Материалы, применяемые для изготовления бронежилетов

Материалы, применяемые для изготовления бронежилетов

Набор инструментов для дома: необходимый минимум

Классификация средств индивидуальной бронезащиты

Все защитные структуры бронеодежды можно разделить на пять групп, в зависимости от применяемых материалов:

Текстильная (тканая) броня на основе арамидных волокон

Сегодня баллистические ткани на основе арамидных волокон являются базовым материалом для гражданских и военных бронежилетов. Баллистические ткани производятся во многих странах мира и существенно различаются не только названиями, но характеристиками. За границей это — кевлар (США) и тварон (Европа), а в России — целый ряд арамидных волокон, заметно отличающихся от американских и европейских по своим химическим свойствам.

Что же представляет собой арамидное волокно? Выглядит арамид как тонкие волокна-паутинки желтого цвета (очень редко используют другие цвета). Из этих волокон сплетаются арамидные нити, а уже из нитей впоследствии изготавливается баллистическая ткань. Арамидное волокно имеет очень высокую механическую прочность.

Большинство специалистов в области разработки бронеодежды считают, что потенциал российских арамидных волокон до сих пор полностью не реализован. Например, броневые структуры из наших арамидных волокон превосходят зарубежные в соотношении «характеристики защиты/вес». А некоторые композитные структуры по этому показателю ничуть не хуже структур из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). При этом, физическая плотность СВМПЭ в 1,5 раз меньше.

Марки баллистических тканей:

• Кевлар ® (Дюпон, США)
• Тварон ® (Тейджин Арамид, Нидерланды)
• СВМ, РУСАР® (Россия)
• Херакрон® (Колон, Корея)

Металлическая броня на основе стали (титан) и алюминиевых сплавов

После длительного перерыва со времен средневековых доспехов, бронепластины изготавливались из стали и широко использовались во время Первой и Второй Мировых войн. Легкие сплавы стали применяться позже. Например, во время войны в Афганистане получили распространение бронежилеты с элементами из броневого алюминия и титана. Современные броневые сплавы позволяют уменьшить толщину панелей в два-три раза по сравнению с панелями, изготовленными из стали, и, следовательно, в два-три раза уменьшают вес изделия.

Алюминиевая броня. Алюминий превосходит стальную броню, обеспечивая защиту от бронебойных пуль калибра 12,7 или 14,5 мм. Кроме того, алюминий обеспечен сырьевой базой, более технологичен, хорошо сваривается и обладает уникальной противоосколочной и противоминной защитой.

Титановые сплавы. Основным преимуществом титановых сплавов считается сочетание коррозионной стойкости и высоких механических свойств. Чтобы получить сплав титана с заранее определенными свойствами, его подвергают легированию хромом, алюминием, молибденом и другими элементами.

Керамическая броня на основе композиционных керамических элементов

С начала 80-х годов в производстве бронеодежды применяются керамические материалы, превосходящие металлы по соотношению «степень защиты/вес». Однако, использование керамики возможно только в сочетании с композитами из баллистических волокон. При этом необходимо решать проблему низкой живучести подобных бронепанелей. Также не всегда удается эффективно реализовать все свойства керамики, поскольку такая бронепанель требует бережного обращения.

В Российском Минобороны задачу высокой живучести керамических бронепанелей обозначили еще в 1990-х годах. До тех пор керамические бронепанели сильно проигрывали стальным по этому показателю. Благодаря такому подходу сегодня российские войска имеют надежную разработку — бронепанели семейства «Гранит-4».

Основная масса бронежилетов за границей состоит из композитных броневых панелей, которые изготавливаются из цельных керамических монопластин. Причина этого в том, что для солдата во время боевых действий шанс быть многократно пораженным в область одной и той же броневой панели крайне мал. Во-вторых, такие изделия гораздо более технологичны, т.е. менее трудоемки, а значит, и стоимость их гораздо ниже стоимости набора из плиток меньшего размера.

• Оксид алюминия (корунд);
• Карбид бора;
• Карбид кремния.

Композитная броня на основе высокомодульного полиэтилена (слоистого пластика)

На сегодняшний день наиболее передовым видом бронеодежды с 1 по 3 класс (с точки зрения веса) считаются броневые панели на основе волокон СВМПЭ (сверхвысокомодульного полиэтилена).

Волокна СВМПЭ имеют высокую прочность, догоняя арамидные. Баллистические изделия из СВМПЭ имеют положительную плавучесть и не теряют при этом своих защитных свойств, в отличие от арамидных волокон. Однако СВМПЭ совершенно не подходит для изготовления бронежилетов для армии. В военных условиях велика вероятность контакта бронежилета с огнем или раскаленными предметами. Более того, зачастую бронежилет используется в качестве подстилки. А СВМПЭ, какими бы свойствами он ни обладал, остается все же полиэтиленом, предельная температура эксплуатации которого не превышает 90 градусов Цельсия. Однако СВМПЭ отлично подходит для изготовления полицейских жилетов.

Стоит заметить, что мягкая бронепанель, изготовленная из волокнистого композита, не способна обспечить защиту от пуль с твердосплавным или термоупрочненным сердечником. Максимум, что может обеспечить мягкая структура из ткани — защита от пистолетных пуль и осколков. Для защиты от пуль длинноствольного оружия необходимо использовать бронепанели. При воздействии пули длинноствольного оружия создается высокая концентрация энергии на малой площади, к тому же такая пуля является острым поражающим элементом. Мягкие ткани в пакетах разумной толщины их уже не удержат. Именно поэтому целесообразно использовать СВМПЭ в конструкции с композитным основанием бронепанелей.

Основными поставщиками арамидных волокон из СВМПЭ для баллистических продуктов являются:

• Дайнима® (ДСМ, Нидерланды)
• Спектра® (США)

Комбинированная (многослойная) броня

Материалы для бронежилетов комбинированного типа подбираются в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться бронеодежда. Разработчики СИБ комбинируют применяемые материалы и используют их вместе — таким образом удалось значительно улучшить защитные свойства бронеодежды. Текстильно-металлическая, керамикоорганопластиковая и другие виды комбинированной брони на сегодняшний день широко используются во всем мире.

Уровень защиты бронеодежды варьируется в зависимости от материалов, которые в ней используются. Однако, сегодня решающую роль играют не только сами материалы для бронежилетов, но и специальные покрытия. Благодаря достижениям нанотехнологии, уже разрабатываются модели, удароустойчивость которых многократно повышена при значительном уменьшении толщины и веса. Такая возможность возникает благодаря нанесению на гидрофобизированный кевлар специального геля с наночистицами, повышающего стойкость кевлара к динамическому удару в пять раз. Такая броня позволяет существенно уменьшить размеры бронежилета, сохраняя тот же класс защиты.

Танк из пластика

Тяжелая металлическая броня всегда считалась весомым аргументом в деле защиты войск от огня неприятельских пушек. Но что, если современные полимеры превосходят даже сталь по прочности? О новых материалах для армии «Нефтехимии РФ» рассказал генеральный директор НИИ стали Дмитрий Купрюнин.

Дмитрий Купрюнин,
генеральный директор НИИ стали

Начнем с того, что бронепробивные характеристики основных противотанковых средств только со времен Великой Отечественной вой­ны увеличились в 10 раз. Масса танка при этом выросла всего на 40–50%.

Кумулятивные боеприпасы (противотанковые управляемые ракеты – так называемые ПТУРы) и противотанковые гранаты сегодня пробивают более метра стальной брони, а бронебойные (или подкалиберные) снаряды – свыше 80 см. Защититься простым наращиванием брони от таких средств поражения невозможно.

Поэтому и у нас в стране, и за рубежом давно ведутся поиски новых технических решений для защиты. Из наиболее известных и широко применяемых сегодня методов я бы особенно выделил так называемую динамическую (или реактивную) броню, а также технологии активной защиты.

Что такое динамическая броня?

Принцип работы динамической защиты, которой занимается наш институт, заключается в том, что на броню танка укладываются специальные контейнеры с взрывчатым веществом. При попадании снаряда в такой контейнер он взрывается и разрушает внедряющийся боеприпас. Вес 1 кв. м динамической защиты составляет примерно 400 кг, тогда как стальная броня такого же уровня защиты весила бы около 4 т. Таким образом, динамическая защита примерно в 8–10 раз эффективнее. Но у нее есть один существенный недостаток – взрыв вражеского снаряда и контейнера происходит непосредственно на броне. Это плохо и для экипажа, и для оборудования танка.

А альтернатива есть?

В СССР впервые в мире в защите танка был применен композит на основе стекловолокна

Есть. Причем впервые этот метод был предложен еще в СССР в конце 1960-х годов. Это технология активной защиты.

С помощью специальных датчиков летящий к танку снаряд обнаруживается задолго до попадания в цель. Навстречу ему выстреливается контрбоеприпас, который уничтожает приближающийся объект на подлете. Понятно, что эта технология достаточно сложна и дорога, но с развитием микроэлектроники и вычислительной техники она стала вполне реализуемой. Сегодня многие страны, в том числе и Россия, начинают ее применять.

Однако это не означает, что интерес к новым броневым материалам пропал. Наоборот, им как раз и отводится основное внимание разработчиков защиты.

За последние 10–15 лет появились какие-то принципиально новые материалы, которые ранее не использовались для броневой защиты?

На проверку безопасности новых веществ уходит около 30% всего бюджета

Кроме того, все шире начинают применяться композиты на основе керамики и полимеров. Замечу, что именно в СССР впервые в мире в защите танка Т-64 был применен композит на основе стек­ловолокна. Оказалось, что против кумулятивных боеприпасов он значительно эффективнее стальной брони. Этот композит тоже разрабатывали с участием специалистов нашего института.

Одно время конструкторы бронетанковой техники так увлеклись, что попытались изготовить корпус легкого танка целиком из композита на основе полимеров, однако и у нас, и за рубежом эта идея пока остается экспериментальной.

Но полимеры для защиты все же используются?

Конечно. Причем данная область активно развивается.

Что это за плас­тики?

Крой и шитье защитного бронепакета из арамидной ткани для бронежилета

Другой класс полимеров, уверенно завоевывающих рынок средств защиты, – это сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Впервые он был разработан и запатентован в 1979 году в Голландии и получил наименование Dyneema (Дайнима), а чуть позже в США был создан его аналог под названием Spectra. По показателю прочности равновесомое волокно Dyneema в 15 раз прочнее стального и на 40% прочнее арамидного волокна. Именно стойкость этого волокна и нечувствительность к намоканию привлекли данный материал сначала для изготовления рыбацких сетей, канатов, а недавно СВМПЭ заметили и разработчики средств защиты.

Его уже используют в ВПК?

Да, причем практически по всему миру. К сожалению, Россия пока что не смогла организовать его производство, хотя по этому поводу принималось не одно правительственное решение. И это притом что отечественные технологии получения волокна СВМПЭ, разрабатываемые, например, в лабораториях Фонда перспективных исследований, по стоимости и некоторым качественным показателям заметно превосходят западные аналоги. Однако, несмотря на эти преимущества, мы вынуждены продолжать использовать импортный мате­риал.

Что касается характеристик СВМПЭ, то бронепанель, защищающая от пуль пистолета ТТ, из этого материала почти вдвое легче, чем стальная. А бронепанель, защищающая от пуль автомата Калашникова, легче на 30%. Естественно, этот полимер нашел широкое применение, в первую очередь в средствах индивидуальной бронезащиты. Хотя и в структурах защиты военной техники (причем не только сухопутной) полиэтилен начинает применяться все активнее.

Чем СВМПЭ отличается от обычного полиэти­лена, который всем знаком?

В танке Т-14 «Армата» используются самые передовые разработки в области динамической и активной защиты

Отличается также процесс производства. В арамидах применяют так называемую технологию UD. Ее принцип заключается в том, что нити из волокон СВМПЭ укладывают рядами в одном направлении, а следующий слой – в другом, причем они не переплетаются. Из практики известно, что любое плетение нитей ухудшает баллистические характеристики материала. Поэтому защитные структуры из СВМПЭ улучшаются также за счет метода производства.

Какие еще нефтехимические продукты используются в защите?

Конечно, арамидами и СВМПЭ перечень инновационных материалов для защиты не исчерпывается. Перспективными также являются водородонаполненные композиты на основе полиизобутилена для противорадиационных систем, новые виды взрывчатки в элементах динамической защиты перспективных танков и различные средства маскировки, начиная от специальной деформирующей окраски и заканчивая компонентами для постановки дымовых завес. Кроме того, в наших штурмовых шлемах используются полимерные прозрачные стекла, а для защиты топливных баков от взрыва применяются специальные полиуретаны. Все перечисленное – продукты нефтехимии. Причем список можно продолжать еще долго.

А кроме защитных сис­тем, они как-то используются?

Во множестве компонентов. Приведу только один пример. Сегодня в погонах башен всей легкобронированной техники вместо стальных элементов используются полимерные шары из специального фенилона. Представьте себе, какие нагрузки должна выдерживать эта деталь: по сути, это подшипник большого диаметра, на котором вращается башня танка, который должен вести активный огонь из пушки, перемещаясь при этом по пересеченной местности. Вот такой уникальный материал смогли создать химики, а у нас получилось его применить. Фенилон не только заменил здесь высоколегированную сталь, он позволил более чем на 100 кг уменьшить массу погонного устройства. При этом использование полимера позволило получить целый ряд эксплуатационных преимуществ. В частности, новый погон не требует смазки, не боится воды и грязи, прекрасно гасит вибрационные и ударные нагрузки, обладает уникальной коррозионной и химической стойкостью, прост и технологичен в производстве.

Насколько быстро сейчас идет внедрение новых материалов в ВПК? Все же речь о достаточно консервативной отрасли.

Процесс шлифования шаров

Правда, нельзя отрицать обратное: заказчики иногда излишне осторожничают, заставляя нас проверять и перепроверять. В качестве примера приведу историю с тканевополимерным шлемом, модификации которого сегодня с успехом используются в том числе в комплекте «Ратник». В 1978 году НИИ стали предложил вместо стального шлема сделать шлем из композита на основе арамидной ткани (на тот момент она только-только появилась в СССР) и обычной полиэтиленовой пленки. Шлем при этом становился в 1,8 раза легче серийного стального СШ-68 и имел в полтора раза выше уровень противоосколочной стойкости. Потребовалось 22 года, чтобы этот шлем (6Б7) был принят на вооружение – он начал поступать в войска только в 2000-х. Напомню, что американцы аналогичную разработку приняли на вооружение уже в 1980 году.

Означает ли это, что мы отстаем в оснащении своих вооруженных сил новыми средствами защиты?

Конечно, нет. Как говорят о России, мы долго запрягаем, но быстро едем. Вот и в части индивидуальной защиты так же. И бронежилет из полимерных материа­лов, и шлем мы приняли на во­оружение значительно позже тех же американцев, но сегодня российская экипировка бойца считается одной из лучших в мире.

Решения для защиты воинов, найденные человеком за всю историю

Нейлон
Первые бронежилеты начали использовать американцы в 1950-х годах во время корейской войны – тогда они состояли из многослойного нейлона и защищали от осколочных ранений. Затем защиту усилили, добавив пластины из броневой стали, выдерживающие пулевые попадания.

Кевлар
Дальнейшее развитие материаловедения подарило миру такие легкие и стойкие к повреждениям продукты, как кевлар, высокомолекулярный полиэтилен и керамические пластины, из которых делают современные бронежилеты.

Сталь
Открытие бессемеровского процесса производства стали в XIX веке ознаменовало не только начало второй промышленной революции, но и старт настоящей гонки вооружений. Появился дешевый и прочный материал для создания оружия и брони.

Латы
Доспехи из крупных металлических пластин, отлитых по форме тела воина, носили средневековые рыцари. Хотя пластинчатые кирасы использовали еще древние греки и римляне. Их кирасы точно воспроизводили форму тела – не только для красоты, но и для лучших защитных свойств, так как рельеф играет роль ребер жесткости.

Кольчуга
Доспех из железной проволоки, скрученной в кольца, был легок и не сковывал движения. Но он мог быть пробит копьем и не защищал от ударов булав, а потому кольчуги обычно носили вместе с железными латами.

Чешуя
Бронзовые (а впоследствии стальные) пластины внахлест делали в подражание животным. Они хорошо защищали от стрел и колющих ударов. В Сибири были такие доспехи также из костяных и деревянных пластин.

Кожа
Кожаная «куртка» из дубленых шкур, сшитых в два-три слоя, защищала от стрел, рубящих и колющих ударов. Некоторые кожаные доспехи весили как металлические латы.

Ткань
Древние египтяне, греки и даже американские индейцы использовали доспехи из многослойной ткани. Стеганные кафтаны использовали и воины Древней Руси.

Бумага
Древние китайские воины были облачены в доспехи из плиссированной бумаги – они отражали попадание стрел под прямым углом.

Шкура животного
По легенде, Геракл был облачен в шкуру Немейского льва, защищающую от любых ударов.

Александр Буланов

Оснащение

Фартук, воротник, наплечник – защищают область паха, шеи и плеч от пуль и осколков. Эти элементы защиты являются съемными и встречаются в противоосколочных и многих противопулевых бронежилетах.

Подсумки – сумки для переноски пистолетных и винтовочных магазинов, рации и другого снаряжения.

Демпферный слой (амортизационно-климатический подпор) – поглощает кинетическую энергию пули и тем самым снижает тяжесть заброневой травмы. Также улучшает вентиляцию бронежилета.

Важно: вентиляция бронежилета особенно нужна в жарком климате. В противном случае резко повышается вероятность ухудшения боеспособности и теплового удара.

Противоосколочное покрытие – защищает от рикошета пули или осколков, возникших от разрушения патрона при столкновении с броней.