Военные сценарии настоящего, подобные Афганистану, выдвигают асимметричный вызов солдатам и их оснащению. Это приводит к растущей необходимости в более эффективной и легкой броне.
Современные бронежилеты состоят преимущественно из связных материалов, сопряженных с защитными пластинами в качестве дополнительного армирования. В то время как данная комбинация способна противостоять даже ружейным пулям калибра 7,62х51 мм, ткани используются в качестве барьера против 9 мм пуль табельного оружия.
Ключевыми задачами баллистической защиты являются поглощение и рассеивание энергии, порождаемой столкновением пули с броней. По этой причине, бронежилеты в основном состоят из определенного числа слоев. Связные материалы или композиционные слои построены из нитей высокопрочных волокон. Материал поглощает кинетическую энергию пули, сталкивающейся на скорости около 400 м/сек, а растяжение волокон рассеивает данную энергию на большую часть материала. Этот процесс замедляет движение пули и препятствует ранению.
Головоломка «Жесткий или гибкий»
Бронежилет, созданный специально для противодействия огню винтовочными пулями, является более жестким, потому что пули двигаются со скоростями около 800 м/сек. По этой причине, кроме волокнистого материала, также внедряются керамические и металлические пластины. Защитные пластины поглощают и рассеивают значительную часть кинетической энергии при столкновении пули и, кроме того, затупляют её. Согласно экспертам Германского военного исследовательского института материалов, топлива и смазочных жидкостей (WIWeB) “Для военного использования необходимы комбинации связочных и жестких включений, потому что одиночное применение каждого материала не оставляет шансов на выживание.”
Двумя наиболее существенными факторами, определяющими высокую эффективность связочных волокон, являются их прочность и то, насколько они способны растягиваться перед разрывом. В течение последних нескольких лет для достижения наилучшего результата изобретаются и совершенствуются различные химические материалы. Сегодня основные высокоэффективные волокна, кевлар, тварон, дайнима и спектра построены на базе химически связанного пара-арамида и высокопрочного полиэтилена.
“Современными эффективными волокнами, используемыми для военных целей, являются кевлар и тварон, однако в будущем более важными станут материалы на основе высокопрочного полиэтилена,” – согласно институту в Германии.
Немецкие военные, в частности, применяют бронежилеты, сделанные из пара-амидных волокон тварона или кевлара в комбинации с керамическими вставками.
Останавливающая сила
Кевлар является торговой маркой для арамидных волокон, производимых американской компанией DuPont. Их технология Kelvar KM2 использовалась в различных сфер, включая бронирование истребителей-перехватчиков. Кевлар, по массе эквивалентный стали, в 5 раз более прочный и одновременно более гибкий. Последний разработанный кевлар XP, благодаря новой структуре, снижает потенциальную опасность травм и ранений. В данный момент компания разрабатывает совершенно новое высокопрочное волокно M5, которое, как предполагается, будет обладать ультравысокой прочностью, а также ультравысокой термической и жаропрочностью.
Тварон представляет собой очень прочное, легкое пара-арамидное волокно, созданное датской компанией Teijin Aramid. Согласно заявлениям производителя, при внедрении тварона в бронирование бронетехники, масса последней снижается на 30-60% по сравнению с традиционными аналогами. Технология дублирования материала (LFT)
SB1 представляет очень гибкий и тонкий ламинат, состоящий из двух волокнистых слоев, сложенных из трёх ультраструктурных полиэтиленовых плёнок. Последние специально выстроены для сдерживания пуль, которые стремятся протиснуться между ними.
Динейма является высокопрочным полиэтиленовым волокном, производимым DSM Dyneema, которая является ответвлением от датской компании Royal DSM.
Согласно изготовителю, который называет волокно самым прочным в мире, материал в 15 раз прочнее стали и на 40% прочнее арамида эквивалентной массы. Это единственный композит, способный противостоять пуле от российского автомата АК-47. Парой последних разработок являются однонаправленный композит Дайнема HB80, который создавался для повышения фрагментации при снижении массы шлема, и баллистическая ткань Дайнема
BT10 для использования в легкой и высокопрочной броне для машин.
Предел прочности
К высокоэффективным волокнам предъявляются требования, касающиеся их чувствительности к влияниям окружающей среды, например, температуры, возрастающей влажности или выпотеванию. Согласно экспертам
WIWeB, данные условия ускоряют процесс старения и, в конечном счете, делает материал уязвимым для деградации. Для длительного срока службы специальные слои, используемые в бронежилетах, должны быть защищены от воздействий среды.
Кроме этого, исходя из вариативности угроз, включающих СВУ, мелкую шрапнель от ручных гранат, пули, последние военные сценарии выдвигают строгие требования к характеристикам волокон.
Волокна будущего
По словам Dr Yashwant Mahajan из Центра накопления знаний в области нанонауки и технологий, Секундерабад, Индия: “Отдельно от существующих материалов, идеальным кандидатом для бронежилетов будущего выступают углеродные нанотрубки. В пользу этого свидетельствуют их исключительно высокий модуль упругости и высокая деформация при пределе текучести.”
Индийский исследователь сказал, что углеродные нанотрубки (полые цилиндры толщиной в один атом) будут обладать высокой твердостью. “Будучи введенными в полимерную матрицу композиционной брони, они, вероятно, могут деформировать и разрушать пулю.” Благодаря своей уникальной комбинации высокого модуля упругости и высокой деформации при разрушении, нанотрубки способны сохранять эластичность при значительных количествах энергии. Данные характеристики могут вызывать отражение или искривление пули, препятствуют появлению тупых травм и, одновременно, обеспечивают многофункциональную защиту от различных типов угроз.
Из нанотрубок могут быть сотканы ткани, либо они вводятся в композиционные материалы.
——
army-technology.com/features/feature98985