Арамід: історія створення та використання в бронежилетах

Нові матеріали й технології, в усі часи, першочергово використовувались для потреб війська. Від часу, коли лати відійшли в минуле й солдати на полі бою залишились без індивідуального захисту, йшов пошук оптимального захисного спорядження.

Довгий час, запропоновані рішення не задовольняли військове керівництво. Адже індивідуальний захист мав об’єднати, здавалось непоєднувані властивості: захищати від більшості загроз в бою, бути достатньо легким і дешевим у виробництві.

Новостворені кіраси аж ніяк не підходили на цю роль. Було очевидно — потрібен новітній матеріал, що одночасно буде легким й міцним аж настільки щоб захищати від куль та уламків. Таким матеріалом став арамід.

Історія створення араміду

Створення араміду сталося, майже, випадково у 1964 році. Слід зазначити, що комерційна назва араміду — кевлар. Тому, фактично, ці слова синоніми. Що ж таке арамід ? Це синтетичне волокно, яке має високу механічну й термічну стійкість. Першість у створенні цього волокна належить Стефані Кволек — науковиці-хіміку компанії DuPont. Причому, це сталося незаплановано.

Дослідницька група Кволек працювала над конкретним завданням — створення міцного волокна, який би замінив важкий стальний корд в автомобільних шинах. Стефані Кволек вирішила витягти волокно із розчину. При цьому, інженери, що відповідали за прядіння відмовлялись завантажувати цей розчин в машини, боячись поломки. Але, врешті, процес відбувся й волокно зробили. Для всіх було несподіванкою, що відбулось це легко й без ускладнень.

Коли отримані волокна відправили на тестування, Кволек спочатку не повірила в отримані дані — настільки вони були високі. Вона зробила перевірку декілька разів, поки не переконалась, що початкові цифри вірні. Тільки тоді вона оголосила про своє відкриття. Абсолютно новий матеріал — кевлар,компанія випустила на ринок в 1975 році. Це стало справжньою революцією в світі матеріалів.

Види арамідної тканини

Взагалі, існує певна кількість різновидів арамідної тканини. Вони дещо відрізняються характеристиками й сферою використання. Їх схожі, в цілому властивості, відрізняються в деяких показниках, але це дозволяє найоптимальніше використовувати певну арамідну тканину.

Отже, серед арамідних тканин розрізняють:

• К 29 — найбільш ходовий варіант кевлару. Саме цей вид кевлару застосовують для виготовлення бронежилетів. Також використовується у виробництві іншого військового спорядження, спортивної екіпіровки. Один з найдавніших видів арамідної тканини.
• К 49 — використовується для армування при виготовленні композитів. Основні сфери використання — суднобудівництво, авіабудівництво, виготовлення кабелів.
• К 100 — має пофарбовані волокна, тоді як зазвичай волокна кевлару чорні. Використовується для захисних й обшивочних покриттів, спортивного спорядження.
• К 119 — вид араміду з підвищеною міцністю й гнучкістю. Використовується для посилення різних виробів з гуми, наприклад, для виробництва корду в автомобільних шинах.
• К 129 — посилене арамідне волокно, що використовується при виробництві бронежилетів й захисних касок.
• КМ2 й КМ2+ — арамідне волокно з покращеними характеристиками. Має захист від вологи. Використовується у військовій промисовості.
• ХР — різновид КМ2+ волокна з додаванням смол. Має покращені балістичні характеристики, використовується у виробництві бронежилетів.

Властивості араміду

Арамід роблять унікальними його властивості. Ось головні з них:

• Термостійкість — матеріал зберігає свої властивості при нагріванні до + 450℃ та при опусканні температури до -196℃. При взаємодії з вогнем не димить і не плавиться. На відміну від схожого матеріалу Nomex, кевлар можна запалити, але він перестає горіти, коли дія вогню припиняється.
• Низька електропровідність — вироби з кевлару можна використовувати при роботі з електричним струмом.
• Стійкість до дії хімічних речовин — матеріал не втрачає міцності при взаємодії з хімічними та абразивними речовинами, не окислюється, на нього не впливає корозія.
• Не токсичний — не дивлячись на штучне походження матеріалу він абсолютно безпечний для людей та не викликає алергічних реакцій.
• Одночасно легкий і міцний — має висока міцність на розтягнення, що досягає десь 3650 МПа, при тому, що в сталі цей показник досягає 300 МПа.
• Гігроскопічний, не перешкоджає природному повітрообміну.
• Стійкий до механічних впливів — матеріал неможливо розтягти, порізати чи розірвати.

Поряд з цілим рядом переваг, кевлар має свої недоліки:

• Дія ультрафіолету — при тривалій дії ультрафіолетових променів (наприклад сонячного світла), кевлар може втрачати свої властивості.
• Низька міцність на стиск — опір розчавлюванню чи стисканню.
• Намокання — при тривалій дії вологи матеріал втрачає свої властивості
• Дія сильних кислот і лугів — при тривалому впливі сильних кислот і лугів, матеріал деградує.

Використання араміду у виробництві бронежилетів

Отже, ми розглянули, як створили арамід, що отримав комерційну назву кевлар та його основні властивості. Тепер давайте розглянемо, чому кевлар став підходящим матеріалом для використання в бронежилетах. Щоб розуміти, як він застосовується, слід уявляти будову сучасного бронежилету.

Узагальнений сучасний бронежилет складається з чохла, який має кармани для установки бронеплит, бронеплити та демпфера або підкладки, що поглинає кінетичну енергію від куль чи осколків. Саме чохол може мати бронепакет з кевлару, що, як правило, забезпечує перший чи другий клас захисту. Для підвищення класу захисту додатково використовуються бронепластини. Це стосується бронежилетів зовнішнього носіння.

Для бронежилетів прихованого носіння, які використовують кевлар, цей матеріал є основним захисним елементом, що забезпечує перший або другий клас захисту. Такий клас захисту бронежилету захищає від пістолетних калібрів.

Чому кевлар став таким хорошим антибалістичним матеріалом ? Це виходить з його будови. Щільно сплетені волокна полімерних молекул дуже важко роз’єднати — для цього потрібно багато енергії. Отже, коли куля чи уламок намагається пробити кевлар, їхня енергія забирається. Якщо їм, навіть вдається проникнути, вони занадто ослаблені щоб нанести серйозну шкоду.

Висновки

Винайдення араміду відіграло важливу роль у створенні бронежилетів. Завдяки своїм унікальним фізичним властивостям, арамідні матеріали дозволяють створювати легкі, але міцні бронежилети, які ефективно захищають від куль та уламків. З розвитком технологій і вдосконаленням виробничих процесів, арамідні волокна стають ще більш ефективними і доступними для виробництва бронежилетів. Поява нових видів арамідних матеріалів, а також комбінацій з іншими компонентами, може в подальшому підвищити рівень захисту, зручність і легкість бронежилетів.