Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

Отрицательным свойством текстильной брони является снижение ее баллистической стойкости при намокании [3.25, 3.26]. Причины намокания (пот, воздействие атмосферной влаги и др.) практически неустранимы. Поэтому баллистические ткани приходится пропитывать водоотталкивающими веществами («Це- пель-Д», «Скочгард» и др.), а сами текстильные бронепакеты помещать в водонепроницаемые чехлы. Так как эти мероприятия не исключают полностью возможности намокания бронепакетов, приходится контролировать их баллистическую стойкость во влажном состоянии. В настоящем подразделе рассмотрены некоторые экспериментальные данные, полученные в НИИ стали при исследовании зависимости баллистической стойкости текстильных бронепакетов от их влажности, и дано им теоретическое объяснение.

Сначала рассмотрим физические особенности насыщения бронепакета влагой. Текстильный бронепакет представляет собой тело с открытой пористостью, включающей в себя, как уже упоминалось выше три уровня: внутринитяную, внутрислойную и межслойную пористости. Особую роль в снижении баллистической стойкости текстильного бронепакета при его намокании играет, по- видимому, внутринитяная пористость, образуемая межволоконными капиллярами. При относительно плотной упаковке волокон в нитях образуется большое количество тонких капилляров, способных впитывать и удерживать благодаря поверхностному натяжению смачивающую волокна жидкость. Удержание жидкости капиллярной системой основано на явлении смачивания. Высота поднятия жидкости h в цилиндрическом капилляре радиусом rк определяется выражением [3.27]

 
 

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

При полном смачивании (Ө = 0, cosӨ = 1) высота поднятия воды при температуре 18 °С в капилляре диаметром 5... 10 мкм составит 3...6 м. На практике та-
кая высокая степень капиллярного впитывания воды по многим причинам не наблюдается. Основное влияние на капиллярное впитывание оказывает угол смачивания Ө, а для полимерных волокон значение угла Ө очень часто близко или даже превосходит 90° (например, для полиэтилена Ө = 114°). Может создаться впечатление,
что текстильный бронепакет из несмачиваемых волокон или обработанных водоотталкивающими веществами тканей не будет намокать. Это не так. Если волокна, из которых состоят нити, водой не смачиваются, то для пропитывания текстильного бронепакета необходимо преодолеть силы капиллярного давления [3.27] рк = -2σповcosӨ/r,. Необходимые для этого силы противодавления легко создаются в текстильном бронепакете в процессе его ношения. Поскольку эти силы носят циклический характер, то насыщение текстильного пакета влагой осуществляется по своеобразному механизму насоса при сдавливании и расширении пакета,
когда, например, внешняя влага (дождь) или внутренняя влага (пот) периодически впитываются (вдавливаются) в пакет в межнитяное и межслойное пространство, которое характеризуются достаточно большими диаметрами эквивалентных капилляров - около 50... 100 мкм, а потому и небольшим капиллярным противодавлением рк = (1 -2)∙103 Па. На практике, конечно, работают оба механизма насыщения текстильного пакета водой: самопроизвольное капиллярное впитывание воды и принудительное насыщение водой по механизму насоса. Но если при самопроизвольном впитывании воды в смачиваемый пакет происходит заполнение внутринитяных межволоконных капилляров, то при принудительном намокании несмачиваемого пакета вода из-за большого вследствие малости rк капиллярного давления может не проникать в нити и концентрироваться только в межнитяном пространстве.
 
Кроме поглощения текстильным бронепакетом воды за счет капиллярных явлений, необходимо упомянуть о поглощении воды текстильным бронепакетом из окружающей среды в результате сорбции (адсорбции и абсорбции) водяных паров волокнами ткани.

При большой влажности окружающего воздуха важную роль начинает играть так называемая капиллярная конденсация, в результате которой микрокапилляры заполняются водой. Необходимым условием капиллярной конденсации является смачиваемость поверхности волокон водой. Роль капиллярной конденсации особенно возрастает при снижении температуры и по мере приближения к 100%-ной влажности окружающей атмосферы [3.4, 3.27, 3.28].

В системе волокно - жидкость действуют адгезионные и когезионные силы: адгезионные - между волокном и жидкостью, когезионные - между молекулами жидкости. При полном смачивании жидкостью поверхности волокна когезионное сцепление является более прочным по сравнению с адгезионным. Поскольку волокна обладают большой удельной поверхностью, то силы, удерживающие их между собой при наличии жидкой прослойки между ними, оказываются значительными - известное явление слипания волокон во влажной нити. Если жидкость не смачивает поверхности волокон, то связывающие их силы оказываются значительно меньшими - работа разъединения волокон оказывается меньшей, чем половина работы когезии. Изменения, происходящие в структуре волокон, нитей и тканей при поглощении ими влаги, приводят к существенному различию физико-механических свойств одного и того же бронепакетас разной степенью влажности.

Экспериментальное исследование влияния влажности текстильных бронепакетов на их баллистическую стойкость осуществлялось на бронепакетах, подвергнутых искусственному дождеванию в течение 10 мин или замачиванию в воде в течение 1 часа. Влажность бронепакетов ξ определяется отношением массы воды в боонепакете к массе сухого бпонепакета

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

где Мсух и Ммокр - массы соответственно мокрого и сухого бронепа- кетов. В результате обстрела определяются 50 %-ные скорости пробития сухого v5ocyx и мокрого т50мокр бронепакетов. На рис. 3.13 приведены экспериментальные данные, полученные в НИИ стали при обстреле стальными шариками массой 1,05 г и диаметром 6,35 мм 30-слойных бронепакетов из ткани саржевого переплетения арт. 56319. По вертикальной оси отложено относительное снижение скорости Av50/v50 =(v50cуx -v50мокр)/v50cyх в %, по горизонтальной - влажность бронепакета ξ также в %.
 
 

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

 
 

В работе [3.10] снижение баллистической стойкости влажных бронепакетов объясняется уменьшением работы сил трения при перемещении нитей вследствие уменьшения коэффициента трения между ними - вода играет роль смазки. В соответствии с развиваемой нами энергетической концепцией влияние влажности на баллистическую стойкость текстильных бронепакетов проявляется через уменьшение деформированного объема Vд вследствие уменьшения скорости распространения продольных волн в нитях, содержащих воду [3.20].

Скорость распространения упругих волн в нитях сн определяется отношением модуля упругости нити к плотности материала нити сн = √Е/рн . Если модуль упругости малопористых полимерных волокон практически не зависит от содержания воды, то увеличение линейной плотности нитей, содержащих воду или другую жидкость, приводит к уменьшению скорости распространения волн в нитях вследствие увеличения их инерции. Линейную плотность нити рн, содержащей воду в межволоконных капиллярах, можно вычислить с помощью соотношения

 
 

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

Такая зависимость остается справедливой до тех пор, пока межволоконные капилляры не заполнятся водой полностью. При дальнейшем увеличении содержания воды в межнитяном и межслойном пространствах ее влияние на скорость распространения упругих волн, по-видимому, уже не будет сказываться столь сильно. Поэтому в зависимость для определения скорости продольных волн в нитях в составе мокрых бронепакетов следует подставлять некоторое эффективное значение влажности ξэф = кξ где коэффициент к < 1 учитывает уменьшение влияния влажности при значениях ξ больших 0,2. С учетом вышесказанного теоретическая зависимость для относительного снижения предельной скорости пробития мокоого текстильного боонепакета будет иметь вид
 

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

Влияние влажности текстильного бронепакета на его баллистическую стойкость

С учетом того, что на баллистическую стойкость бронепакета случайным образом влияют накопление ущерба при множественном обстреле, способы замачивания и другие, менее контролируемые факторы, согласие экспериментальных данных и результатов теоретического анализа можно считать вполне удовлетворительным и подтверждающим энергетическую концепцию баллистической стойкости текстильных бронепакетов.

Смотрите также