Тепло, термо и огнестойкость полимерных материалов
 Скачать 4.94 Mb.
|
Органопластики (органиты, кевларопластики)ε + однонаправленных органоволокнитов 2,5–3%, орга- нотекстолитов 3–4%). Недостатки конструкционных органопластиков (ОП низкая σ – (соотношение σ – / σ + для органоволокнитов 0,1–0,2, для органотекстолитов 0,2–0,4), анизотропия σ + в плоскости листа (зависит от угла армирования, определяется малой межфибриллярной прочностью волокон АПА, для которых σ + II 2,0–3,8 ГПа, σ + около МПа для значений σ – анизотропия не наблюдается, во многом устраняются в поливолокнистых ВПКМ ( σ – органостекловолокнитов может быть повышена нас повышением σ + ). Более высокие показатели Е, σ – , а к , σ N · θ, G сд имеют органо- углеволокниты по сравнению с показателями органоволокнитов. Особенности поведения органопластиков при воздействии различных видов механического нагружения позволяют рекомендовать их для изготовления изделий, испытывающих критические растягивающие нагрузки нагруженные комбинированные конструкции (в сочетании с углепластиками); защитные экраны для комбинированной броневой защиты баллоны высокого давления (в том числе металлических баллонов, упрочненных намоточными органоволокнитами, для снижения массы баллона и обеспечения безосколочного характера разрушения корпуса РДТТ, ускорителей тонкие оболочки мало- и средненагруженных сотовых панелей, устойчивых к виброакустическим, абразивным, ударным воздействиям (элементы планера ЛА, внутренние конструкции — перегородки, бортовые, оконные, половые, потолочные панели, снижение массы до В конструкциях ГТД органопластики используют для изготовления 1) оболочек сотовых панелей холодного тракта (воздухозаборник, капот, кок, гондолы и др 2) защитных кольцевых экранов от скоростных осколков лопаток вентилятора скорость мс, энергия 30–50 кДж/м 2 ), удерживающих их в пределах габаритов поврежденного двигателя 3) широкополосных звукопоглощающих конструкций градиентного типа из органопластиков с различной плотностью. Тонкие аэроупругие саблевидные лопасти винто-вентиляторных двигателей из органопластика, длительно работающие при статическом и усталостном нагружении в режиме растяжения, способны саморазгружаться при воздействии изгибающих нагрузок от аэродинамического потока. Они эффективны при скоростях полета до 800 км/ч, обеспечивая повышение КПД и снижение шума в салоне и на местности. Использование ОП в обшивках хвостовых секций несущих винтов вертолета повышает (при замене секций из стеклопластиков) ресурс враз, благодаря высокой устойчивости ОП к интенсивным воздействиям акустических, вибрационных, знакопеременных и ударных нагрузок. В средненагруженных деталях и агрегатах ЛА используют поливолокнистые ВПКМ с небольшим содержанием углеродных волокон. Из таких органоуглепла- стиков изготовлены обтекатели стыка крыла и фюзеляжа, панели задней и передней кромок крыла и стабилизатора, крышки смотровых люков створки шасси в самолетах Boeing 767, 767, Airbus А. Руль высоты А представляет собой безнервюрную конструкцию кессонного типа треугольного сечения. Лонжерон и боковые панели выполнены в виде трехслойных конструкций с оболочками из эпоксидного орга- 20%, 45 кг по сравнению с конструкцией из алюминия, обтекатель стойки главного шасси, шарнирные створки шасси (межслоевые углеорганопластики, соты Для высоконагруженных элементов конструкций используют межслоевые гибридные ВПКМ (внешние слои из ОП для повышения ударной прочности). Замена стеклопластиков на органопластики повышает ресурс многих авиационных конструкций враз, снижает массу на 20–30% , замена алюминия на органопластики снижает массу самолетных конструкций на 12–26% , вертолетных — на 20–30% (при замене 90% обшивок планера вертолета на органопластиковые снижение массы на Особую группу ПКМ представляют материалы, формируемые из полуфабрикатов, в которых полимерные волокна являются матричными. Использование в волоконной технологии (в качестве матричных) волокон из жесткоцепных полимеров позволяет получить благодаря лучшему соотношению упругопрочностных свойств компонентов (по сравнению с ПКМ на основе реактопластов), термопластичные ПКМ (ТПКМ) с ценным комплексом технологических и эксплуатационных свойств. С получением волокон из полимеров, упругопрочностные свойства которых позволяют использовать их для создания композиций на основе армирующих высокопрочных и высокомодульных волокон, разработаны термопластичные ПКМ, в которых полимерные волокна (после расплавления) выполняют роль связующего на стадии приготовления композиции, матрицы — на стадии эксплуатации (волоконная технология ПКМ). Для арамидных волокон характерно сочетание высокого выхода кокса (энергия активации деструкции 260–270 кДж/моль, Т дестр ≈ 500 °C, коксовое число СВМ 53–59%, Терлона 37%) с большим объемом низкомолекулярных (водород, газы со средней молекулярной массой 15,6) газообразных продуктов деструкции. При использовании органопластиков в абляционной теплозащите формируется единый коксовый слой, состоящий из коксовых структур арамидного волокна, скрепленных между собой коксовым остатком матрицы, с низкими внутренним давлением газообразных продуктов и скоростью разрушения коксового слоя. При оптимальных режимах абляции органопластика скорость уноса массы враз меньше, теплопередача от набегающего потока в 2 раза меньше, масса конструкции на 30% легче по сравнению со стеклопластиком на основе кремнеземных и кварцевых волокон. Органоволокниты с арамидными волокнами применяются в конструкциях высокооборотных роторов различного назначения, в частности накопителей механической энергии — маховиков (удельная энергоемкость e w маховиков из ОП составляет 315 МПа·см 3 /г). Высокие значения σ и Е, низкая плотность являются основными требованиями к материалам, применяемым в производстве корпусов судов, особенно спортивных катеров, глиссеров, океанских гоночных яхт, парусных шлюпок, байдарок, каноэ. Эти же свойства обусловили широкое применение кевларопластиков в производстве разнообразного спортивного инвентаря клюшки для игр в гольф, луки, весла, теннисные ракетки, удочки, лыжи, оборудование беговых дорожек и спортивных арен Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость Благодаря высоким электрическим характеристикам органопластики находят применение в качестве обмоточных лент роторов электродвигателей для защитных элементов конструкций крупногабаритных электрогенераторов. В широком диапазоне частот от 1 кГц до 10 ГГц они имеют низкую (4) диэлектрическую проницаемость и используются для изготовления легких корпусов параболических антенн, антенных обтекателей (особенно, когда имеют место повышенные требования по радиопрозрач- ности в узком диапазоне длин волн). Высокие диэлектрические характеристики в сочетании с отрицательным КЛТР обусловили широкое использование ОП в производстве электронных плат с регулируемой жесткостью (высокая стабильность размеров плат, сопротивление раздиру, несминаемость). Так как они существенно легче стеклопластиковых, им отдается предпочтение при производстве электронной аппаратуры для систем управления (авионики) ЛА. Легкие тонкие листовые материалы на основе тканей и войлока (органогетинаксы) используются в производстве динамиков радиоприемников, магнитофонов (вследствие высокого Е достигается значительное усиление звука, в производстве деталей радио- и телевизионных приемников. Для органопластиков характерна высокая поглощающая способность механической вибрации и звука. Бумага из поли-м-фениленизофталамида (Фенилон, БФСК, Бумажные композиции формируются из волокон Фенилон, Nomex с соотношением) и волокнистого связующего (ВПС, фибриды, 73–67%). Суспензию осаждают на сетках бумагоделательной машины, уплотняют и каландрируют при 280 °C и давлении 30 бар. Благодаря высоким диэлектрическим свойствам ( ρ v 2·10 16 Ом·см) бумага используется в пазовой электроизоляции и для изготовления органогетинаксов [348, 354]. Фирма Du Pont производит [349] бумаги (ширина 610, 914, 965 мм) Nomex тип 410 (толщина 0,05–0,76 мм, тип 411 (некаландрированная, толщина 0,13–0,58 мм, тип 414, 418, 419, Е56А; прессованные картоны, нетканые материалы Е88С/309С, С, Н, Е140/320Н; гетинаксы из бумаги пленок Mylar, Kapton; прошивные войлоки, полотна, жгуты. На основе бумаг Nomex разработано свыше 100 изоляционных материалов, используемых в электродвигателях и трансформаторах (рабочая температура 130–220 °C, напряжение до 34,5 кВ). Класс огнестойкости бумаг по UL 94 V-0, КИ 22–32 (бумага типа 27), 28,5 (тип 411), 63 (тип 418), σ + 300 МПа (толщина 0,5 мм) [302]. Фирма Du Pont (США) и ОНПП Технология (Россия) производят бумагу из волокон Kevlar, Русар (СВМ). Полимеросотопласты (ПСП, Nomex) [293, 302, 349, На основе бумаг БФСК-50,75 (Россия) и бумаг Nomex (с 2000 г) разработаны сотопласты ПСП-1,2 для мало- и средненагруженных конструкций, ПСП-1-60, 85, 100 на основе дублированных бумаг — для заполнителей оболочек конструкционного назначения с плотностью 22–60 кг/м 3 . Фирма Hexcel (США) среди около 500 типов сотовых заполнителей (из сплавов алюминия 5052, 5056, 2024 соты CR-111; сте- клосотопласты HRP и др) производит более 30 типов сотопластов Nomex HRH 10. По сравнению со стеклосотопластами конструкции с заполнителями ПСП, Nomex Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость имеют на 30–50% более высокие показатели удельной прочности при сжатии, изгибе и отрыве. При одинаковой кажущейся плотности 40 кг/м 3 и размере ячеек прочность при сжатии органосотопласта на 35–45% больше прочности сотовых панелей из алюминиевой фольги при температурах до 150 С. Сравнительные характеристики сотовых заполнителей приведены в табл. Основное применение сотовых заполнителей ПСП, Nomex HRH 10 — интерьеры широкофюзеляжных самолетов (ИЛ, 96, Boeing, Airbus), вертолетные, ракетные многослойные оболочковые конструкции. Таблица 4.41. Сравнительные свойства сотопластов различных типов и состава Тип сотопласта Плотность, кг/м 3 Прочность, МПа Модуль упругости, МПа σ – τ сд Е – G 1 ПСП-1-2,5-100 100±5 5 2,75 170 115 ССП-1-2,5-100 100±10 3,5 — — — HRH-10 96±10 4,5–5,7 1,82–2,3 420 91–102 Aramex 96±10 4,5–5,5 1,9–2,5 — 75–80 AFP 96±10 4,5–5,7 — — — 2 ПСП-1-2,0-85 85±5 3,45 2,35 110 85 ССП-1-3,5-85 85±15 3,0 — — — HRH 10 72±7 2,8 1,6 — 66 3 ПСП-1-1,8-60 60±5 2,2 1,7 85 75 ССП-1-4,2-70 70±10 1,8 — — — HRH-10 64±6 2,5–3,3 0,7–1,6 196 53–64 Aramex 64±6 2,4–2,75 1,5–1,75 — 50–54 AFP 64±6 За рубежом в производстве сотопластов Nomex HRH, в России — сотопластов типа ПСП для авиакосмических конструкций (силовых, интерьерных, радиопрозрачных) используют бумаги Nomex (температурный индекс UL-RTI по UL 746B — 220 °C, КИ до 60%). Сотопласты HRH-10, 78, CFC-20, PN 1, 2, Gillcore HA, HD (гексагональные ячейки, ECA-R-1, Cormaster C1 (прямоугольные ячейки) на основе фенольных связующих и бумаг Nomex эксплуатируются при температурах до 175 °C; сотопласты HRH-310 с имидным связующим Skybond — до 250 Для повышения эксплуатационных свойств сотопластов разработаны бумаги на основе волокон Kevlar (Du Pont), волокон СВМ, Русар (ФГУП «ОНПП Технология. Сотопласты Gillcore HK (Gill Corp.), HRH-36 (Hexcel Corp.), Cormaster N636 (Schutz), PK-2 Kevlar N636 (Plascore), Kevlar N636 (Hexcel) получают, используя Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость бумагу из волокон Kevlar 49 и фенольные связующие, что позволяет на 25% снизить плотность сотопластов по сравнению с сотопластами на основе бумаги Nomex и сот из алюминиевой фольги. Сотопласты HRH-36 с ячейками 3,2 мм плотностью 72 и 96 кг/м 3 имеют σ – соответственно 3,66 и 6,67 МПа. Многослойные металл-полимерные (супергибридные) материалы Алор (ARALL) Алор (алюминий-органит) — слоистая металлопластиковая композиция, в которой фольга из алюминиевых сплавов ДАТ, В 95 П ТОТ толщиной 0,5–2 мм склеена с органопластиками на основе нитей СВМ с толщиной монослоя 0,15–0,25 мм. Чередование слоев в Алорах позволяет повысить прочность слоистого КМ с одновременным повышением вязкости разрушения, стойкости к локальным повреждениям, усталостным трещинами другим концентраторам напряжений. Органопластик в Алоре перераспределяет напряжения за счет их релаксационного выравнивания. При высоких степенях деформирования Алора возрастающую роль играет безопасное накопление повреждений в слоях органопластиков, сопровождаемое появлением остаточной необратимой деформации. При образовании в слоях металла начальной трещины Органит разгружает металлические слои, снижает интенсивность напряжений в зоне трещины, останавливает их рост благодаря высоким значениям длительной прочности, вязкости разрушения, низкой скорости роста усталостной трещины. Способность к штамповке обеспечивается оптимально выбранной текстурой наполнителя в органопластике (относительное удлинение войлоков — 7,5%, тканей, однонаправленных лент из Kevlar, СВМ, Русар — 1,5%) и пластичностью металлического сплава фольги. Радикально упрощает штамповку использование в полимерных слоях термопластичных ВПКМ. Материалы Алор (Arall, Дельфтский университет, Нидерланды, фирма) позволяют снизить массу конструкций на 15–30%, стимулируют переход от однослойных к многослойным оболочкам (перспективная тенденция) в конструкциях авиастроения (вертикальный, горизонтальный стабилизаторы обшивки хвостового оперения, панелей фюзеляжа, автомобилестроения, строительстве, позволяя повысить их ресурс в условиях динамического нагружения более чем враз Полимерная броня Ткани особой текстуры, в том числе из гидрофобизированных полиарамидных волокон, нашли применение в качестве основы броневых материалов, эффективно противостоящих высокоскоростному высокоэнергетическому воздействию (баллистическому, инденторному, проникающему) [302, Для изготовления материалов и конструкций, предназначенных для однократного удержания высокоскоростного высокоэнергетического удара различной интенсивности, используют) ткани различной текстуры на основе волокон из ароматических полиамидов (Kevlar, СВМ, Русар, Twaron и др, сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Spectra, Dyneema и др) — полимерная текстильная (тканая) броня Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость В России для броневых материалов используют нити Русар Н 58,5 (тип Аи В, 100, 167 текс; ARTEC 31 и 58,8 текс, АРУС 58,8 (600 микрофиламентов), 29,4 текс (300 микрофиламентов). АРУС 29 текс (защитные свойства на 10–15% выше, чем при использовании Русар 29 текс); нити 25, 45, 60, 125 НШТ; нити Термотекс. Для других применений используют нити СВМ-Н 14,3; 29,4; 58,8 текс, Армос 58,8 текс, жгуты 600 текс (тип Б, В, 650 текс; ровинг Русар 1000 текс; шнуры ШВТ-2, 3, 4 (диаметр, мм, канаты КС-2, 3, 4, 6, 8, 10 диаметр мм) органо- и стеклотекстолиты на основе тканей из волокон Kevlar, СВМ, Армос, Русар, стеклянных и их смесей с полимерными и термореактивных (олигоакри- латы, олигомалеинаты, эпоксидные, термопластичных (блок-сополимерные, иономерные), эластомерных связующих с высокой энергией разрушения при ударных нагрузках — полимерная композиционная броня) супергибридные полимер-металлические и полимер-керамические межслоевые композиционные материалы — комбинированная броня) нанополимерные материалы на основе полимерных гелей и электроактивных полимеров. В полимерных текстильных материалах, обеспечивающих защиту от высокоскоростного инденторного воздействия (мягкая броня) используют многослойные пакеты из тканей (и войлоков) с определенным плетением волокон (текстурой. Наиболее эффективны ткани из волокон со специфической фибриллярной структурой, образующейся на стадии вытяжки из растворов, расплавов, гелей волокнообразующих полимеров при оптимальной степени вытяжки. Наибольшее применение в качестве компонентов материалов мягкой брони получили волокна из ароматических полиамидов СВМ, Армос, Русар (Россия, Kevlar (Du Pont, США, Twaron (Enka, Нидерланды) и волокна из СВМПЭ Spectra (Allied Fibers, США, DYNEEMA (DSM, Нидерланды). Удержание высокоскоростного удара полимерными волокнами с фибриллярной структурой обеспечивается комплексным механизмом торможения роста трещин благодаря) созданию барьеров на пути трещин за счет фибриллярного расщепления волокон на плоскости с минимальной поверхностной энергией участия межфибриллярного взаимодействия в перераспределении механических напряжений между структурными элементами волокна и межфазной областью ветвления трещин преимущественно в аксиальном направлении, в результате чего поверхность разрушения волокон в сотни раз превосходит площадь их поперечного сечения участия межфазной области в перераспределении и релаксации напряжений) затупления вершины трещины вследствие многостадийного протекания релаксационных процессов демпфирования и релаксации напряжений при контакте растущей трещины с поверхностью из-за низкого Е волокон) низкой чувствительности волокон к концентраторам напряжений) сильной фибрилляции с отщеплением микрофибрилл с поверхности волокон при увеличении деформации, накоплении дефектов Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость Обмен энергиями между двумя системами трещин выражается в том, что при предельном расщеплении и проскальзывании структурных элементов волокна относительно друг друга, волокно работает как микрокомпозиционный материал, часть которого выполняет функцию матрицы вплоть до момента разрыва фибрилл отдельного филамента. Множественность актов разрушения фиксируется акустической эмиссией, уровень которой более чем в 3 раза выше, чем при разрушении углеродных волокон. Разрушение волокон практически при всех видах механического нагружения обязательно проходит через стадию межфибриллярного расщепления волокна с последующим обрывом отдельных продольно расположенных структурных элементов. При разрушении волокон из АПА выделяется вдвое больше энергии, чем при разрушении хрупких волокон. Три четверти этой энергии расходуется на создание развитой поверхности разрушения и деформацию расщепленных волокон. Процесс разрушения высокопрочных арамидных волокон можно классифицировать как обширное аксиальное расщепление, в котором при статическом нагружении длина трещин примерно враз превышает диаметр волокна, а в случае усталостного нагружения волокна знакопеременными нагрузками длина трещин примерно враз превышает диаметр волокна (враз больше. Такой характер разрушения волокна обусловливает многие важные эксплуатационные свойства, в том числе высокую стойкость к ударному и усталостному нагружению. При импульсном высокоскоростном растяжении для филаментов СВМ, Армос, Twaron характерно одноэтапное разрушение, для филаментов Русар — трехэтапное, что резко повышает стойкость изделий на основе Русар-С, Русар НТ к пенетрации. Исследования, проведенные на образцах мягкой (тканевой) брони из тканей ТСВМ (арт. ДЖ) саржевого переплетения, тканей из волокон Twaron (фирма Akzo Nobel), ткани Twaros (полотно из нитей Twaron 93 текс), изготовленных на основе волокон подшлихтованных, отмытых и гидрофобизированных, показали сложность и многофакторность стойкости мягкой брони, которая повышается при увеличении энергоемкости тканевого материала (его прочности и деформируемости. Стойкость брони определяет комплекс свойств (деформируемый объем, его форма, поля нагру- жений — деформаций, коэффициенты внешнего трения, количество адсорбированной влаги, частота и амплитуда колебаний динамического нагружения, скорости распространения обратимой и необратимой деформаций) и особенно текстура ткани. Так, искривленность нитей в ткани Twaros полотняного плетения по сравнению с тканью ТСВМ (саржа) с учетом зазора между нитями, зависящего от степени натяжения утка и основы, в 1,25 раза выше. Важным свойством арамидных нитей (как и многих других волокнистых конструкций) является дискретность их структуры. Каждая нить состоит из множества моноволокон (филаментов). Например, в нити СВМ линейной плотностью 29,4 текс таких филаментов 200. Дискретность структуры определяет высокую стойкость нитей к изгибным напряжениям. Малый диаметр моноволокон позволяет нитям выдерживать значительные изгибные напряжения без разрушения. В современной бронеодежде используются ткани полотняного, саржевого, сатинового (атлас) переплетения из нитей с линейной Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость плотностью от 14 до 110 текс. Толщина тканых бронепакетов колеблется от 6–7 мм (1 класс защиты) до 18–20 мм (2 класс — предел для текстильной брони). Разработка тканых структур для мягкой брони, в связи со сложностью процессов, имеющих место при динамических скоростях нагружения и интерпретации результатов испытаний, ориентируется во многом на результаты экспериментальных испытаний, которые позволяют сформулировать некоторые рекомендации) эффективны пакеты из слоев тканей различного типа. Верхние слои первыми принимают на себя высокоскоростной удар и должны обеспечить максимальный отбор энергии индентора. Нижние слои не должны подвергаться пенетрации и миниминизировать травмирование организма человека) лицевые слои пакетов пробиваются по механизму «раздавливания», для них необходимы ткани со структурой, которая эффективно преобразует локальное воздействие индентора в распределенный по объему конус деформации, в котором нити работают, в основном, на растяжение) лицевые жертвенные и тыльные слои многослойного текстильного бро- непакета целесообразно изготавливать из плотных тканей. Толщина тканей средних слоев и количество переплетений на единицу длины нитей утка и основы должны быть меньше, чему лицевых и тыльных слоев. К основным критериям, характеризующим различные по составу и конструкции средств защиты от высокоскоростного высокоэнергетического ударного (условно, от баллистического удара) инденторного (проникающего) воздействия (внедрения, пенетрации, относятся) классы защиты. По ГОСТ Р 50744–95 «Бронеодежда. Классификация и общие технические требования средства индивидуальной защиты человека (броне- одежда, бронешлемы, бронежилеты) классифицируются шестью основными и тремя дополнительными классами защиты) баллистические показатели, рекомендуемыми стандартами США: а) стандарт министерства юстиции США (N.I.J. Standard - 0101.03 US Department of Justice). Критериями, определяющими эффективность брони, являются число слоев брони, обеспечивающих защиту от поражения индентором глубина проникновения индентора в подложку из глины (глина ОМА N1, нагретая до температуры, при которой глубина отпечатка индентора с полусферической головкой диаметром 45 мм, массой 1 кг, сброшенного с высоты 1 м, составляет 25±3 мм, на которую закреплен образец брони (предельно допустимое проникновение индентора, глубина отпечатка 45 мм); б) военный Стандарт (Military specification) МIL-Р-46593А (ORD). Для испытаний используют образцы в виде дисков диаметром 30,5 см, толщиной 2 см, индентор — пули калибра 22, диаметр 9 мм, масса 8 г, скорость полета 610 мс. Критериями, определяющими эффективность брони, являются А (the areal density of the fiber) — масса волокон в 1 м полимерной брони АТ (the areal density of the target) — массам брони V 50 — 50%-ная задержка броней стальных пуль и фрагментов (осколков) массой 0,39 г Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость SЕА (Specific Energy Absorption, the ratio of projectile kinetic energy at V 50 to AD) — относительная энергия, поглощенная мишенью после воздействия пули с кинетической энергией от энергии, вызывающей задержку броней 50% пуль, до энергии поглощенной волокнами в составе брони SЕАТ (Specific Energy Absorption of the Target, the ratio of projectile kinetic energy at V 50 to AD) — относительная энергия, поглощенная мишенью, после воздействия пули с кинетической энергией от вызывающей задержку броней 50% пуль до энергии, поглощенной броней; в) MIL Standard 6620 V 50 Testing (образцы соответствуют МIL-Р-46593А). Критерием, определяющим эффективность брони, являются баллистический предел V 50 скорости пули, при которой 50% попаданий пуль в мишень соответствует полному пробитию (пенетрации) материала брони. Материалы для бронеодежды в своем совершенствовании сточки зрения использованных волокон для изготовления мягкой брони прошли следующие стадии 6 → Nomex → Kevlar 29 → Kevlar 129, Twaron → Kevlar 49; в России — СВМ, Армос, Русар. Конкурентами волокнам Kevlar для бронеодежды являются волокна на основе СВМПЭ Spectra, Dyneema, волокна СВМ — Русар С, НТ. Листы из тканей определенной текстуры, например, саржа 2/2 на основе нитей (дтекс) Kevlar Т (3300), Т (1100, 1670), для брони военной техники, Kevlar Н (100), Т (1000, 1670), для бронежилетов, Kevlar Н (129), Т964С (840, 930, 1000), Т965С (1580), для брони военной техники, Kevlar Т (215, 420, 1270, 1580, 2400) для бронежилетов. Ткани из волокон Spectra, Dyneema, Twaron обеспечивают в 2 раза более эффективную защиту по сравнению с использованием тканей из волокон при равной массе и равную защиту при массе бронежилета, меньшей в 2 раза. Мягкая броня из волокон этих типов в 3 раза легче брони на основе тканей из стеклянных волокон. Бронежилеты из семи слоев ткани (равнопрочная, полотно) из нитей Kevlar 29 (111 текс, 31 нить/см) враз легче бронежилетов со стальными бронеэлементами. Прочность и модуль упругости волокон Kevlar129 несколько выше прочности и модуля упругости волокон Kevlar 29 (соответственно, 2,92 и 3,2 ГПа, 69–77 и 75–98 ГПа), что обеспечивает более эффективное поглощение энергии высокоскоростного удара. Бронежилеты из Kevlar 129 на 10–15% легче и 20–25% тоньше бронежилетов из Kevlar 29 при одинаковых защитных от высокоскоростного удара свойствах. Защитные свойства от пуль 9,6 мм касок и бронежилетов с волокнами Kevlar 49 соответственно на 25 и 50% выше, чем с волокнами Kevlar Свойства бронежилетов из тканей с волокнами Twaron, Twaron microfilament в нитях 1000 филаментов меньшего диаметра, в Twaron — 750) и волокнами Kevlar 29, 129 аналогичны. Легкие и гибкие бронежилеты противопулевой и противоосколочной защиты Kevlar Comfort защищают также от ножевых ударов и проколов, смягчают травмы, бронежилеты Kevlar Comfort (артикул 310), Comfort AS (артикул 288) — от ножевых ударов с энергией до 65 Дж, Comfort (артикул 270), Kevlar Correctional — от удара шилом (бронежилеты для тюремной охраны, KR 42 — от ножевых ударов с энергией до 65 Дж. Противопулевые бронежилеты разработаны на основе волокон Kevlar Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость НТВ-Comfort (артикул 300) с использованием однослойных АТ и многослойных АТ, в том числе женских бронежилетов, АТ бронепакетов, Comfort А (артикул 708). Броня Kevlar Comfort легче на 15 % брони на основе Kevlar Нина легче брони из Kevlar 29, соответственно эффективнее показательна и 35%, устойчивее к продавливанию на 27 и В России средства индивидуальной защиты (бронежилеты, защитные шлемы, щиты, костюмы) производят ряд предприятий (НИИ стали, Институт спецтехники МВД «Трансмаш», ОАО «Армоком» и другие, используя ткани из волокон СВМ, Армос, Русар. В НИИ спецтехники МВД разработаны модификации бронежилетов Консул, Атлас (с биостимулятором, который подает слабый электроразряд на мышцы спины, Кора (армейский жилет с мощной защитой спины и груди от автоматной пули полимер-керамический). В ОАО «Армоком» при ЦНИИСМ разработано и производится более 30 типов защитных средств (КЗ — классы защиты бронежилеты скрытного ношения СК-Л класс защиты К 1), СК-А, СК-П (КЗ 1, 2), СК-Т (КЗ 1, 2, 5), СК-Н (КЗ 1, 2, 3, 5), СК-Б (КЗ 1, 2, 3, 5, 6) с площадью защиты от 8 до 53 дм, массой 1,4 –13,4 кг бронежилеты наружного ношения СК-Р (КЗ 1), СК-Д (КЗ 2, 3, 5), СК-И (КЗ 1, 2, 3, 5), СК-СП, СК-БР (КЗ 1, 2, 3, 5, 6) с площадью защиты 15–63 дм, массой 3,1–16,1 кг бронешлемы СКАТ, СКИФ (КЗ 1,2); другие специальные средства — защитные комплексы Б, Б, защитные шлемы 6Б7-1М (дискретно-тканевые на основе микрофиламентных нитей, ЛШЗ-2ДТ, СКАТ-2ДТ (V 50 до 800 мс, в 1,5 раза легче металлоарамидных). Тканевая броня на основе микрофиламентных нитей Русар имеет лучшие на 20–25% показатели противоосколочной стойкости (на 30% пулевых ранений приходится 70% осколочных. Уменьшение числа круток нити нам со 100 до 50 приводит к увеличению противоосколочной стойкости на 10–15%. При воздействии поражающего элемента на ткань саржевого переплетения нити основы и утка одновременно подключаются к противодействию пуле (осколку. Многослойные дискретно-тканевые бронепакеты (слои соединены внахлест, рыбья чешуя) обеспечивают разворот пули дои остановку ее в первых слоях материала Бронежилеты (в том числе детские) обеспечивают защиту см от пуль ТТ, ПСМ, ПМ. Защитные тканевые костюмы с бронеэлементами и навесными бронепластинами типа «Грот-3В») защищают от осколков при взрыве небольшой мощности, например, ручной гранаты, при разминировании. Использование полиарамидных волокон Русар С, НТ (в тканях Русар № 295, волокна Русар НТ термовытянутые, линейная плотность 28–58 текс, Русар № 395, волокна Русар С термовытянутые, № 392, № 399 производства НПО «Термотекс») в изделиях защиты от высокоскоростных инденторных внедрений типовых инденторов (по ГОСТ Р) снижает массу элементов мягкой защиты на 50–100% по сравнению с массой брони, использующей волокна Kevlar. Использование тканей арт. 11939 (саржа, 11943 (вафля) повышает характеристики защитных изделий на 20–40%. Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость Недостатком защитных материалов на основе полиарамидных волокон является их высокая влагоемкость, снижающая защитные свойства бронежилетов (частично снижается при использовании гидрофибизированных волокон). Полимерная броня из непропитанных полимерными связующими тканей с определенным плетением волокон применяется в качестве защиты от высокоскоростных ударных нагрузок конструкций вертолетов, самолетов, ГТД (защита конструкций при разрушении разделительных колец турбинных лопаток кольцевой экран толщиной мм, сформированный из 75—100 слоев тканей из полиарамидных волокон, задерживает осколки разрушенного колеса с частотой вращения 6000 об/мин из ванадий-никель-хромового сплава). К преимуществам текстильной брони, при сравнении ее с другими защитными структурами 1–2 класса защиты, следует отнести меньший веси больший комфорт при эксплуатации изделия. Толщина тканых бронепакетов разных фирм-производителей колеблется от 6–7 мм для 1 класса защиты до 18–20 мм для го. В составе защитных структур могут применяться демпферы различных конструкций для уменьшения травмирования организма человека. Использование ВПКМ различного состава и структуры в качестве броневых материалов имеет ряд особенностей. Пенетрации высокоскоростного индентора в многослойные пакеты из тканей препятствуют волокна, деформирующиеся с растяжением и сжатием и поглощающие энергию удара при разрушении. Деформации волокнистой фазы ВПКМ, зафиксированной в материале с отвержденным, застеклованным связующим, ограничены, что приводит к определенному снижению показателей защитных свойств ВПКМ при воздействии высокоскоростного индентора по сравнению с показателями многослойных тканевых пакетов из волокон Kevlar, СВМ, Русар. В тоже время легкая формуемость полимерных композиций позволяет) изготавливать защитные изделия с дискретными волокнами сложных фиксированных форм (бронешлемы, бронекаски и др) использовать ВПКМ с непрерывными волокнами и тканями в качестве наполнителей для бронезащиты от пенетрации инденторами короткоствольного стрелкового оружия, осколков или бронировании транспортных средств) использовать в качестве жестких подложек в различных типах полимер- полимерной, полимер-керамической, полимер-металлической брони. Для изготовления конструкций, предназначенных для однократного удержания высокоскоростного удара используются орган- и стеклопластики на основе хрупких полимерных матриц с высокой энергией разрушения. При высокоскоростном ударном воздействии накопление дефектов в ВПКМ сначала идет отдельно в матрице и волокнах (в матрице и стеклянных волокнах — хаотичная система трещин, в полимерных волокнах накапливаются аксиальные трещины с локальным обрывом фибрилл). Для изготовления армейских касок и защитных жилетов в США используют органопластики на основе матов из коротких волокон (Kevlar 29,970, длина 6,35 или 50,8 мм и Kevlar 49,966, длина 12,7 мм Практическое использование принципов, определяющих термоустойчивость |