В условиях большого числа вооруженных конфликтов, происходящих по всему миру, растет потребность в средствах индивидуальной защиты для сил безопасности. Производители средств индивидуальной защиты (СИЗ) в Европе после начала вооруженного конфликта между Россией и Украиной значительно увеличили производство пуленепробиваемых жилетов.
Специалисты германской компании KARL MAYER уже несколько лет успешно разрабатывают решения в текстильной промышленности для высокопроизводительного производства легких многоосных необрезных тканей, предназначенных для защитных применений. Малый вес является ключевым фактором, обеспечивающим комфорт при ношении защитного снаряжения, включая пуленепробиваемые бронежилеты.
д-р Юрген Трельцш, менеджер проектов по специальным спецификациям в подразделении технического текстиля компании KARL MAYERИзображение: KARL MAYER
Изделия из арамидных волокон, представляющих собой высокопрочный полиамид (ПА), уже завоевали популярность на рынках во многих странах мира. Данные волокна используются для создания тонких лент с помощью машины для распределения волокон KARL MAYER модели UD 700, а затем подаются на многоосную основовязальную машину COP MAX 5 при постоянном натяжении в рамках двухэтапного процесса и соединяются в высококачественные ткани с помощью стежка-скрепления.
Разработанный компанией процесс позволил достичь поверхностную плотность (вес одного квадратного метра) отдельных слоев материала всего в 90 г/м². Однако эксперты KARL MAYER обнаружили, что этот показатель можно еще снизить, учитывая, что до 70 слоев ленты объединяются под разными углами в зависимости от требуемого класса защиты.
Многоосевая основовязальная машина COP MAX 5 от KARL MAYER с постоянным натяжением в двухэтапном процессе и скреплением в высококачественные полотна методом скрепления стежкамиИзображение: KARL MAYER
Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Компания в другом проекте использовала волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE, ultra-high molecular weight polyethylene, СВМПЭ), которые отличаются меньшей плотностью и высокой прочностью на разрыв — более 3,5 ГПа. Несмотря на меньший расход материала и вес, волокна UHMWPE обеспечивают такое же поглощение энергии при попадании пуль и других снарядов, как и арамид.
Процесс производства лент из СВМПЭ аналогичен процессу переработки арамида. На первом этапе волокна распределяются в однослойные ленты с помощью системы распределения волокон UD 700. При этом испытания распределения, проведенные в KARL MAYER, оказались чрезвычайно многообещающими.
«Мы смогли создать слои толщиной всего от 40 до 50 мкм, используя максимум две отдельные нити друг над другом. Это позволяет достичь веса на единицу площади менее 30 г/м² на слой», — с удовлетворением рассказал д-р Юрген Трельцш, менеджер проектов по специальным спецификациям в подразделении технического текстиля компании KARL MAYER.
Волокна СВМПЭ распределяются в тонкие ленты с помощью машины KARL MAYER для распределения волокон UD 700Изображение: KARL MAYER
Фиксация нитей СВМПЭ
По причине низкого веса на единицу площади нити должны быть зафиксированы в нужном положении сразу после процесса распределения, чтобы избежать образования полос при дальнейшей обработке. Эти укладочные полосы могут стать точками обрыва для снаряда и, следовательно, должны быть исключены. В качестве фиксирующего материала была использована тончайшая полимерная пленка толщиной 10 мкм, которая была ламинирована на одну сторону однонаправленных однослойных лент, изготовленных из распущенных волокон. Это позволяет максимально использовать прочностной потенциал волокон, одновременно учитывая цену волокна.
Модуль подачи и нагрева пленки был интегрирован в машину для распускания волокон для обеспечения требуемого соединения слоя волокна и пленки. Испытания также показали многообещающие результаты.
На втором этапе однонаправленные однослойные ленты соединяются в слои под углом 0° и 90° на машине COP MAX 5 для формирования стопок слоев, так называемых перекрестных слоев, которые скрепляются с помощью техники вязания оберткой, успешно опробованной и испытанной при переработке арамида.
Машина COP MAX 5
Система автоматической укладки слоев в различных угловых ориентациях впечатлила клиентов, которые посетили завод KARL MAYER, чтобы узнать о возможностях многоосной технологии. Однако на практике укладки слоев по-прежнему все еще часто создаются вручную.
Поперечные слои, изготовленные из волокон СВМПЭ, в 2021 году прошли всесторонние испытания в соответствии с международным стандартом NIJ 0101.06 США. Пакет слоев ленты имел общий вес 6000 г/м² и угловое расположение слоев волокон 0°/90°. Испытание на перфорацию и сигнатуру обратной стороны также было успешно пройдено.
Технология распределения волокон KARL MAYER обеспечивает высоковыровненную и однородную ориентацию волокон. Возможно использование более высоких номеров пряжи, что позволяет снизить материальные затраты на килограмм.
Шпулярник с меньшим количеством катушек снижает требования к пространству и усилия по загрузке пряжи. Комбинация материалов волокон и пленки исключает необходимость использования жидких химикатов для заделки волокон, а кроме того, для испарения воды не затрачивается энергия.