьи “Подробный обзор классов бронежилетов разных стран мира”.

Баллистические ткани

Это текстильные ткани, созданные из арамидных волокон. Из них делают бронежилеты как для военных, так и для гражданских людей. Эти волокна тонкие, как паутинки, обычно они желтые, но бывают и других цветов. Из волокон делают нити, из них — ткани, в результате получается достигнуть высокой прочности к механическим воздействиям. В России крупнейшими марками являются СВМ, РУСАР. Эксперты мирового уровня высказываются, что потенциал российских арамидных волокон не раскрыт полностью. В качестве примера они приводят тот факт, что наши изделия превосходят зарубежные по соотношению веса и защитных свойств. Некоторые композитные структуры не уступают сверхмолекулярному полиэтилену, но при этом их плотность примерно в полтора раза ниже.

Сталь и алюминиевые сплавы

Впервые использовать бронепластины начали еще в Средневековье, затем про них надолго забыли. Об альтернативном решении рассказывается в статье “Как выглядела мягкая броня средневековья – Гамбезон?”.

Практика возобновилась только во времена Первой и Второй Мировой войны. Но легкие сплавы появились не тогда, а позже. В период Афганской войны стали изготавливать бронежилеты со вставками из титана и алюминия. Это позволило сделать пластинки тоньше, примерно в два-три раза относительно стальных. Соответственно, вес тоже существенно снизился.

Алюминий способен защитить от бронебойных пуль на 12,7 и 14,5 мм. Помимо этого он оберегает от осколков и мин. Титан превосходит по механическим качествам, к тому же он обладает исключительной коррозионной стойкостью, то есть очень практичен. Сплавы титана обладают разными свойствами в зависимости от добавок.

Керамические элементы

В 80-е годы появилась очередная новинка — замена определенных элементов на керамику с целью улучшить соотношение веса и степени защиты. Но применять такие вставки можно исключительно с материалами из баллистических волокон. Решение не очень практичное, так как керамика хрупкая и требует аккуратного отношения, что невозможно соблюсти в условиях военных действий.

В 90-е годы Министерство обороны поставило задачу сделать керамические панели более практичными. Так появилась отечественная разработка “Гранит-4”, это целая серия бронепанелей. Однако, несмотря на недостаток, за границей основная масса вставок в бронежилетах делается именно из керамики. Их изготовление не очень энергоемкое и дорогое. А недостаток не такой уж существенный, так как вероятность того, что солдат будет дважды поражен в одну и ту же зону на теле очень невысока.

Высокомодульный полиэтилен

Он же — слоистый пластик. На данный момент считается одним из самых технологичных и современных видов, обеспечивает защиту 1-3 класса. Лидирует СВМПЭ — сверхмодульный полиэтилен, он максимально легкий, а по прочности практически не уступает арамидным волокнам. Еще одно преимущество — способность плавать и не терять своих качеств. Арамидные тоже обладают положительной плавучестью, но при попадании в воду они снижают степень защиты.

Читайте также: Техническая ткань из льна

Очень жаль, но делать такие бронежилеты для военных нельзя. На поле боя велика вероятность столкнуться с открытым огнем или очень горячими предметами. Хоть панели и высокомодульные, но они в ракурсе огнестойкости остаются полиэтиленом. Его нельзя подвергать нагреванию выше 90 градусов. Поэтому из служащих такая броня применима только для полицейских, так изготавливают жилеты для них.

От пистолетных пуль и осколков СВМПЭ защищает очень хорошо, но он не сможет противостоять твердосплавному сердечнику, как и термоуплотненному. Для улучшения характеристик этот материал используется в сочетании с композитными бронепанелями.

Комбинированная броня

Комбинированный тип — это практично, составляющие подбираются в зависимости от предполагаемой эксплуатации. При использовании в сочетании материалы улучшают свойства друг друга и позволяют наиболее точно приблизиться к оптимальным по всем показателям характеристикам.

В наши дни большое значение имеют уже не непосредственно материалы для изготовления бронежилетов, а типы покрытия. Нанотехнологии подводят индустрию к периоду глобального обновления. Уже сейчас разрабатываются такие изделия, которые превосходят используемые по механической устойчивости, но при этом значительно легче и тоньше. К этому стремятся приблизиться за счет нанесения на кевлар с водоотталкивающими свойствами особого геля, состоящего из наночастиц. Благодаря этому стойкость исходного материала пятикратно повышается. Соответственно в том же классе могут присутствовать средства защиты, которые тоньше, легче и удобнее.

Броня для наземной техники

Техника, которая находится на поле боя на земле, функционирует в насыщенных условиях, она может подвергнуться воздействию всех средств поражения. В этом ее отличие от тех средств, которые используют в воздухе, на воде и под ней. Она сталкивается со снарядами, пулями, осколками, ракетами в калибре от 5,45 до 203 мм. Еще одна сложности в небольшом расстоянии от атакующего, кораблю на принятие решение отводится гораздо больше времени, чем танку. Это причины, по которым броня наземной техники должна быть исключительно прочной и надежной. Степень защиты определяется распределением брони и ее весом относительно массы всей конструкции.

Бронезащита

Многократно преображалась, прошла эволюционирование от литой и катаной брони до стальной гетерогенной, в составе которой несколько слоев различной плотности. Она не могла не развиваться, так как идет нога в ногу со средствами поражения, а они не стоят на месте. Прорывом стало появление кумулятивных элементов, они относительно недорогие и компактные, отличаются универсальностью. Еще один прорыв — появление композитной защиту, в которую входят не только броневые стали, но и детали не из металла: ткани, про которые рассказывалось выше, фарфор, керамика.

Динамическая

Является активной, разрушает кумулятивную струю или боеприпас, подрывая небольшое количество взрывчатого вещества. Причем стимулом к подрыву становится сам атакующий элемент. Данный тип брони весьма распространен на современных российских наземных боевых машинах.

Электрическая и электромагнитная

В наиболее перспективных моделях используется защита нового типа, она работает по разным принципам. Один из них — выбрасывание защитного щита в ту сторону, откуда идет атака. Заброс осуществляется не за счет подрыва взрывчатки, а в результате электро-температурного влияния на экран. Применяются принципы электромагнитного воздействия, тогда на кумулятивную струю или снаряд действует высоковольтный разряд, который несет в себе энергию 10-20 кДж.

У защиты такого типа есть преимущество — небольшая отдача на носитель. Благодаря этому ее можно устанавливать на легкую бронетехнику. Окружающие объекты, к примеру, сопутствующие пехотинцы тоже получают минимальное воздействие. Есть и недостаток, это необходимость установки сильного источника энергии. Это реализуемо на платформах с электрическими двигателями, но для традиционных силовых установок весьма проблематично.

Мы рассмотрели разные типы защиты, в том числе и баллистическую броню, способы противостояния атаке для пехотинцев и военной наземной технике. В эту сферу внедряются самые инновационные решения, однако, некоторые старые технологии все еще остаются востребованными и незаменимыми.

Доспехи бога: технологии для перспективных средств индивидуальной бронезащиты

Существует мнение, что проблема непробиваемости СИБ является надуманной, поскольку при попадании пули в противника он либо будет настолько травмирован, что не сможет дальше активно вести боевые действия, либо попадание придётся в незащищённую бронеэлементами часть тела. Судя по программе NGSW, ВС США данную проблему надуманной не считают. Проблема в том, что темпы совершенствования перспективных СИБ в настоящее время существенно опережают темпы совершенствования стрелкового оружия. И ВС США как раз пытаются совершить прорыв в направлении радикального совершенствования характеристик стрелкового оружия, вопрос в том, получится ли у них это?

Существует два основных пути повышения бронепробиваемости боеприпаса – повышение его кинетической энергии и оптимизация формы и материала боеприпаса/сердечника боеприпаса (разумеется, речь не идёт о разрывных, кумулятивных или отравленных боеприпасах). И здесь мы фактически упираемся в определённый предел. Пуля или сердечник для неё изготавливаются из керамических сплавов высокой твёрдости и достаточно высокой плотности (для повышения массы), твёрже и прочнее сделать их можно, плотнее вряд ли. Повышение массы пули путём увеличения её габаритов также практически невозможно в приемлемых габаритах ручного стрелкового оружия. Остаётся повышение скорости пули, например, до гиперзвуковой, но и в этом случае разработчики сталкиваются с огромными трудностями, в виде отсутствия необходимых порохов, крайне быстрого износа ствола и высокой отдачи, действующей на стрелка. Тем временем совершенствование СИБ идёт куда интенсивнее.

Читайте также: Ткань мультифорс фрт текстайм

Материалы

С момента своего появления средства индивидуальной бронезащиты проделали огромный путь от стальных кирас и пластин до современных бронежилетов из арамидной ткани со вставками из сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (СВМПЭ) и карбида бора.

Совершенствование СИБ идёт в направлениях поиска новых материалов, создания композитных и металлокерамических бронеэлементов, оптимизации формы и структуры элементов СИБ, в том числе на микро- и наноуровне, что позволит эффективно рассеивать энергию пуль и осколков. Прорабатываются и более экзотические решения, такие как «жидкая броня» на основе неньютоновских жидкостей.

Наиболее очевидным путём является совершенствование традиционных конструкций бронежилетов за счёт их усиления вставками из перспективных композитных и керамических материалов. В настоящий момент большая часть СИБ укомплектована вставками из термоупрочнённой стали, титана или карбида кремния, но постепенно идёт замена на бронеэлементы из карбида бора, обладающие меньшей массой и существенно большей стойкостью.

Структура

Другим направлением совершенствования СИБ является поиск оптимальной структуры размещения бронеэлементов, которые с одной стороны должны прикрывать максимальную площадь поверхности тела бойца, а с другой стороны не сковывать его движения. В качестве примера, пусть не совсем удачной, но интересной разработки, можно привести бронежилет «Шкура дракона» (Dragon Skin), разработанный и производимый американской фирмой Pinnacle Armor. В бронежилете «Шкура дракона» реализовано чешуйчатое расположение бронеэлементов.

Скреплённые диски из карбида кремния диаметром 50 мм и толщиной 6,4 мм обеспечивают удобство ношения данного СИБ за счёт определённой гибкости конструкции и одновременно достаточно большую площадь защищаемой поверхности. Также данная конструкция обеспечивает устойчивость к многократным попаданиям пуль, выпущенных из стрелкового оружия с ближнего расстояния – «Шкура дракона» выдерживает до 40 попаданий из пистолета-пулемёта Heckler & Koch MP5, винтовки M16 или автомата Калашникова (вопрос только, сколько из чего и каким патроном?).

Недостатком бронежилетов «чешуйчатой» схемы расположения бронеэлементов является практически полное отсутствие защиты бойца от запреградной травмы, что приводит к тяжким ранениям или смерти военнослужащих даже без пробития СИБ, вследствие чего бронежилеты данного типа не прошли испытания армии США. Тем не менее они используются некоторыми спецподразделениями и специальными службами США.

Аналогичная «чешуйчатая» схема была реализована в предназначенном для экстремальной защиты от холодного оружия советском бронежилете ЖЗЛ-74, в котором использовались бронеэлементы-диски диаметром 50 мм, толщиной 2 мм из алюминиевого сплава АБТ-101.

Несмотря на недостатки СИБ «Шкура дракона», чешуйчатое расположение бронеэлементов может быть применено в комбинации с другими типами бронезащиты и амортизирующих элементов для уменьшения запреградного воздействия пуль и осколков.

Учёные из американского Университета Райса разработали необычную структуру, которая позволяет объекту более эффективно поглощать кинетическую энергию, чем монолитный объект из того же сырья. Основой для научной работы стало изучение свойств сплетений углеродных нанотрубок, обладающих сверхвысокой плотностью за счёт особого расположения нитей, с полостями на атомном уровне, что позволяет им с высокой эффективностью поглощать энергию при столкновении с другими объектами. Поскольку полностью воспроизвести такую структуру на наноуровне в промышленных масштабах пока не представляется возможным, было принято решение повторить такую структуру в макроразмерах. Исследователи использовали полимерные нити, которые можно распечатать на 3D-принтере, но расположили их по той-же системе, что и нанотрубки, и в итоге получили кубики с высокой прочностью и сжимаемостью.

Чтобы проверить эффективность структуры, учёные создали второй объект из того же материала, но монолитный, и в каждый из них запустили по пуле. В первом случае пуля остановилась уже на втором слое, а во втором прошла гораздо глубже и нанесла урон всему кубу – он остался целым, но покрылся трещинами. Пластиковый куб с особой структурой также поставили под пресс, чтобы протестировать его прочность под давлением. Во время эксперимента объект сжался как минимум в два раза, но его целостность не нарушилась.

Деформация куба из полимерных нитей

Пенометалл

Говоря о материалах, свойства которых во многом определяются структурой, нельзя не упомянуть о разработках в области пенометалла – металлической или композитной металлической пены. Пенометалл может быть создан на основе алюминия, стали, титана, других металлов или их сплавов.

Специалисты Университета Северной Каролины (США) разработали стальной пенометалл со стальной же матрицей, заключив его между верхним керамическим слоем и тонким нижним слоем алюминия. Пенометалл толщиной менее 2,5 см останавливает бронебойные пули калибра 7,62 мм, после которых на задней поверхности остается лунка менее 8 мм.

Попадание пули в блок из пенометалла (в подписи к ролику написано про пулю калибра 12,7 мм, но в ряде других источников указано 7,62 мм)

Кроме всего прочего, пенометаллическая пластина эффективно снижает воздействие рентгеновского, гамма- и нейтронного излучения, а также защищает от огня и тепла вдвое лучше обычного металла.

Читайте также: Мебельная ткань для бескаркасной мебели

Другой материал с полой структурой – сверхлёгкая форма пенометалла, создан компанией HRL Laboratories совместно с Boeing. Новый материал в сто раз легче пенопласта – он на 99,99% состоит из воздуха, но обладает крайне высокой жёсткостью. По утверждению разработчиков, если этим материалом покрыть яйцо, и оно упадёт с высоты 25-ти этажей, то не разобьётся. Полученный пенометалл настолько лёгок, что может лежать на одуванчике.

В прототипе используются полые никелевые трубки, соединённые между собой, структура расположения которых похожа на структуру человеческих костей, что позволяет материалу поглощать много энергии. Толщина стенки каждой трубки составляет порядка 100 нанометров. Вместо никеля в перспективе могут применяться другие металлы и сплавы.

Презентация пенометалла компаний HRL Laboratories и Boeing

Данный материал или его аналог, как и вышеупомянутый структурированный полимерный материал, могут быть рассмотрены для применения в перспективных СИБ в качестве элементов лёгкого и прочного амортизирующего подпора, предназначенного для минимизации повреждений, наносимых организму запреградным воздействием пуль.

Нанотехнологии

В России слово «нанотехнологии» изрядно дискредитировано политиками и СМИ, поминающими его к месту и не к месту, в результате чего оно уже больше ассоциируется с коррупцией, чем с наукой. В тоже время нанотехнологии, манипуляция объектами на атомном и молекулярном уровне, создание веществ с заданной структурой, способны совершить переворот в промышленности и технологиях, равного которому не было в истории человечества. Интересующимся можно порекомендовать книгу «Машины созидания» одного из основоположников нанотехнологий Эрика Дрекслера.

Одним из самых перспективных материалов, которому прочат широкое применение в различных отраслях промышленности XXI века, является графен – двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Испанские специалисты разрабатывают бронежилет, в основе которого лежит графен. Разработки графеновой брони стартовали в начале двухтысячных годов. Результаты исследований признаны многообещающими, в сентябре 2018 года разработчики перешли к практическим испытаниям. Проект финансируется Европейским оборонным агентством и продолжаются в настоящее время, в работе участвуют специалисты британской компании Cambridge Nanomaterials Technology.

Аналогичные работы ведутся в США, в частности Университетом Райса и Университетом Нью-Йорка, где проводились эксперименты по обстрелу листов графена твёрдыми предметами. Бронеэлементы из графена предположительно будут значительно прочнее кевларовых и будут комбинироваться с керамической бронёй для получения наилучшего результата. Наибольшую сложность представляет производство графена в промышленных количествах. Однако, учитывая потенциал этого материала в разных отраслях промышленности, можно не сомневаться, что решение будет найдено. По инсайдерской информации, появившейся на страницах профильных СМИ в декабре 2019 года, компания Huawei планирует в начале 2020 года выпустить на рынок смартфон P40 с графеновым аккумулятором (с графеновыми электродами), что может говорить о существенных подвижках в области промышленного производства графена.

В конце 2007 года израильские ученые создали самовосстанавливающийся материал на основе наночастиц дисульфида вольфрама (соль металла вольфрама и сероводородной кислоты). Наночастицы дисульфида вольфрама представляют собой слоистое фуллерено-подобное или нанотубулярное образование. Нанотубулены обладают рекордными механическими характеристиками, принципиально недостижимыми для других материалов, удивительной гибкостью и прочностью, находящейся на грани прочности ковалентных химических связей.

Возможно, что в перспективе бронежилеты с наполнением из данного материала могут превзойти по характеристикам все другие существующие и перспективные образцы СИБ. В настоящий момент разработки СИБ на основе нанотрубок дисульфида вольфрама находятся в стадии лабораторных исследований из-за дороговизны синтеза исходного материала. Тем не менее, некая международная компания уже производит наночастицы дисульфидов вольфрама и молибдена в количестве многих килограммов в год по запатентованной технологии.

Крупная британская оборонная компания Bae Systems разрабатывает геленаполненный бронежилет. В геленаполненном бронежилете предполагается пропитать арамидное волокно неньютоновской жидкостью, обладающей свойством мгновенно твердеть при ударных воздействиях. Считается что «жидкая броня» является одним из наиболее перспективных направлений разработки перспективных СИБ. Такие работы ведутся и в России применительно к перспективному комплекту экипировки бойцов «Ратник-3».

Простейшую неньютоновскую жидкость может сделать практически любой – достаточно смешать крахмал с водой, с бронежилетами всё, конечно, сложнее.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что перспективные СИБ планируется создавать с использованием новейших технологий, находящихся на острие технического прогресса. Если же говорить о стрелковом оружии, то здесь такого буйства технологий не наблюдается. Что является причиной этого, отсутствие потребности или консерватизм оружейной сферы?

Многие проекты перспективных СИБ безусловно зайдут в тупик, но часть из них обязательно «выстрелит», и возможно сделает устаревшим всё стрелковое оружие XX века, как в своё время устарели луки, арбалеты и дульнозарядное стрелковое оружие. Кроме того, бронежилет не единственный важный элемент экипировки бойца, который способен радикально повысить его выживаемость в бою.

О том, какие ещё элементы экипировки повысят выживаемость бойцов на поле боя и почему это приведёт к увеличению значения стрелкового оружия, поговорим в следующем материале. Вкупе это позволит нам понять, почему необходимо создавать стрелковое оружие, обеспечивающее пробитие существующих и перспективных СИБ, и почему не стоит на этом экономить.

• Свежие записи
  • Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
  • Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
  • Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
  • Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
  • Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом