Original S — Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) демонстрирует выдающийся баланс между износостойкостью и скользящими характеристиками, что делает его идеальным выбором для различных применений.
Материалы баллистической защиты: кевлар и СВМПЭ — что и в каких ситуациях подходит лучше
В ситуации военных действий человеческая жизнь остается наиболее важной ценностью. Бронетехника и индивидуальные средства защиты играют ключевую роль в спасении жизней солдат. В этой статье мы подробно обсудим, как кевлар и СВМПЭ по отдельности применяются в различных условиях и какие из них лучше подходят для тех или иных задач.
В условиях боевых действий главным приоритетом становится выживаемость военнослужащих, поскольку технику можно восстановить, а утрату человека невозможно компенсировать. Средства индивидуальной бронезащиты (СИБЗ) прошли значительное развитие за последние десятилетия, и теперь они обеспечивают защиту не только жизненно важных органов, но и практически всего тела бойца.
 |
 |
Разнообразие бронезащитных средств для военнослужащих.
Статистика мировых военных конфликтов показывает, что 30% из всех пулевых ранений среди военнослужащих формируются в результате огнестрельного оружия, в то время как 70% составляют осколочные ранения. Оружие индивидуальной защиты и амуниции, выполненное из тканей на основе арамидных волокон, обеспечивает высокую степень противоосколочной защиты и широко используется в шлемах, комбинезонах и бронежилетах.
Совсем недавно в России был разработан новый метод производства арамидных нитей, что позволило значительно улучшить их эксплуатационные характеристики. Примером может служить нить третьего поколения Русар-С, которая обладает явными преимуществами по сравнению с предыдущей нитью Руслан. Тестирование и тщательные исследования выявили, что ткань на основе Русар-С является на 33% прочнее предыдущего аналогичного материала и имеет лучшие характеристики противоосколочной защиты, увеличенные на 13%.
Базовая информация о различных средствах индивидуальной бронезащиты.
Композитная броня, созданная на основе волокон СВМПЭ, также значительно повышает выживаемость бойцов. Специфические свойства этих нитей позволяют более эффективно рассеивать энергию, возникающую от пули или осколка. Это приводит к потенциалу снижения массы шлема или бронепанели до 15% при сохранении тех же защитных характеристик, или, при прежней массе, к росту защищенности военнослужащего.
Сравнение различных вариантов комплектации СИБЗ с указанием площади защиты, общей массы и перечнем защитных элементов.
Бронеэлементы, разработанные на основе нитей СВМПЭ, обеспечивают защиту не только от осколков и пуль, используемых в пистолетах, но и от попаданий, произведенных из длинноствольного оружия с металлическими сердечниками. Благодаря низкой плотности СВМПЭ шлем из данного материала также обладает плавучестью, что является значительным преимуществом для морских пехотинцев.
Знакомство с кевларом и СВМПЭ
Кевлар, также известный как арамид (полипарафенилен-терефталамид), представляет собой ультраплотный материал, прочность которого в пять раз больше прочности стали. Тем не менее, он отличается относительно малым весом, так как его плотность составляет 1.44 г/см³, что делает его особенно актуальным для постоянного ношения, в том числе во время длительных марш-бросков.
Кевлар или арамид.
В более простых терминах, СВМПЭ можно описать как многослойный прессованный материал, напоминающий бутерброд, в то время как кевлар изготавливается с использованием эпоксидной смолы, что придает ему необходимую жесткость. В результате, уровень запреградного воздействия кевлара ниже, что повышает шансы на избежание переломов костей и выживание в случае попадания пули. Бронежилет из кевлара, включая его дополнительные модули, может эффективно поглощать больше кинетической энергии удара.
Вскрытая плита из СВМПЭ.
Не следует упускать из виду демпфирующий элемент, называемый КАПа, который устанавливается в бронежилет и практически полностью поглощает остаточную энергию, остающуюся от удара пули. При отсутствии этого демпфера у бойца повышен риск переломов костей, а осколки могут привести к серьезным травмам сосудов и внутренних органов.
Демпфер КАПа в бронежилете жизненно необходим для минимизации заброневой травмы, предотвращая разрывы внутренних органов и переломы рёбер при выстреле.
Когда пуля с высокой скоростью пробивает бронепластину (или баллистический пакет), может наблюдаться эффект незначительного сгорания верхних слоев брони, после чего пуля останавливается и остывает до своей стандартной температуры. Проблема с нагревом может быть решена за счет добавления дополнительных слоев СВМПЭ или применения пары слоев арамидного материала, который лучше справляется с высокими температурами. Арамид начинает плавиться при температуре 450 градусов, в то время как СВМПЭ плавится при температуре от 135 до 190 градусов Цельсия.
Цвет: Натуральный Черный Зеленый Синий Красный Желтый
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 10х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 61,06 | 37 420 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 8х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 48,85 | 31 353 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 6х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 36,64 | 24 275 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 91,6 | 60 195 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 30х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 183,19 | 119 283 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 12х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 73,28 | 46 460 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х2010х3100 цв. Натуральный Ticona | 122,013 | 81 453 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 10х2010х3100 цв. Натуральный | 61,06 | 40 289 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х2010х3100 цв. Натуральный | 91,6 | 57 590 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 30х2010х3100 цв. Натуральный | 183,19 | 109 871 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 12х2010х3100 цв. Натуральный | 73,28 | 47 630 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х2010х3100 цв. Натуральный | 122,013 | 74 498 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 10х1220х2440 цв. Натуральный с вкраплениями | 29,17 | 18 525 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х1220х2440 цв. Натуральный с вкраплениями | 58,35 | 35 591 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х1220х2440 цв. Натуральный с вкраплениями | 43,76 | 26 912 руб. |
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 6х2010х3100 цв. Черный Ticona | 36,64 | 26 886 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 10х2010х3100 цв. Черный Ticona | 61,06 | 40 628 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х2010х3100 цв. Черный Ticona | 122,13 | 85 489 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 10х2010х3100 цв. Черный | 61,06 | 41 975 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х2010х3100 цв. Черный | 122,013 | 76 940 руб. |
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 10х2010х3100 цв. Зеленый Ticona | 61,06 | 38 545 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 8х2010х3100 цв. Зеленый Ticona | 48,85 | 31 262 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х2010х3100 цв. Зеленый Ticona | 91,6 | 65 491 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 12х2010х3100 цв. Зеленый Ticona | 73,28 | 51 774 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х2010х3100 цв. Зеленый Ticona | 122,13 | 85 489 руб. |
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 10х1220х2440 цв. Синий Ticona | 29,17 | 22 171 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х1220х2440 цв. Синий Ticona | 58,35 | 35 845 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х1220х2440 цв. Синий Ticona | 43,76 | 28 100 руб. |
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 10х1220х2440 цв. Красный Ticona | 29,17 | 22 171 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 20х1220х2440 цв. Красный Ticona | 58,35 | 35 845 руб. |
| Лист СВМПЭ 1000 15х1220х2440 цв. Красный Ticona | 43,76 | 27 320 руб. |
| Номенклатура | Вес, кг | Цена листа, ₽ |
|---|---|---|
| Лист СВМПЭ 1000 10х1220х2440 цв. Желтый Ticona | 29,17 | 22 171 руб. |
Применение листового СВМПЭ
Уникальные физико-химические свойства делают СВМПЭ популярным материалом в машиностроении, медицине, военной области, спорте и различных отраслях, таких как легкая, пищевая и химическая промышленность. Листовой СВМПЭ легко поддается механической обработке благодаря следующим способам:
- резка с использованием дисковых, ленточных и возвратно-поступательных пил;
- сверление на низких оборотах для минимизации нагрева;
- стыковая сварка и сварка трением;
- полировка для достижения гладкой поверхности.
Экономически целесообразно использовать СВМПЭ в качестве замены более дорогим материалам, таким как цветные металлы, сталь и фторопласты.
Продукция из СВМПЭ легко поддается ремонту и сохраняет свои свойства на протяжении всего срока эксплуатации. Материал безопасен для человека и окружающей среды. Он долговечен благодаря своей износостойкости и химической инертности, что позволяет минимизировать финансовые и временные затраты на техническое обслуживание. Использование этого материала также способствует снижению энерго- и трудозатрат на производственные процессы.
Судостроение, производство лодок, катеров, прогулочных судов
Высокая износостойкость, влагостойкость, низкий коэффициент трения и великолепные прочностные характеристики листов СВМПЭ делают его идеальным для изготовления следующих конструкций:
- корпусов лодок и катеров, что способствует улучшению их ходовых качеств за счет легкого скольжения;
- облицовки судостроительных верфей для повышения долговечности покрытий;
- конструктивных элементов специализированной оснастки;
- причальных отбойников и кранцев, необходимые для безопасности в порту.
Пластиковые ограждения, изготовленные из СВМПЭ, просты в установке на различные поверхности, включая сталь, бетон, дерево и резину.
Мобильные дорожные плиты и подкладки под опорные площадки
Выносные опоры — аутригеры — играют критическую роль в предотвращении перекосов и опрокидывания автокранов. Подкладки из СВМПЭ, прикладываемые под аутригеры, увеличивают площадь распределения нагрузки, что существенно повышает устойчивость техники, особенно во время операций на рыхлых или влажных грунтах. Благодаря своей высокой прочности и вязкости, материал способен выдерживать значительное давление без деформации. Эти подкладки легки для переноски и устойчивы к воздействию горюче-смазочных материалов, они также легко очищаются с помощью воды.
При необходимости, листы СВМПЭ могут быть изготовлены с нескользящей поверхностью, но с высокой износостойкостью. Эти характеристики требуются, например, для переносных дорожных плит, которые можно использовать на переувлажненных грунтах или неровном рельефе для проезда тяжелогрузных автомобилей.
Медицина
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен нашел свое применение и в ортопедии, где ключевыми факторами являются биосовместимость, легкость, скольжение и прочность на растяжение. Из этого материала изготавливаются различные имплантаты, включая тазобедренные и коленные суставы, межпозвонковые диски и губчатые кости.
Высокомолекулярный полиэтилен
Когда требования к полимерному материалу выходят за пределы возможностей наиболее распространенных марок полиэтилена, таких как ПНД и полипропилен, однозначно стоит рассмотреть использование самого технологически продвинутого типа полиэтилена — СВМПЭ.
Основные характеристики СВМПЭ (англ. PE-UHMW): очень низкий коэффициент трения, высокая стойкость к износу, стойкость к царапинам и большой диапазон рабочих температур от -200ºC до +80ºC. Данный полимер обладает крайне низкой адгезией, что исключает прилипание и примерзание.
Вымокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ) PE-500 является эконом-классом по сравнению с СВМПЭ PE-1000, так как у СВМПЭ существенно лучшие физические свойства, включая большее скольжение, лучшую износостойкость и расширенный температурный диапазон на морозе.
СВМПЭ способен выдерживать крайне высокие нагрузки в течение длительного времени. Материал демонстрирует низкий коэффициент трения и высокую ударную вязкость, что открывает возможности для замены более тяжелых и дорогих материалов, таких как металл и фторопласт.
- Прекрасное сопротивление к износу и истиранию;
- Высокая ударная прочность, даже в условиях низких температур;
- Стойкость к образованию трещин;
- Отличная химическая стойкость;
- Низкий коэффициент трения;
- Очень низкое поглощение воды;
- Суперб электроизоляционные и диэлектрические свойства;
- Хорошая обрабатываемость;
- Физиологическая инертность;
- Устойчивость к высокоэнергетическому радиационному воздействию (гамма- и рентгеновские лучи).
Наиболее распространенные сферы применения:
- разные элементы, подверженные механическим ударам и нагрузкам при низких температурах;
- футеровка специализированной техники (например, накладки на ковши экскаваторов и транспортные контейнеры);
- в пищевой промышленности для производства досок для приготовления и рубки;
- оснащение детских площадок;
- строительство катков с искусственным льдом и ролледромов, а также изготовление бортов хоккейных катков;
- причальные планки и отбойники для портовых сооружений;
- гидроизоляция, включая противокоррозионные уплотнители.
СВМПЭ — сверхвысокомолекулярный полиэтилен РЕ-1000 (PE-500), предназначен для обеспечения способности выдерживать высокие нагрузки в течение длительного периода эксплуатации.
PE-1000 и его более экономичный аналог РЕ-500 предлагают высокое сопротивление к ударам и износу, а также минимальные уровни трения при скольжении.
Идеальные материалы для футеровки бункеров и желобов, а также для решения проблем налипания и комкования в таких сферах, как горнорудная, сталелитейная промышленность, угледобыча и электроэнергетика, обеспечивает их высокая износостойкость и крайне низкая адгезия к любым материалам.
Материал демонстрирует значительный предел прочности при изгибе, не проявляя тенденции к образованию трещин при действующих напряжениях.
PE-1000 и PE-500 абсолютно безопасны, не впитывают влагу и не образуют хрупких связей даже при условиях ультранизких температур до – 260°C.
ПРИМЕНЕНИЕ
- Направляющие;
- Плиты и скользящие поверхности;
- Подшипники скольжения;
- Скребки для конвейерных систем;
- Износостойкая облицовка для различных поверхностей;
- Оборудование для вейкбординга, включая скользящие поверхности трамплинов и рамп;
- Подкладки для цепей конвейеров;
- Основы для штамповки;
- Вырубные плиты и колоды;
- Плиты и подложки для резки;
- Направляющие для рельсов;
- Применение защитных полос против столкновения;
- Стены холодильных помещений и складских объектов;
- Защитные бассейны;
- Основы лыж и сноубордов;
- Защитные плиты на днищах снегоходов и саней-волокуш;
- Износостойкие накладки для днищ лодок;
- Хоккейные поля;
- Перила и плинтусы;
- Соединительные элементы и переходники;
- Шестеренки и шкивы;
- Форсунки и винтовые соединения.
Технические параметры материала СВМПЭ РЕ1000 Original S
| Стандарт | Ед. изм. | РЕ 1000 ”S” | РЕ 1000 ”S” black антистатич. | |
|---|---|---|---|---|
| Цвет материала | — | зелёный/белый | чёрный | |
| Шифр | ISO 1043-1 | PE-UHMW | PE-UHMW | |
| Средняя молекулярная масса | — | г/моль | 5 x 106 | 5 x 106 |
| Плотность | ISO 1183-1 | г/см3 | ≥ 0,93 | ≥ 0,93 |
| Впитывание воды при насыщении в воде | ISO 62 | % | < 0,01 | < 0,01 |
| Механические свойства | ||||
| Напряжение текучести / разрушающее напряжение | ISO 527-1/-2 | мПа | ≥ 17/- | ≥ 17/- |
| Предельное (разрывное) удлинение | ISO 527-1/-2 | % | ≥ 300 | ≥ 300 |
| Модуль Юнга (испытание на разрыв) | ISO 527-1/-2 | мПа | 700 | 700 |
| Испытание на сжатие – сжимающее напряжение | ISO 604 | мПа | 4,5/8/14 | 05.09.2015 |
| При 1/2/5 % номинальной осадки | ||||
| Ударная вязкость (Шарпи) | ISO 179-1 | кДж/м2 | Б.и. | Б.и. |
| Ударная вязкость образца с надрезом (Шарпи) | ISO 179-1 | кДж/м2 | ≥ 170 | ≥ 170 |
| Твёрдость при вдавливании шарика | ISO-2039-1 | мПа | 38 | 40 |
| Твёрдость по Шору, D | ISO 868 | ° | 66 | 64 |
| Коэффициент трения скольжения в сухом виде | — | — | 0,1-0,2 | 0,1-0,2 |
| Испытание песчаной суспензией | ISO 15527 | % | 100 | 110 |
| Термические характеристики | ||||
| Температура плавления | ISO 11357-1 | °C | 130-135 | 130-135 |
| Температура перехода в стеклообразное состояние | ISO 11357-1 | °C | -120 | -120 |
| Теплопроводность при 23°C | — | Вт/(K x м) | 0,4 | 0,4 |
| Линейный термический коэффициент удлинения α: | ISO 11359-2 | м/(м x K) | — | |
| — Среднее значение от 23 до 60°C | 20 x 10-5 | 20 x 10-5 | ||
| Верхняя температура эксплуатации на воздухе: | ||||
| — Кратковременная температура эксплуатации | — | °C | 90 | 90 |
| — Длительная: в течение 5000 ч | 80 | 80 | ||
| Нижняя температура эксплуатации | — | °C | -200 | -200 |
| Характеристики горения по UL94 — толщина образца 3/6 мм | — | — | HB | HB |
| Электрические свойства | ||||
| Прочность на пробой | IEC 60243-1 | кВ/мм | ≥ 45 | — |
| Удельное объёмное сопротивление | IEC 60093 | Ом x см | > 1014 | ≤ 106 |
| Поверхностное сопротивление | IEC 60093 | Ом | > 1013 | ≤ 109 |
| Диэлектрическая проницаемость: – при 100 Гц | IEC 60250 | — | 2,1 | — |
| – при 1 мГц | 3 | — | ||
| Коэффициент диэлектрических потерь tan δ: – при 100 Гц | IEC 60250 | — | 0,00039 | — |
| – при 1 мГц | — | — | ||
| Физиологические свойства | ||||
| Совместимость с пищевыми продуктами | +/+ | + | ||
Способы переработки
Температуры фазовых переходов и вязкость расплавленных высокомодульных полимеров значительно выше, чем у обычных полимеров. Поэтому специальными способами переработки производят изделия:
- плунжерная экструзия для создания изделий разного профиля — ленты, листы, трубы и стержни;
- горячее прессование с последующим спеканием;
- выдувное экструзионное формирование для производства пленок;
- ионное или газопламенное напыление с высокотемпературным спеканием для порошковых покрытий;
- экструзионное спекание для создания микропористых материалов для фильтрации;
- гель-прядение из растворов с последующим высокотемпературным вытягиванием для получения волокон.
Изделия из ВМПЭ используются в жестких условиях эксплуатации
Большая часть высокомолекулярного полиэтилена применяется для производства высокопрочных волокон и деталей механизмов, где требуются одновременно высокая прочность и низкий уровень износа и трения, а также морозостойкость. Эти материалы могут успешно заменять более дорогие и дефицитные материалы, такие как бронза и фторопласт.
Сферы применения материалов и изделий из СВМПЭ крайне разнообразны, и их сложно перечислить в полном объеме.
Волокна и ткани, изготовленные из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, используются для создания непотопляемых канатов и тросов, которые с точки зрения прочности и срока службы превосходят стальные аналоги, а также обеспечивают лучшую водостойкость по сравнению с кевларовыми изделиями. Из них изготавливают сети, лески, защитные костюмы и устойчивые к порезам кольчужные перчатки, парашюты и парусину, а также средства баллистической защиты.
Серьезные технические и экономические преимущества проявляются при использовании СВМПЭ в следующих отраслях:
- электротехника, включая изоляторы, прерыватели для высокочастотных приборов, аккумуляторные ячейки и сепараторные ленты, кабельные оболочки и обтекатели антенн;
- машиностроение, где применяют детали, работающие при повышенном трении и абразивных нагрузках (втулки, шестеренки, зубчатые колеса, уплотнители, отбойники);
- химическая промышленность, где применяются футеровочные материалы для емкостей, реакторов, трубопроводов, а также валы и лопасти мешалок, вентиляционные и задвижные устройства для агрессивных сред;
- добывающая промышленность и строительство, в которых используются транспортерные ленты и облицовка ковшей экскаваторов для отгрузки липких, влажных и горячих грузов, таких как глины, бурый уголь, смолы и асфальты.
