Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования

Как правило, текстильная броня состоит из большого количества слоев ткани, которая изготовляется на ткацких станках из нитей. Нити (комплексные нити) состоят из отдельных волокон, соединенных между собой химически - склеиванием или механически - скручиванием. Фиксация волокон относительно друг друга при скрутке происходит за счет сил трения между волокнами. Прочность механического соединения волокон в нить определяется круткой - числом кручений на единицу длины или углом кручения, измеряемым между волокном и осью нити. При увеличении крутки возрастает поверхность контакта между отдельными волокнами и, следовательно, возрастает прочность нити. Однако эта тенденция сохраняется лишь до определенного предела.

Волокна и нити относят к одномерным материалам, поскольку один из их размеров много больше двух других. Исходя из специфической геометрии волокон и нитей, текстильная промышленность создала и своеобразную систему мер, относящуюся к толщине волокон и нитей. Везде ниже, говоря о нитях или волокнах, будем употреблять термин нить, если это не искажает смысл сказанного.

Метрический номер волокна или нити N_M измеряется числом метров, заключающихся в одном грамме нити. Более совершенная мера - толщина нити, принятая в большинстве стран, это «текс», соответствующий массе в граммах 1000 м нити (1 текс = 1 г/км = 1 мг/м). В зарубежной литературе находит употребление единица меры толщины нитей «денье» - масса в граммах 9000 м нити. Перевод из одной меры толщины (или как принято в текстильной промышленности «линейной плотности») в другую производится следующим образом: 1 текс = 9 денье, 1 денье = 1,11 децитекс (дтекс), метрический номер N_M = 1000/текс.

Чтобы определить условный диаметр нити d_ycn (условный, поскольку поперечное сечение нити редко бывает круглым), необходимо знать плотность полимера р_м, из которого состоит нить. Формула для пересчета толщины в тексах в условный диаметр в миллиметрах имеет вид [2.2].

Прочность волокон и нитеи обычно определяется в смешанной системе единиц - в сантиньютонах на текс (сН/текс) или в граммсилах на текс (гс/текс). Формулы для перевода размерностей прочностных характеристик из смешанной системы единиц в СИ имеют вид:

Важной особенностью волокон является их высокая устойчивость к изгибу, т.е. способность выдерживать без разрушения очень резкие перегибы. Это свойство основано на том, что благодаря малым поперечным сечениям волокон (10...50 мкм) напряжения, возникающие в периферийных областях волокна при изгибах, не достигают предельных значений, отвечающих прочностным показателям. Это отличает волокна от объемных полимерных материалов, имеющих большие поперечные размеры (> 1 мм).

Формулы для определения деформации и напряжения, возникающих в упругом волокне при изгибе, имеют вид

Высокая стойкость достаточно толстых комплексных нитей к изгибу обусловлена тем, что они состоят из большого количества (до 750... 1000) моноволокон (филаментов) малого диаметра. Характерные диаметры моноволокон баллистических тканей составляют: СВМ - 15 мкм; Русар - 10 мкм; Тварон-микрофиламент, Кевлар-микрофиламент- 9 мкм.

Нити поступают в ткацкое производство для переработки в ткани. Для производства тканей, применяемых в СИБ, используются нити с линейной плотностью 29,4; 58,8 и 100 текс. Ткань получается в результате переплетения двух систем нитей, расположенных относительно друг друга в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Система нитей, идущая вдоль ткани, называется основой, система, перпендикулярная основе, называется утком. По типу переплетения нитей основы и утка ткани разделяются на ткани полотняного, саржевого и атласного (сатинового) переплетений.

Самый плотный тип переплетения - полотняный, в котором каждая нить основы и утка проходят поочередно сверху и снизу пересекающих нитей. Такие ткани обладают максимальной плотностью и прочным закреплением нитей. Среди других типов переплетения у полотняных тканей усилие вытягивания (продергивания) нитей максимально. Из дальнейшего станет ясно, что данное обстоятельство может отрицательно сказываться на баллистической стойкости тканей полотняного переплетения.

При саржевом переплетении на лицевой стороне ткани преобладают нити одного направления. Саржевое переплетение обозначают дробью, в которой в числителе стоит число перекрытий основы, а в знаменателе - число перекрытий утка со стороны лицевой поверхности. Саржа 1/2, 1/3, 1/4 называется уточной, так как на лицевой стороне преобладают уточные перекрытия, а саржа 2/1, 3/1, 4/1 - основной, так как на лицевой стороне ткани преобладают нити основы. Характерной особенностью тканей саржевого переплетения является наличие на поверхности заметных диагональных полос. Плотность саржевых тканей меньше, чем полотняных, нити обладают более высокой подвижностью, усилие их вытягивания заметно меньше по сравнению с полотняными.

Для изготовления текстильных бронепакетов, соответствующих первому и второму классам стойкости по ГОСТ Р 50744-95, используются ткани как полотняного (например, ткани ТСВМ-ДЖ, артикул 8601) так и саржевого переплетений (ТСВМ-ДЖ, артикул 56319) [2.3].

В атласных и сатиновых переплетениях обычно на лицевой поверхности тканей не менее 5 нитей одного направления приходится на 1 или более нитей другого. Такие ткани имеют гладкую блестящую поверхность. Их особенностью является относительно слабое закрепление нитей в ткани, из-за чего нити легко вытягиваются из ткани и осыпаются по отрезанному краю.

Баллистическая стойкость тканей зависит от степени заполнения ее нитями, которая определяется числом нитей основы П₀ и утка П_у на условной длине ткани, равной 10 см. Важную роль играет поверхностная плотность ткани т_т - масса куска ткани единичной площади. При определении поверхностной плотности m_т расчетным путем используют стандартные характеристики: плотности заполнения ткани по основе П₀ и утку П_у, линейные плотности нитей по основе р₀ и утку р_у. С учетом изгиба нитей при их переплетении для расчета можно записать следующее соотношение [2.4]

одну нить в растягиваемой полоске, определяют с помощью соотношения Р_расч = Р_р /(bП), где П = П₀ или П_у в зависимости от того,

по какому направлению (основе или утку) вырезана полоска ткани.

Удельная работа разрыва (работа на единицу длины) образца ткани a_р определяется путем интегрирования диаграммы деформирования Р = Р(e)

С позиций механики деформируемых тел ткань является орто- тропным материалом. Полярная диаграмма зависимости разрывной нагрузки и деформации при растяжении ее в различных направлениях приведена на рис. 2.1 [2.4]. При приложении усилий растяжения под углом к нитям основы и утка прочность ткани оказывается меньше, чем при приложении нагрузки в продольном и поперечном направлениях. Деформации удлинения, наоборот, значительно возрастают при промежуточных направлениях приложения нагрузки.

• Список основных сокращений
• Основные понятия и определения
• Текстильная броня
• Механизмы взаимодействия пули с текстильной броней
• Полимерная композитная броня
• Металлическая броня
• Керамическая броня
• Анализ противопульной стойкости многослойных преград с внешним керамическим слоем
• Прозрачная броня
• Броня из наноматериалов - возможности и перспективы
• Заброневое действие высокоскоростного удара пуль при непробитии бронезащиты
• Баллистические испытания средств индивидуальной бронезащиты
• Общие принципы конструирования бронежилетов
• Приложение 1
• Приложение 2
• Приложение 3
• Приложение 4

Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования › Текстильная броня › Волокна, нити и ткани. метрология волокнистых материалов.