Исследование влияния количества слоев бронепакета из параарамидных тканей на усилие прокола
Автор: Буланов Я.И., Курденкова А.В., Шустов Ю.С.
Журнал: Материалы и технологии @mat-tech
Рубрика: Материаловедение
Статья в выпуске: 1 (1), 2018 года.
Бесплатный доступ
В работе изучено влияние количества слоев, влажности и скорости движения индентора в виде пики на усилие прокола тканей для бронежилетов. Проведен однофакторный эксперимент и получены адекватные математические зависимости, позволяющие прогнозировать величину усилия прокола в зависимости от факторов внешней среды.
Параарамидные ткани, усилие прокола, количество слоев ткани, индентор в виде пики, однофакторный эксперимент
Короткий адрес: https://sciup.org/142218118
IDR: 142218118 | DOI: 10.24411/2617-1503-2018-11002
Текст научной статьи Исследование влияния количества слоев бронепакета из параарамидных тканей на усилие прокола
Ткани из параарамидных нитей используются для изготовления средств индивидуальной бронезащиты, которые должны обеспечивать защиту как от огнестрельного, так и от холодного оружия. Причинить вред здоровью или смерть можно различными видами холодного оружия, каждое из которых имеет свои особенности в конструкции. В ГОСТ Р 50744-95 средством поражения является штык-нож к автомату АК-74 и его модификациям, данное средство поражения по механике поражения исключает прокол, а ткани для бронежилетов должны обеспечивать защиту не только от прорезания, но и от прокалывания. Поэтому для более полного изучения механики проникновения поражающих элементов на ткань необходимо использовать пику.
Современные виды бронежилетов изготавливаются из многослойных пакетов. Целью данного исследования являлось изучение изменения усилия прокола параарамидных тканей с учетом влажности и ско-
рости движения индентора, что позволяет определить оптимальные условия эксплуатации бронепакета для защиты от колющего оружия. В работе были проведены испытания для различных видов текстильных материалов при варьировании количества слоев, скорости движения индентора и влажности ткани.
В качестве объектов исследования были выбраны 5 артикулов баллистических тканей, которые наиболее распространены для изготовления средств индивидуальной защиты. Ткани выработаны из нитей Русар. Структурные характеристики исследуемых тканей приведены в таблице 1.
Из таблицы 2 видно, что с увеличением количества слоев усилие прокола увеличивается, а с увеличением влажности – уменьшается. С увеличением скорости движения индентора усилие прокола увеличивается.
На рисунке 1 приведены зависимости усилия прокола от количества слоев параарамидной ткани.
Таблица 1 ‒ Структурные характеристики исследуемых тканей
|
Показатель качества |
Обозначение |
арт. 86144 |
арт. 86136 |
арт. 86294 |
арт. 53631 |
арт. 84127 |
|
Толщина, мм |
b |
0,27 |
0,26 |
0,27 |
0,30 |
0,23 |
|
Линейная плотность нитей основы, текс |
Т о |
55,0 |
61,0 |
29,5 |
62,0 |
34,0 |
|
Линейная плотность нитей утка, текс |
т у |
55,0 |
60,0 |
29,5 |
60,0 |
32,0 |
|
Плотность ткани по основе, число нитей / 10 см |
П о |
150 |
130 |
270 |
150 |
240 |
|
Плотность ткани по утку, число нитей / 10 см |
П у |
140 |
140 |
240 |
150 |
210 |
|
Поверхностная плотность ткани, г/м2 |
М 1 |
164,5 |
168,4 |
152,6 |
187,0 |
152,0 |
|
Переплетение |
Саржевое |
Атласное |
Полотняное |
Вафельное |
Полотняное |
Результаты испытаний на прокол пикой приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Результаты определения усилия прокола параарамидных тканей индентором в виде пики
|
Количество слоев |
арт. 86144 – саржевое переплетение |
арт. 86136 – атласное переплетение |
арт. 86294 – полотняное переплетение |
арт. 53631– вафельное переплетение |
арт. 84127 – полотняное переплетение |
|||||
|
а s s * i С |
S « S и © а С |
а s s * i с |
« S £ к© с |
а с |
S « S с |
а с |
S с |
а с |
S с |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
Влажность ткани 40 %, скорость движения индентора 100 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
14,2 |
2,64 |
14,1 |
2,64 |
14,9 |
2,81 |
14,7 |
1,54 |
14,4 |
2,75 |
|
2 |
23,4 |
2,61 |
22,1 |
2,61 |
25,3 |
2,66 |
25,7 |
1,49 |
25 |
2,32 |
|
4 |
27 |
2,58 |
26,7 |
2,57 |
29,6 |
2,62 |
29,3 |
1,29 |
29 |
2,14 |
|
6 |
31 |
1,62 |
30,2 |
2,22 |
33,2 |
2,41 |
32,8 |
0,97 |
33,3 |
1,97 |
|
8 |
35,8 |
1,54 |
34,5 |
2,02 |
36 |
2,13 |
35,3 |
0,87 |
37,7 |
1,75 |
|
Влажность ткани 40 %, скорость движения индентора 250 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
15,1 |
2,67 |
15,5 |
1,76 |
15,7 |
1,96 |
15,1 |
1,80 |
15 |
2,58 |
|
2 |
24,4 |
2,28 |
23,9 |
1,72 |
24,5 |
1,82 |
23,5 |
1,74 |
24,9 |
2,36 |
|
4 |
28,3 |
1,66 |
29,8 |
1,67 |
29 |
1,72 |
28,8 |
1,69 |
30,8 |
1,85 |
|
6 |
32,4 |
1,35 |
33,3 |
1,24 |
32,1 |
1,54 |
33,5 |
1,42 |
35,7 |
1,66 |
|
8 |
37,2 |
1,15 |
36,1 |
1,01 |
35,8 |
1,26 |
38,3 |
1,27 |
40,5 |
1,43 |
|
Влажность ткани 40 %, скорость движения индентора 500 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
16,1 |
2,10 |
16,4 |
2,05 |
16,3 |
2,48 |
16,3 |
2,22 |
15,8 |
2,86 |
|
2 |
25,6 |
2,03 |
24,6 |
2,03 |
24,8 |
2,37 |
22,8 |
2,10 |
25 |
2,63 |
|
4 |
30,5 |
1,85 |
29,8 |
1,95 |
31 |
2,05 |
28,4 |
1,88 |
29,6 |
2,15 |
|
6 |
34 |
1,67 |
32,8 |
1,75 |
35,7 |
1,84 |
32,2 |
1,71 |
35,5 |
1,85 |
|
8 |
38,5 |
1,41 |
36,3 |
1,59 |
39,2 |
1,72 |
36,7 |
1,56 |
43,8 |
1,71 |
|
Влажность ткани 65 %, скорость движения индентора 100 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
6,7 |
1,59 |
6,9 |
1,61 |
6,8 |
1,68 |
5,6 |
1,86 |
6,3 |
2,13 |
|
2 |
10,3 |
1,57 |
12,1 |
1,57 |
14,3 |
1,60 |
14,2 |
1,68 |
16,8 |
1,85 |
|
4 |
16,7 |
1,42 |
17,6 |
1,54 |
18,7 |
1,58 |
17,8 |
1,56 |
18,1 |
1,69 |
|
6 |
20,2 |
1,39 |
21,5 |
1,42 |
23,2 |
1,46 |
24,6 |
1,41 |
25,7 |
1,53 |
|
8 |
24 |
1,22 |
26 |
1,02 |
27 |
1,11 |
26 |
1,21 |
29,4 |
1,41 |
|
Влажность ткани 65 %, скорость движения индентора 250 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
7,8 |
1,84 |
8 |
1,80 |
7,2 |
1,85 |
6,5 |
1,77 |
8 |
2,14 |
|
2 |
9,4 |
1,76 |
9,1 |
1,68 |
8,1 |
1,85 |
7,7 |
1,56 |
11 |
1,96 |
Окончание таблицы 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
4 |
12,6 |
1,72 |
11 |
1,67 |
12,1 |
1,67 |
10,8 |
1,45 |
14,2 |
1,78 |
|
6 |
15 |
1,59 |
16,5 |
1,51 |
16,7 |
1,49 |
14,3 |
1,23 |
17,4 |
1,61 |
|
8 |
18,4 |
1,32 |
18,3 |
1,24 |
18,5 |
1,11 |
17,1 |
1,03 |
20,2 |
1,43 |
|
Влажность ткани 65 %, скорость движения индентора 500 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
8,2 |
2,12 |
8,2 |
2,20 |
7,8 |
2,17 |
7,6 |
2,24 |
8,4 |
2,61 |
|
2 |
11 |
2,03 |
12,2 |
2,05 |
10,7 |
2,10 |
11,8 |
2,12 |
12,6 |
2,48 |
|
4 |
14,6 |
1,95 |
13 |
1,88 |
13,7 |
2,08 |
14,2 |
1,85 |
15,7 |
2,18 |
|
6 |
15,3 |
1,81 |
14,5 |
1,66 |
16,2 |
1,84 |
16,7 |
1,71 |
16,8 |
1,94 |
|
8 |
17,1 |
1,62 |
17,2 |
1,34 |
18,1 |
1,71 |
18,3 |
1,45 |
17,8 |
1,72 |
|
Влажность ткани 90 %, скорость движения индентора 100 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
3,6 |
3,02 |
3,7 |
3,05 |
3,4 |
2,78 |
4,1 |
2,31 |
4,1 |
2,57 |
|
2 |
7,7 |
2,86 |
7,8 |
2,73 |
7,3 |
2,57 |
6,9 |
2,14 |
6,8 |
2,36 |
|
4 |
8,4 |
2,56 |
8,8 |
2,47 |
8,9 |
2,36 |
8,5 |
1,86 |
8,6 |
2,16 |
|
6 |
9,5 |
2,31 |
9,4 |
2,31 |
10,3 |
2,18 |
9,6 |
1,61 |
9,1 |
1,91 |
|
8 |
12,4 |
2,10 |
12,3 |
2,03 |
13,2 |
1,81 |
12,5 |
1,52 |
12 |
1,73 |
|
Влажность ткани 90 %, скорость движения индентора 250 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
4,5 |
2,74 |
4,9 |
2,96 |
4,3 |
2,91 |
5,1 |
2,64 |
4,4 |
2,79 |
|
2 |
7,5 |
2,56 |
8,2 |
2,78 |
7,1 |
2,71 |
8,8 |
2,31 |
7,4 |
2,63 |
|
4 |
8 |
2,30 |
8,6 |
2,56 |
7,8 |
2,63 |
9,3 |
2,15 |
8,1 |
2,45 |
|
6 |
8,7 |
2,01 |
9 |
2,13 |
8,4 |
2,34 |
9,7 |
1,91 |
8,4 |
2,03 |
|
8 |
11,6 |
1,75 |
11,9 |
1,94 |
11,3 |
2,10 |
12,6 |
1,75 |
11,3 |
1,88 |
|
Влажность ткани 90 %, скорость движения индентора 500 мм/мин |
||||||||||
|
1 |
5,1 |
2,57 |
5,4 |
2,81 |
5,7 |
3,04 |
5,3 |
2,80 |
5 |
3,27 |
|
2 |
8,5 |
2,31 |
9,1 |
2,61 |
9,5 |
2,71 |
8,9 |
2,78 |
8,4 |
3,06 |
|
4 |
9,5 |
2,14 |
10,5 |
2,45 |
10,7 |
2,56 |
10 |
2,56 |
11 |
2,81 |
|
6 |
10,8 |
1,85 |
11 |
2,11 |
11,6 |
2,13 |
11,3 |
2,33 |
11,4 |
2,45 |
|
8 |
13,7 |
1,64 |
13,9 |
1,86 |
14,5 |
1,94 |
14,2 |
2,01 |
14,3 |
2,15 |
-
1) y = 3,59Ln(x) + 5,25 R2 = 0,93
-
2) y = 3,53Ln(x) + 5,77 R2 = 0,93
-
3) y = 3,67Ln(x) + 6,04 R2 = 0,93
-
4) y = 3,73Ln(x) + 5,50 R2 = 0,93
-
5) y = 4,07Ln(x) + 5,18 R2 = 0,96
я
as
s
s
3) y = 0,014x2 - 2,314x + 109,360 R2 = 1,000
1) y = 0,014x2 - 2,368x + 110,180 R2 = 1,000
4) y = 0,011x2 - 1,937x + 95,884 R2 = 1,000
5) y = 0,018x2 - 2,930x + 132,200 R2 = 1,000
2) y = 0,013x2 - 2,091x + 99,724 R2 = 1,000
1) ♦ арт.86144 2) ■ арт.86136 3) ▲ арт.86294 4) • арт.53631 5) ▲ арт.84127
Рисунок 3 – Зависимость усилия прокола ткани в 8 слоев при скорости движения индентора 500 мм/мин от влажности ткани
Выводы
По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы. Структурные характеристики оказывают влияние на усилие прокола. Для улучшения этих показателей необходимо использовать наиболее оптимальные виды переплетений, которые обеспечивают максимальные показатели стойкости к проколу. Наилучшими характеристиками обладает ткань арт. 86294 полотняного переплетения, а наихудшими – арт. 86136 атласного переплетения.
Для обеспечения безопасности необходимо использовать комплексный подход при формировании оптимального бронепакета, защищающего как от прокола, так и от прорезания, также данный пакет необходимо использовать как составную часть бро-непакета для защиты от огнестрельного оружия, так как ткани, используемые для защиты от огнестрельного оружия, не обеспечивают защиту от холодного оружия или иных предметов, которыми при помощи мускульной силы человека можно нанести вред здоровью или причинить смерть.
Список литературы Исследование влияния количества слоев бронепакета из параарамидных тканей на усилие прокола
- Список литературы
- Дробот, Е. В. Анализ изменения параметров строения ткани на этапах ее изготовления/Е. В. Дробот, О. В. Закора, Е. Ю. Рязанова//Вестник Витебского государственного технологического университета. -2015. -Вып. 29. -С. 21-30.
- Чугин, В. В. Энергетический анализ структуры однослойной ткани/В. В. Чугин//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. -№ 3. -С. 50-53.
- Чугин, В. В. Энергетический анализ структуры однослойной ткани/В. В. Чугин//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. -№ 4. -С. 35-38.
- Чугин, В. В. Энергетический анализ структуры однослойной ткани//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -1990. -№ 5. -С. 48-53.
- Дамянов, Г. Б. Строение ткани и современные методы ее проектирования/Г. Б. Дамянов, Ц. З. Бачев, Н. Ф. Сурнина. -Москва: Легкая и пищевая промышленность, 1984. -240 с.
- Иноземцева, Н. А. Разработка метода проектирования тканей по заданному порядку фазы строения: автореф. дис.. канд. техн. наук/Н. А. Иноземцева. -Москва: МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2010. -16 с.
- Федорченко, О. В. Удосконалення методики проектування тканин за рахунок корегування дiаметрiв ниток/О. В. Федорченко, О. В. Закора, Ш. Тачджанов//Вюник Кшвського нацюнального ушверситету технологш та дизайну. Серiя, Техшчш науки. -2017. -№ 5 (114). -С. 179-185. References
- Drobot, E. Analysis of changes in the parameters of the structure of tissue at the stages of its fabrication/E. Drobot, O. Zakora, E. Rjazanova//Vestnik of Vitebsk state technological University. -2015. -№ 29. -P. 21-30.
- Chugin, V. Energy analysis of the structure of a single-layer fabric/V. Chugin//News universities. Technology of textile industry. -1990. -№ 3. -P. 50-53.
- Chugin, V. Energy analysis of the structure of a single-layer fabric/V. Chugin//News universities. Technology of textile industry. -1990. -№ 4. -P. 35-38.
- Chugin, V. Energy analysis of the structure of a single-layer fabric/V. Chugin//News universities. Technology of textile industry. -1990. -№ 5. -P. 48-53.
- Damyanov, G. Structure and modern methods of design/G. Damyanov, Z. Bachiv, N. Surnina. -Moscow: Light and food industry, 1984. -240 p.
- Inozemtseva, N. Development of a method for designing fabrics according to a given order of the phase of the structure: abstract of dissertation.. kand. techn. sciences/N. Inozemtseva. -Moscow: MGTU im. Ah. Kosygina, 2010. -16 p.
- Fedorchenko, O. Improvement of the technique of designing fabrics by adjusting the diameter of threads/O. Fedorchenko, O. Zakora, Sh. Tachjanov//Bulletin of the Kiev National University of technology and design. Series, Engineering. -2017. -№ 5 (114). -P. 179 -185. Spisok literatury
- Drobot, E. V. Analiz izmenenija parametrov stroenija tkani na jetapah ee izgotovlenija/E. V. Drobot, O. V. Zakora, E. Ju. Rjazanova//Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta. -2015. -№ 29. -S. 21-30.
- Chugin, V. V. Jenergeticheskij analiz struktury odnoslojnoj tkani/V. V. Chugin//Izvestija vuzov. Tehnologija tekstil'noj promyshlennosti. -1990. -№ 3. -S. 50-53.
- Chugin, V. V. Jenergeticheskij analiz struktury odnoslojnoj tkani/V. V. Chugin//Izvestija vuzov. Tehnologija tekstil'noj promyshlennosti. -1990. -№ 4. -S. 35-38.
- Chugin, V. V. Jenergeticheskij analiz struktury odnoslojnoj tkani/V. V. Chugin//Izvestija vuzov. Tehnologija tekstil'noj promyshlennosti. -1990. -№ 5. -S. 48-53.
- Damjanov, G. B. Stroenie tkani i sovremennye metody ee proektirovanija/G. B. Damjanov, Ts. Z. Bachev, N. F. Surnina. -Moskva: Legkaja i pischevaja promyshlennost', 1984. -240 s.
- Inozemtseva, N. A. Razrabotka metoda proektirovanija tkanej po zadannomu porjadku fazy stroenija: avtoref. dis.. kand. tehn. nauk/N. A. Inozemtseva. -Moskva: MGTU im. A. N. Kosygina, 2010. -16 s.
- Fedorchenko, O. V. Udoskonalennja metodiki proektuvannja tkanin za rahunok koreguvannja diametriv nitok/O. V. Fedorchenko, O. V. Zakora, Sh. Tachdzhanov//Visnik Kiivs'kogo nacional'nogo universitetu tehnologij ta dizajnu. Serija, Tehnichni nauki. -2017. -№ 5 (114). -S. 179-185.
