현재와 미래의 갑옷
2005년부터 Krasnaya Zvezda는 특수 기계 건물 중앙 연구소의 고강도 재료 센터 "Armokom" 전문가가 만든 고유한 개인 보호 장비에 대해 반복적으로 이야기했습니다. 국방부와 FSB 러시아에서 절단 방지 및 위장복에 대한 공급을 승인 한 유기 세라믹 갑옷 (후자는 광학-시각 및 레이더 보호 기능이 있음) ... 이 연구 및 생산 팀의 과학자와 설계자는 유지 관리 놀라운 보호 특성을 지닌 특수 소재의 생성으로 인해 활동 분야에서 선두 자리를 차지했습니다. Armocom 센터는 오늘날 개인 보호 장비 생산에서 잘 알려진 나노 기술을 사용하기 시작할 것입니까? 이 영역에서 효과적으로 사용할 수 있습니까? Krasnaya Zvezda 특파원의 이러한 질문과 기타 질문은 고강도 재료 센터 "Armocom"의 총책임자, 소련 국가 상 수상자 및 러시아 연방 정부 상, 기술 과학 박사가 답변합니다. Evgeny KHARCHENKO 교수.
- Evgeny Fedorovich, 먼저 개념을 정의하는 데 도움을 주세요. 최근 화두가 되고 있는 나노소재와 나노기술이란 무엇일까요?
- 나노물질은 보통 크기가 0,1미크론(0,001미크론은 100밀리미터) 미만, 즉 XNUMX나노미터를 넘지 않는 작은 입자를 의미합니다. 가장 단순한 형태는 곱게 간 가루입니다. 예를 들어, 많은 페인트는 안료가 매우 작은 크기로 부서지기 때문에 나노 물질입니다. 그러나 기체 환경에서 특수하게 성장하는 가장 일반적인 나노입자는 탄소 나노튜브입니다. 이 작은 입자가 직경보다 몇 배 더 큰 길이를 가지고 있기 때문에 이 이름을 얻었습니다. 모양이 있지만 섬유가 될 수도 있습니다.
탄소 나노튜브는 전 세계적으로 널리 사용되고 있으며 이에 대한 정보는 충분합니다...
- 개인 보호구를 만들기 위해 나노 물질을 사용해 본 적이 있습니까?
- 모든 방탄복 장비의 기본은 아라미드 섬유입니다. 지름은 약 12미크론으로 사람 머리카락 굵기의 1/6이다. 분자의 작은 직경과 특수한 구조로 인해 매우 높은 강도와 가벼움을 가지고 있습니다. 오늘날 단면적이 1mm2인 기존의 아라미드 섬유는 500kg의 하중을 견딜 수 있습니다.
- 종방향 응력을 의미합니까?
- 예. 이 섬유는 가로 방향은 물론이고 세로 방향으로도 인장 하중을 견디지 못하고 매듭으로 묶으면 강도가 반으로 줄어듭니다. 그럼에도 불구하고 그것은 XNUMX/XNUMX 톤을 담을 것입니다. 보시다시피 그것도 많습니다.
이 섬유로 실을 만들고, 실로 천을 만들고, 헬멧과 방탄 조끼를 천으로 성형합니다.
-이건 러시아 기술뿐인가, 아니면 해외에서도 같은 방식으로 개인 보호 장비를 만드는가?
- 이 기술은 모든 국가에서 사용할 수 없습니다. 하지만 이 기술이 있는 곳은 우리와 크게 다르지 않습니다. 사실, 특성의 최종 제품은 어디에서나 다릅니다 ...
- 나노물질을 사용하여 이 제품을 개선할 수 있는가?
- Igor Vladimirovich Tikhonov가 이끌고 아라미드 섬유를 생산하는 Mytishchi의 "내열 섬유 연구 및 생산 기업"에서 몇 년 전에 우리는 탄소 나노튜브와 아라미드 섬유를 결합하려고 시도했습니다. 섬유는 매우 작은 피브릴 또는 거대분자 팩의 모음입니다. 모든 분자 사슬이 섬유의 축을 따라 흐르기 때문에 피브릴 사이에 화학 결합이 없으므로 가로 강도도 높지 않습니다. 그래서 섬유 형성 단계에서 나노 입자를 도입하려고 시도했습니다. 이 입자가 종 방향 피 브릴을 벽돌로 고정하는 것처럼 섬유의 특성을 향상시켜 가로 강도를 제공한다고 가정했습니다. 총알이 섬유에 부딪칩니다.
- 가설이 확인되었는가?
- 그 결과 샘플에서 강도가 20% 증가하고 탄성 계수가 약 XNUMX/XNUMX 증가했습니다. 즉, 섬유가 늘어나지 않는 강성(섬유가 늘어나는 능력이지만 동시에 큰 하중을 견디는 것을 강도라고 합니다. - Auth.) . 따라서 우리는 중요한 사실을 확신했습니다. 이 방향에는 큰 기회가 있지만 기술적으로는 매우 복잡합니다. 결국, 나노 첨가제의 크기, 매우 정확한 농도, 형성 과정에서 섬유에 도입되는 단계를 최대한 명확하게 선택해야 합니다...
이에 대해 실질적인 측면에서 우리는 문제를 중단하고 얻은 결과를 예비에 넣었으며 이제 그러한 방법의 존재를 명확하게 상상했습니다.
- 나노입자로 강화된 아라미드 섬유의 사용이 개인보호구의 성능에 어떤 영향을 미칠 수 있는가?
- 보호 장비의 기본 셀, 즉 섬유(및 하나의 방탄복 - 수백만 개의 섬유)가 강할수록 최상의 보호 특성을 얻을 가능성이 높아집니다. 방탄복은 동일한 보호 등급을 유지하면서 더 얇고 가볍게 만들 수 있습니다. 또는 질량과 치수를 유지하면서 보호 수준을 높입니다.
-연구 결과를 예비로 둔 이유는?
- 내가 말했듯이 개선 된 재료를 기반으로 만드는 것은 기술적으로 매우 어렵습니다. 이것은 많은 노동력과 돈이 필요합니다. 아라미드 고분자보다 직경이 수백 배 작은 나노섬유를 대량 생산하는 기술은 전무하다. 파일럿 생산에 사용되는 기존 기술은 매우 비쌉니다.
일반적으로 응용 과학에서는 나중을 위해 몇 가지 혁신적인 아이디어를 남겨 두는 것이 적절하거나 필요합니다. 근본적인 연구에 관해서는 우리 센터 "Armokom"은 결국 과학 아카데미가 아닙니다.
- 당신과 당신의 동료들은 나노물질이 방탄복과 헬멧의 보호 특성을 향상시킬 수 있다는 사실을 확립했으므로 우리 군인과 장교의 생명을 보호하기 위해 이러한 물질의 사용을 연기하는 것이 옳습니까? 내일 전쟁이 나면 내일 하이킹을 가려면?
- 오늘날까지 우리 군대의 절반 이상이 1968년형 강철 헬멧을 쓰고 있습니다! 모든 비용이 듭니다... 최근 우리는 신소재로 만든 6B7-1M 헬멧을 국방부에 대량 공급하기 시작했습니다. 그들은 Nikolai Svertilov 장군과 Boris Ruchkin 부서장이 이끄는 러시아 연방 국방부 GRAU의 지시에 따라 만들어졌습니다. 우리는 아라미드 복합 재료로 이 헬멧을 제조합니다. 우리가 나노 물질을 사용하여 만들기 시작했다면, 동시에 20% 더 가벼워지지만 두 배는 더 비싸질 것입니다.
그러나 이를 위해서는 먼저 기술을 완전히 개선해야 합니다. 지금까지 우리는 나노 물질을 사용하여 아라미드 갑옷의 보호 특성을 개선할 수 있는 근본적인 가능성만을 보여주었습니다. 이 부분에 대한 근본적인 연구가 필요합니다.
-국내 개인 보호 장비 생산 기관차 인 "Armokom"센터가 이제 강제로 멈춰야합니까?
-아니요, 우리는 가만히 있지 않고 전투기의 개인 보호 장비를 계속 개선합니다. 우리는 Ratnik 프로그램에 따라 전투기 장비를 위한 새로운 헬멧과 전투 차량 승무원을 위한 새로운 보호 키트를 개발했습니다. 6B7-1M 헬멧에 비해 이 헬멧은 거의 1/XNUMX 더 가볍고 무게는 XNUMXkg에 불과합니다. 동시에 이전 제품과 동일한 수준의 보호 특성을 가지고 있습니다. 야간 투시 장치, 무선 통신 장비 등을 헬멧에 배치해야 하기 때문에 보호 등급을 잃지 않고 헬멧의 질량을 줄이는 것은 군인에게 매우 중요합니다.
새 헬멧의 예비 테스트가 성공적으로 완료되었고 현재 상태 테스트가 진행 중이며 내년에 군대가 Ratnik 장비 세트의 일부로 받기를 바랍니다.
- 나노 기술을 사용하지 않고 헬멧의 무게를 줄일 수 있었던 것으로 알고 있습니다.
- 예, 이 경우 제품 제조를 위해 우리 회사의 섬유 복합 기술 및 건설 기술의 가능성을 사용했습니다.
-미래를 위해 개인 보호 장비의 나노 기술 주제를 연기하고 미국과 같은 다른 기술 및 기술 선진국에서는이 분야에 막대한 자금이 투자 될 것이라는 사실이 밝혀지지 않았습니까? , 결과적으로 러시아는 한 번 이상 발생했습니다. 역사, 다시 따라 잡아야합니까?-즉, 미국인이 성공한다면. 그렇지 않다면? 거의 분자 (!) 수준에서 이미 상당히 완벽한 구조를 가진 재료를 개선해야 할 필요가 있다고 상상해보십시오. 그건 그렇고, American Kevlar는 여전히 Ruslan보다 훨씬 열등합니다. 국내 아라미드 섬유로 만든 직물은 타의 추종을 불허하는 탄도 특성을 가지고 있으며 이는 실험적으로 입증되었습니다 (7 년 2011 월 XNUMX 일 Krasnaya Zvezda에 게시 된 "필드 여왕을위한 황금 헬멧"자료에서 이에 대한 자세한 내용을 읽으십시오. -Auth.). 그래서 지금은 해외 동료들이 탄도 아라미드 섬유 생산을 따라잡고 있습니다. 그리고 그것들을 강화하기 위한 나노기술의 사용은 그 다음으로 훨씬 더 복잡한 수준입니다.
- Evgeny Fedorovich, 대화 시작 부분에서 페인트에 나노 입자를 사용하는 예를 들었습니다...
-분명히, 군인 유니폼의 직물 색상은 전장에서 매우 중요합니다. 군인은 항상 지형과 조화를 이루어야 하므로 모든 갑옷은 위장해야 합니다. 특히 국군용으로 개발 생산하고 있는 군용차량 승무원 보호키트입니다. 결국, 히트의 경우 탱크 또는 BMP 승무원이 살아남은 경우 차를 떠나 즉시 환경과 병합하는 것이 중요합니다.
이 세트가 타지 않아야 한다는 것도 분명합니다. 그리고 불연성으로 만들기 위해 키트를 꿰매는 직물 생산을 위해 특수 내화성 섬유를 사용했습니다. 예, 문제는 -이 섬유,이 직물은 착색 물질을 취하지 않았습니다. 즉, 페인팅 후 XNUMX ~ XNUMX 일 만에 태양 광선 아래에서 퇴색했습니다 (오른쪽 사진). 그러나 섬유 자체의 구조에 침투하여 고정되는 나노 염료가 사용되기 시작했을 때 착색이 안정되고 태양 아래에서 퇴색하지 않았습니다 (왼쪽 사진). 동시에 직물의 난연성은 감소하지 않았습니다.
- 나노페인트로 도색할 수 있는 유니폼 색상은?
- 무관심한. 예를 들어 흰색은 겨울에 전투기가 지형과 조화를 이룰 수 있도록 합니다.
- 개인 보호 장비 생산에 나노 물질을 적용할 수 있는 다른 분야가 있습니까?
- 먹다. 현재까지 가장 효과적인 갑옷은 복합 세라믹입니다. 매우 단단한 세라믹 스크린(탄화붕소, 탄화규소, 산화알루미늄)과 아라미드 유기플라스틱 기판으로 구성됩니다. 다이아몬드와 비슷한 경도의 화면에 총알이 박살납니다(그림에서 - 총알이 세라믹 갑옷에 부딪힌 후 남은 것). 이 부서진 조각은 엄청난 운동 에너지를 가지고 있지만 아라미드 지지대에 의해 효과적으로 흡수됩니다.
복합 세라믹 장갑의 총 비중은 2,5g/cm2입니다. 그리고 동일한 보호 등급의 강철 갑옷은 약 8g / cm2, 즉 100 배 이상 무겁습니다. 사실, 강철은 생존 가능성이 약간 더 높으며 강철 방탄 조끼에서 첫 번째 총알과 거의 같은 위치를 치는 두 번째 총알은 관통하지 못할 수 있습니다. 그러나 XNUMXm 이상의 거리에서 전투의 열기 속에서 기관총에서 총알 두 발을 쏘거나 기관총 전체가 담배 팩에 터지는 저격수를 보여주세요! 현행 대량소화기를 이용한 실전작전에서 оружия 사실상 불가능합니다. 따라서 복합 세라믹 갑옷으로 만든 개인 보호 장비의 무게가 더 가벼워지는 이점은 부인할 수 없습니다. 3,2kg의 강철 또는 1,7kg의 복합 세라믹 무게의 가슴 패널을 착용하는 것에는 차이가 있습니다.
-특히 전투에서 생존과 승리를위한 주요 조건 중 하나가 힘과 수단의 기동성이라는 점에 동의합니다. 무거운 갑옷으로 보호되지만 동시에 거의 움직이지 않는 병사는 적에게 편리한 목표입니다.
- 가벼움으로 인해 동시에 7,62mm 구경의 철갑 소이탄을 포함한 모든 권총으로부터 보호하는 복합 세라믹 갑옷은 기동성을 유지할 수 있습니다. 그러나 약간의 뉘앙스가 있습니다. 이 도자기는 만들기가 쉽지 않습니다. 균일하고 내구성 있는 세라믹 재료를 얻기 위해서는 생산 단계에서 매우 조심스럽게 나노 스케일로 연마해야 합니다. 그런 다음 건조, 소성 및 놀라운 경도를 얻습니다. 이 도자기의 초기 제품이 미세할수록-단순화 된 관점에서 이것은 점토이지만 여러 구성 요소가 혼합 된 특별하지만 그것으로 만든 제품의 보호 특성이 더 좋아집니다. 그리고 이러한 세라믹으로 제품을 생산하고 있습니다.
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