Тел. +7 (495) 586-90-21
Факс +7 (496) 543-25-27
info@npptermoteks.ru

Защитные свойства арамидных текстильных структур.

В.Г. Бова, И. В Тихонов - ООО НПП «Термотекс»

Г.Б.Склярова, Л.А.Новикова - ОАО «Каменскволокно»

А.В. Бова, А.Ю. Кутюрин - ООО НПП «Термотекс»

Испытания ряда мягких защитных панелей, составленных из баллистических тканей разных текстильных структур на основе арамидной нити показали определенное баллистическое преимущество тканей, изготовленных из микрофиламентной нити. По сравнению с обычной арамидной нитью линейной плотности 29,4 текс, которая имеет 200 элементарных нитей, в микрофиламентной нити число элементарных нитей доведено до 300. При взаимодействии арамидной ткани с баллистическим снарядом (осколком или пулей) наряду с перемещением составляющих ткань комплексных нитей основы и утка, происходит взаимное перемещение элементарных нитей, составляющих наружные и внутренние слои комплексных нитей. Взаимное перемещение трущихся друг о друга элементов текстильной структуры вызывают поглощение части энергии баллистического снаряда, способствуя задержанию внедряющегося в пакет осколка или пули. Увеличение количества элементарных нитей повышает величину их поверхности, вызывая дополнительное рассеивание энергии.

Так, теоретический диаметр элементарной нити в комплексной нити линейной плотности 29,4 текс - 11,25 мкм при количестве элементарных нитей равном 200 и 9,27 мкм при увеличении их числа до 300. При этом площадь взаимодействия увеличивается почти на 2 %, что должно способствовать повышению баллистической стойкости мягких защитных структур. Для дальнейшего повышения их эффективности было решено увеличить количество элементарных нитей до четырёхсот, а поскольку микрофиламентная нить нарабатывалась на фильерной вытяжке +8 %, в отличие от общепринятой для арамидных нитей мокрого способа формования – 40 % и ниже, было решено изучить влияние и этого фактора, тем более что по даннымамериканских исследователей (1), Российская микрофиламентная нить, наработанная на фильерной вытяжке +8%, имеет почти в два раза более высокую динамическую прочность, чем Кевлар.

Опытные партии арамидной нити линейной плотности 29,4 текс нарабатывали на фильерах с количеством отверстий 200, 300 и 400 при фильерных вытяжках от +25 % до –25 % на опытной установке ОАО «Каменскволокно».

Всего было наработано 42 образца нити. Анализ результатов физико-механических испытаний нитей показал определённое преимущество фильер 200/0,095; 300/0,075 и 400/0,065 (числитель – количество отверстий, знаменатель – диаметр отверстий в мм), обеспечивших на положительных фильерных вытяжках (соответственно 34,9; 26,2 и 26,4%), повышенные прочностные и модульные характеристики арамидных нитей. На этих фильерах было решено наработать опытные партии нити для изготовления арамидных тканей с последующим их баллистическим испытанием.

В таблице 1 представлены усреднённые значения замеренных диаметров элементарных нитей, полученные на каждой из испытуемых фильер и их групп по количеству отверстий, а также расчётные значения диаметров.


Таблица №1

Диаметры элементарных нитей, полученных на разных фильерах

Фильера, количество отверстий/диаметр отверстий, мм Расчётный диаметр элементарной нити, мкм Замеренный диаметр элементарной нити, мкм Средний диаметр элементарной нити по группам фильер, мкм Отношение среднего диаметра к расчётному
200/0,095 11,25 11,96 12,02 1,068
200/0,085 11,85
200/0,075 12,26
300/0,075 9,27 9,95 10,06 1,085
300/0,070 9,92
300/0,06010,3
400/0,065 8,06 8,65 8,78 1,089
400/0,060 8,81
400/0,055 8,88


Полученные значения диаметров элементарных нитей превосходят расчетные значения на 6,84 % для фильер с 200-ми отверстиями, на 8,52 % для фильер с 300-ми отверстиями и на 8,93% для фильер с 400-ми отверстиями.

Это указывает на то, что структура элементарных нитей, полученных на фильерах с повышенным количеством отверстии, является более пористой. При сравнивании значений диаметров элементарных нитей в одной группе фильер с равным количеством отверстий наблюдается увеличенный на 2,5 – 3,5% диаметр нитей у фильер с более отрицательной фильерной вытяжкой (например, диаметр нити в 12,26 мкм для фильеры 200/0,075 на 2,5 % более диаметра элементарной нити для фильеры 200/0,095 – 11,96 мкм). Это указывает на то, что нити, полученные на более положительных фильерных вытяжках имеют более плотную структуру.



Таблица №2

Свойства наработанных опытных партий нити

Фильера, количество отверстий/диаметр отверстий, мм Линейная плотность, текс Удельная разрывная нагрузка, сН/текс Удлинение при разрыве, % Количество кручений на 1 метр
200/0,095 29 248 3 50
300/0,075 29,3 246 3 50
400/0,065 29,4 243 3 51


Наработку опытных партий ткани вели на двухрапирных ткацких станках с жесткими рапирами MAV-140. Одновременно нарабатывали два артикула арамидной ткани саржевого переплетения: артикул 11939 с повышенной поверхностной плотностью и артикул 12086 – с пониженной. Свойства тканей представлены в таблице 3. Наряду с наработкой партии тканей из опытной нити, были наработаны ткани из нити, наработанной на фильере 300/0,07 с вытяжкой + 0,08.


Таблица №3

Физико-механические характеристики опытных тканей

Фильера, количество отверстий/диаметр отверстий, мм Артикул ткани Количество нитей на 10 см, основа/уток Поверхнос-тная плотность, г/м2 Разрывная нагрузка полоски 25×100 мм, кг/удлинение, % Коэф-фициент изотроп-ности, %
основа уток
200/0,095 11939 202/202 120,1 308,6/6,8 323,2/6,4 92,4
200/0,095 12086 180/180 107,5 299,2/7,1 308,8/6,3 86,4
300/0,075 11939 202/202 119,8 331,4/7,0 341,6/6,4 97,9
300/0,075 12086 182/180 107,8 285,1/6,3 304,8/6,3 95,7
400/0,065 11939 200/200 121,0 320,8/7,0 323,6/6,5 78,3
400/0,065 12086 180/180 107,7 261,8/6,4 304,6/6,3 91,4
300/0,07 11939 200/200 120,7 347,3/7,1 370,8/6,6 83,3
300/0,07 12086 182/180 108,2 315,6/6,5 329,2/6,5 99


Для баллистических испытаний были подготовлены баллистические монопакеты равной поверхностной плотности размером 380×380 мм. Пакеты из ткани артикула 11939 содержали 30 слоёв ткани, из ткани артикула 12086 – 34 слоя.

Баллистические испытания проводили в сертификационном центре НИИ Стали, определяя показатель предела баллистической стойкости V50 при обстреле пакетов имитатором осколка – стальным шариком диаметром 6,35 мм и массой 1,03 г на войлоке толщиной 20 мм. Особенности пакетов и показатели их баллистической стойкости приведены в таблице 4.


Таблица №4

Баллистические свойства опытных пакетов

Фильера, количество отверстий/диаметр отверстий, мм Артикул ткани Масса арамидной составляющей пакета,г Поверхностная плотность пакета, кг/м2 V50, м/сек
200/0,095 12086 522,2 3,62 575
300/0,075 12086 528,9 3,66 602
400/0,065 12086 528,8 3,66 630
300/0,070*) 12086 526,7 3,65 568
200/0,095 11939 515,3 3,57 541
300/0,075 11939 520,1 3,60 581
400/0,065 11939 522,2 3,62 569
300/0,070*) 11939 522,5 3,62 547

Примечание: *) – фильеры, на которых нарабатывалась микрофиламентная нить при фильерной вытяжке +8%.


Из данных таблицы 4 следует, что увеличение положительной фильерной вытяжки при формовании нити ведёт к увеличению баллистической стойкости изготовленной из этой нити ткани. Повышение количества элементарных нитей в комплексной нити также увеличивает баллистическую стойкость пакета. К этому же ведёт и пониженная поверхностная плотность используемых для баллистической защиты тканей. Следует отметить повышение пористости арамидной нити при снижении фильерной вытяжки и увеличении числа элементарных нитей в комплексной нити, что немаловажно при изготовлении органокомпозитов.


Список литературы:

(1) Jaeyoung Jim, James Q Zheng, Karl Masters, Weinong W Chen. Mechanical behavior of A265 single fibers, J Master. Sei, 652-661, 2010