Національний технічний університет України:
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Технологія переробки полімерів»
на тему:
«Кевларовий бронежилет»
Виконав:
Студент групи ЛП-91
ІХФ, 2 курс
Микола Руденко
Перевірив:
Ігор Мікульонок
ЗМІСТ
Вступ 3
Історія 4
Структура бронежителу 8
Класи захисту 10
Виготовлення кевларових бронежилетів 12
Висновок 13
Список використаних джерел 14
Вступ
Бронежилети беруть свій початок ще з давніх часів. Проте бронежилети які використавуються у сучасному світі прийняли звичну для нас форму практично зовсім нещодавно. Найпоширініший бронежилет який зараз вікористовується це кевларовий бронежилет. Свою популярність він завоював завдяки простому способу виготовлнення, високій міцності та широкому спектру модифікацій, так як на даний момент часу дуже часто проводяться бойові та терористичні дії. Чим більша кількість людей на планеті тим більше и частіше відбуваються протидії між злочинцями та поліцією, а для відмінного виконання своїх задач поліцейським потрібен гідний захист. Проте ці бронежилети мають не тільки чудові захистні властивості, а й доволі малу вагу, що дозволяє рухатися більш вильно та швидше ніж порівняно з іншими бронежилетами.
Історія
Приблизно до середини XVI століття розвиток вогнепальної зброї призвів до того, що латний обладунок вже не міг забезпечувати достатній захист бійця.
Після появи кулеметів на полі бою і вдосконалення артилерії, війська стали нести жахливі втрати. Гостро постало питання про способи захисту піхотинців. І ось тоді військові знову згадали про кіраси.
Кіраса - елемент історичного натільного захисного спорядження, що складається з грудної і спинної пластин (іноді - тільки з грудної), вигнутих відповідно до анатомічної формою грудей і спини людини .
У давнину кіраса могла виготовлятися з повсті і покриватися міцною шкірою або мідними листами; дещо пізніше з'явилася суцільнометалева залізна кіраса, потім їй на зміну прийшла сталева.
Відродження кірас почалося на межі дев'ятнадцятого та двадцятого століття. Цей процес легко підтвердити цікавою подією з 1905 року, коли військове відомство Росії замовило 100 тис. кірас у Франції. Однак іноземний товар виявився неякісним і не забезпечував достатній рівень захисту для солдата, що призвело до фатальних наслідків. Але сам факт присутності таких глобальних торгівельних оборотів каже про вагомість ситуації з забезпеченням військ відповідних захисним обладненням.
Велика кількість варіантів кірас була розроблена під час Першої світової війни. З одного боку, кіраса дійсно захищала від куль, осколків і ударів багнета, але, з іншого боку, її захисні властивості залежали від товщини металу. Легка броня була практично марна, а надто товста - заважала воювати.
Під час Першої світової війни лише англійці створили щось схоже на сучасний бронежилет . Він називався натільний щит «Дейфілд». Він був зшитий із цупкої тканини, в чотирьох відділеннях на грудях розміщувалися бронещитки, які непогано тримали осколки і пістолетні кулі. Крім того, щит був досить зручний в носінні.
Розробки бронежилетів і кірас тривали і в 30-і роки, і під час наступної світової війни, але створити по-справжньому легкий, зручний і надійний бронежилет так і не вийшло.
У своєму сучасному вигляді бронежилет з'явився на початку 50-х років, їх винайшли американці і вперше застосували під час Корейської війни. Вони підрахували, що велика частина поранень відбувається через осколків снарядів і мін, що мають не дуже велику кінетичну енергію. Для захисту від цих чинників був створений бронежилет з декількох шарів високоміцних тканин - капрону або нейлону.
Перший масовий бронежилет M1951 був випущений в кількості 31 тис. Штук, він був виготовлений з нейлону і міг бути посилений алюмінієвими вставками. Вага бронежилета становив 3,51 кг. Його творці не ставили перед собою завдання утримання куль, проте він непогано захищав бійця від осколків.
Масове поширення бронежилетів в армії США почалося під час В'єтнамської війни. Стандартним американським армійським бронежилетом того часу є M-1969 (3,85 кг), виконаний з нейлонових ниток.
Рисунок 1.1 – Бронежилет М - 1969
В свою чергу СРСР перший бронежилет 6Б1 був прийнятий на постачання в 1957 році, але в серійне виробництво він так і не був запущений. Розгорнути його масове виробництво планували тільки в разі великої війни.
Після початку бойових дій в Афганістані весь запас 6Б1 був відразу переданий в діючу армію. Однак для важких умов гір цей бронежилет виявився занадто важким. Було прийнято рішення розробити новий засіб захисту, якей бы мав меншу вагу. У найкоротші терміни вони створили бронежилет першого покоління 6Б2, який пройшов всю афганську війну.
Рисунок 1.2 – Бронежилет 6Б2
Основним захисним елементом 6Б2 були невеликі титанові пластини, укладені в спеціальні кишені. Бронежилет надійно захищав від осколків, але куля АК-47 пробивала його на дистанції 400-600 метрів.
І вже в середині 70-х років в промислових масштабах став випускатися новий перспективний матеріал для м'яких бронежилетів - кевлар .
Як часто буває, відкриття сталося випадково у 1964 році інженером-хіміком Стефані Кволек.
Кевлар - полімер, який існує тільки і виключно у формі волокна, - результат майже випадкового відкриття, зробленого в одній з лабораторій фірми DuPont. Провідний дослідник Стефані Кволек чомусь вирішила витягнути волокно з розчину, який за всіма зовнішніми ознаками для цього не підходив. Але інтуїція перемогла 25-річний досвід дослідника. З'ясувалося, що в процесі витягування полімер повністю реорганізувався, ланцюжки молекул витягнулися вздовж напрямку волокон і намертво зчепилися між собою. Ці неймовірні властивості стали причиною того, що кевлар став рефолюційним матеріалом для виготовлення бронежилетів, хоча на ринок він вийшов тільки у 1975 році.
Структура бронежителу
Кевлар - торгова назва араміда - поліпарафенілентерефталаміда, синтетичне волокно високої механічної і термічної міцності. Складається з бензольних кілець, з'єднаних один з одним через групу -NH-CO-, між водневими і кисневими відростками сусідніх молекул утворюються міцні міжмолекулярні зв'язки, що забезпечують високу механічну міцність всього волокна.
Головною відмінністю арамідного волокна є його висока механічна міцність. Залежно від марки, розривна міцність волокна може коливатися від 280 до 550 кг / мм (для порівняння , у сталі цей параметр знаходиться в межах 50-150 кг / мм, лише самі високоміцні сорти сталі зі спеціальною обробкою наближаються по міцності до найменш міцного сорту араміда). Крім того, арамідне волокно відрізняється високою термічною стійкістю. Воно здатне тривалий час працювати при температурі 250 ° C, протягом деякого часу температура може підвищуватися до 400 ° C, а при достатньому запасі міцності - ще вище. Арамід, як і переважна більшість інших органічних сполук, горить в атмосфері кисню, але концентрації кисню в повітрі недостатньо для стійкого горіння - волокно швидко самостійно гасне, якщо знаходиться поза полум'ям.
Такі характеристики дозволили застосувати арамід для створення сучасного бронежилета. В загалі відкриття араміда відродило бронежилет. Так як при використанні тільки сталі бронежилет став би занадто важким і незручним для носіння. Принцип дії кевларового бронежилета полягає в розподілі енергії кулі на площі стикання. При контакті з кулею відстань між полімерними нитками в араміді починає збільшуватися. Силі тиску з боку кулі протидіють хімічні сили зв'язку полімеру, які набагато сильніше ніж сили зв'язку в металах. Для збільшення міцності бронежилета використовують кілька шарів араміда.
Рисунок 2.1 – Структура араміду
Головними недоліками є те що, балістичні тканини не витримають кулі штурмових гвинтівок та штикових уражень тому для підвищення міцності кевларового бронежилета додають сталеві, титанові або керамічні платини.
Рисунок 2.2 – Склад бронежилету
Класи захисту
Існує багато систем класифікації бронежилетів: в Росії ГОСТ Р 50744-95, в США – система НІЮ (Національний Інститут Юстиції), в Германії ГІС(Германський існтитут по стандартизації) та ЄКС(Європейський комітет зі стандартизації) система за Європейським стандартом.
Але ми будемо орієнтуватися на ДСТУ 8782:2018, це найновіший стандарт України який базується на зарубіжних аналогах та своїй більш старій версії ДСТУ 4104:2002. На рахунок стандарту 2002 року, варто зауважити, що він в свою чергу базується не на російському аналогу (ГОСТ Р 50744-95), а на розробці інститута проблем матеріалознавства Національної Академії Наук України.
Бронежилети згідно з конструктивним виконанням умовно поділяють на три типи:
ТИП А — м'які (гнучкі) бронежилети з захисною структурою на основі спеціальних тканин (капрон, нейлон або в більш сучасному варіанті кевлар).
ТИП Б — напівжорсткі бронежилети диференційного класу захисту з базовою захисною структурою на основі спеціальних тканин та додатковими жорсткими захисними елементами (Пластини сталі, титану або керамічні).
ТИП В — жорсткі (або напівжорсткі) бронежилети із захисною структурою на основі жорстких захисних та амортизувальних елементів. Бронежилети призначені для захисту тіла людини від ураження кулями вогнепальної зброї, холодною зброєю та уламками ручної гранати.
А відповідні класи ми можемо спостерігати на таблиці, що ми бачимо на слайді.
Рисунок 3.1 – ДСТУ 8782:2018 (Україна)
Перший стовпчик, вказує нам на умовне позначення класу. Другий – на калібр засобу ураження на який розрахований бронежилет. Третій – це тип та умовне позначення кулі на яку орієнтовану захист. А четвертий та п’ятий стовпчик, відповідають за масу та швидкість відповідно.
Враховуючи данні, які ми спостерігали, можна зробити висновок, що кевларовий бронежилет, який складається вийнятково зі слоїв кевларової тканини, як захисного засобу, є типом А та може відноситись до класу 1-3. Але, як розповідав доповідач до мене, вона може доповнюватись різними додатковими захисними пластинами, таким чином підвищуючи свій тип до Б, а той і до В, крім того, в залежності від матеріалу додатка, збільшуючи клас. Відразу ж варто врахувати, що за рахунок підсилення структури, збільшується і вага бронежилетів, що дещо знижує перевагу кевларового бронежилету у мобільності та легкості, але частково закриваючи недолік з ураженням від куль штурмових гвинтівок.
Виготовлення кевларових бронежилетів
Так як кевлар це волокнистий матеріал то бронежилети в нього ш`ють на спеціальних верстатах. Після чого їх вирізають певними формами для, різних елементів бронежилета такі як: фартух, наплічники, комір, передня та задня пластини пронежилета. Після чого виготовлені заготовки обшивають та вставлють у чохли. Потім збирається і сам бронежилет, всі пластини засовують у відповідні відділи. Після чого всю партію бронежилетів відправляють на перевірку якості. Перевіряється абсолютно все: технічний паспорт, номер партії та номер виробу. Всі частили бронежилету маркеруються. Після такої перевірки його відправляють у лабораторію для балістичних випробувань. Там виріб перевіряють одну частину в сухому виді, а іншу в вологому, після чого його обстрілюють з трьох типів зброї.
Висновок
Отже, кевларові бронежилети мають достатню захистну міцність щоб затримати кулю та зберегти людині життя. Процес виготовлення доволі легкий та практично повністю автоматизований, що дозволяє виготовляти ці бронежилети у великокій кількості. Також матеріал являється дволі дешевим, що ще більше спрощує його виготовлення.
Список використаних джерел
1.Засоби індивідуального захисту: https://uos.ua/produktsiya/sistemi-zashchiti/27-sredstva-individualnoy-zashchiti
2. Історія бронежилета: https://forma-odezhda.ru/encyclopedia/istoriya-bronezhileta-1/
3. Складові бронежилета: http://www.modernarmy.ru/article/159
4. Класи захисту та стандарти: https://docs.cntd.ru/document/1200026028
5. Кевлар: http://www.heuristic.su/effects/catalog/tech/byId/description/766/index.html
6. ДСТУ: https://rada.company/ua/category/dstu-87822018/
Київ 2021