Арамід: використання в бронежилетах, різновиди та властивості

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

Тривалий 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-хімікині компанії DuPont. Причому це сталося незаплановано.

Дослідницька група Кволек працювала над конкретним завданням — створення міцного волокна, яке б замінило важкий сталевий корд в автомобільних шинах. Стефані Кволек вирішила витягти волокно із розчину. Водночас інженери, що відповідали за прядіння, відмовлялись завантажувати цей розчин у 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 правильні. Тільки тоді вона оголосила про своє відкриття. Абсолютно новий матеріал — кевлар — компанія випустила на ринок у 1975 році. Це стало справжньою революцією у світі матеріалів.

Види арамідної тканини

Взагалі, існує певна кількість різновидів арамідної тканини. Вони мають певні відмінності у характеристиках й сфері використання. Їх схожі загалом властивості відрізняються в деяких показниках, але це дозволяє найоптимальніше використовувати певну арамідну тканину у тих чи інших цілях.

Отже, серед арамідних тканин розрізняють:

• К 29 — найбільш ходовий варіант кевлару. Саме цей різновид кевлару застосовують для виготовлення бронежилетів, захисних модулів для плитоносок тощо. Також використовується у виробництві іншого військового спорядження, спортивного екіпірування. Один із найдавніших варіантів арамідної тканини.
• К 49 — використовується для армування під час виготовлення 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 — арамід із підвищеною міцністю й гнучкістю. Використовується для посилення різних виробів з гуми, наприклад, для виробництва того самого корду в автомобільних шинах.
• К 129 — посилене арамідне волокно, що використовується під час виробництва бронежилетів і захисних касок.
• КМ2 й КМ2+ — арамідне волокно з покращеними характеристиками. Має захист від вологи. Використовується у військовій промисловості.
• 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 у роботі з електричним струмом.
• Стійкість до дії хімічних речовин — матеріал не втрачає міцності при взаємодії з хімічними та абразивними речовинами, не окиснюється, на нього не впливає корозія.
• Не токсичний — попри штучне походження він абсолютно безпечний для людей та не викликає алергічних реакцій.
• Одночасно легкий і міцний — має високу міцність на розтягнення, що досягає десь 3650 МПа, хоча в сталі цей показник досягає 300 МПа.
• Гігроскопічний, не перешкоджає природному повітрообміну.
• Стійкий до механічних впливів — матеріал неможливо розтягти, порізати чи розірвати.

Поряд із цілою низкою переваг кевлар має свої недоліки:

• Дія ультрафіолету — за тривалої дії ультрафіолетового випромінювання (зокрема сонячного світла) кевлар може втрачати свої властивості.
• Низька міцність на стиск — опір розчавлюванню чи стисканню.
• Намокання — за тривалої дії вологи матеріал втрачає свої властивості.
• Дія сильних кислот і лугів — за тривалого впливу 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 розгляньмо, чому кевлар став підхожим матеріалом для використання в бронежилетах. Щоб розуміти, як він застосовується, слід уявляти будову сучасного бронежилета.

Узагальнений сучасний бронежилет складається з чохла, який має кишені для установки бронеплит, демпфера або підкладки, що поглинає кінетичну енергію від куль чи осколків. Саме чохол може містити бронепакет з кевлару зазвичай першого чи другого класу 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 і також забезпечує перший або другий клас захисту. Такий клас захисту бронежилета здатен протистояти невеликим калібрам.

Чому кевлар став хорошим антибалістичним матеріалом? Це пояснюється його будовою. Щільно сплетені волокна полімерних молекул дуже важко роз’єднати — для цього потрібно багато енергії. Отже, коли куля чи уламок намагається пробити кевлар, їхня енергія поглинається. Якщо їм навіть вдається проникнути в шари матеріалу, вони занадто ослаблені, щоб завдати серйозної шкоди.

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 ефективнішими і доступнішими для виробництва бронежилетів. Поява нових видів арамідних матеріалів, а також комбінацій з іншими компонентами може надалі підвищити рівень захисту, зручність і легкість бронежилетів.