Celem projektu “Badania nad funkcjonalizacją materiałów balistycznych”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, była funkcjonalizacja włókienniczych materiałów balistycznych do potencjalnego zastosowania w projektowaniu osobistych osłon balistycznych, głównie w aspekcie zwiększenia ich użyteczności oraz bezpieczeństwa

Standardowa konstrukcja wkładów balistycznych do osobistych ochron ciała, np. do kamizelek kulo- i odłamkoodpornych, oparta jest o surowce włókiennicze w postaci tkanin z włókien aramidowych lub/i zorientowanych włókien z polietylenu o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) zatopionych w matrycy polimerowej (z polietylenu o niskiej masie cząsteczkowej), połączonych w wielowarstwowy pakiet.

Skład jakościowy i ilościowy wkładów balistycznych zależy w głównej mierze od właściwości zastosowanych rodzajów materiałów i zmienia się wraz z zakładaną klasą odporności balistycznej. Zwykle im większa ma być skuteczność balistyczna wkładu tym więcej warstw należy zastosować.

Jednym z podnoszonych obecnie aspektów dotyczących optymalizacji konstrukcji osobistych osłon balistycznych jest maksymalne obniżenie masy wkładów celem uzyskania jak najlepszej ich ergonomii.

Oczywistym jest, że obniżenie masy wkładów balistycznych nie może odbywać się kosztem ich odporności balistycznej. Wręcz odwrotnie, w obecnie aktualizowanych wytycznych zaleca się, aby odporność balistyczna była jak największa.

Ze względu na właściwości stosowanych obecnie wkładów balistycznych, zarówno miękkich, jak i twardych (kompozytowych), nie jest możliwe jednoczesne otrzymania maksymalnej powierzchni ochronnej, wysokiej klasy odporności balistycznej oraz wysokiej ergonomii.

Projektując balistyczne ochrony osobiste wybiera się konsensus pomiędzy bezpieczeństwem oraz masą wyrobu.

Drugim aspektem rozważanym w pracach badawczych jest ocena wpływu czasu użytkowania/przechowywania osłon osobistych na utrzymanie wyjściowych parametrów ochronnych niezależnie od warunków ich użytkowania i przechowywania.

Obecnie większość producentów osłon balistycznych gwarantuje co najmniej 5-letni bezpieczny okres ich użytkowania, co w przypadku braku realnej możliwości kontroli warunków w jakich są one użytkowane powoduje zwiększone ryzyko niekontrolowanej utraty odporności balistycznej [2]. W wyniku działania, często synergicznego, czynników zewnętrznych dochodzi do degradacji polimeru, co powoduje szybką i niekontrolowaną utratę zakładanej przez producenta odporności balistycznej wkładów.

Przedmiotem wynalazku, powstałego w ramach realizacji projektu, jest sposób nadania nowych własności użytkowych włókienniczym materiałom balistycznym, wykonanym z polimerów olefinowych, olefinowych w połączeniu z aramidowymi lub aramidowych polegających na nakładaniu nanowarstw polimerów, jednostronnie lub dwustronnie, w środowisku plazmy niskotemperaturowej.
Istota rozwiązania polega na poddaniu włókienniczych materiałów balistycznych o zróżnicowanej strukturze i topografii, wykonanych z polimerów olefinowych, olefinowych w połączeniu z aramidowymi lub aramidowych depozycji polimerów fluoroorganicznych lub/i krzemoorganicznych, syntezowanych w środowisku plazmy niskotemperaturowej. Prowadzi to do otrzymania materiałów włókienniczych o znacząco zwiększonej odporności na działanie czynników środowiska (wilgoć, UV, temperatura).

Sposób funkcjonalizacji materiałów balistycznych, według wynalazku polega na tym, że materiał włókienniczy wykonany z włókien olefinowych, olefinowych w połączeniu z włóknami aramidowymi lub samych włókien aramidowych poddaje się procesowi depozycji w środowisku plazmy niskotemperaturowej najpierw w plazmie argonowej. Powierzchnie włókien aktywuje się w atmosferze powietrza, a następnie niskotemperaturowej plazmy niskocząsteczkowego związku fluoroorganicznego, korzystnie tetradekafluoroheksanu, lub/i krzemoorganicznego, korzystnie heksametylodisiloksanu. Proces depozycji związku krzemoorganicznego prowadzi się korzystnie w plazmie argonowej.

Efektywność procesu modyfikacji została zweryfikowana m.in. techniką SEM-EDS.

rys1

Rys 1. Mapa chemiczna powierzchni modyfikowanej plazmą niskotemperaturową z sformowaną nanowarstwą krzemopolimeru: A. tkanina aramidowa (zawartość % Si – 43%); B. nietkany arkusz polietylenowy (zawartość % Si – 11,1%)

Hybrydowy, balistyczny układ materiałowy (rys. 2.) został zaprojektowany z naprzemiennie ułożonych układów materiałów włókienniczych wykonanych z polimerów olefinowych lub aramidowych, niepodanych lub podanych modyfikacji w środowisku plazmy niskotemperaturowej, korzystnie po naniesieniu nanowarstwy fluoropolimeru lub krzemopolimeru. Zewnętrzną warstwę w układzie stanowi materiał włókienniczy zmodyfikowany powierzchniowo w środowisku plazmy niskotemperaturowej, celem zabezpieczenia przed wpływem czynników zewnętrznych (wilgoć, temperatura), które wpływają niekorzystnie na walory użytkowe oraz bezpieczeństwo osłon balistycznych.

rys2
Rys. 2. Układ warstw w hybrydowym układzie materiałowym: n – 1 warstwa niemodyfikowana; n – 2 warstwa modyfikowana plazmą niskotemperaturową; n + 1 warstwa modyfikowana plazmą niskotemperaturową; n + 2 warstwa niemodyfikowana; n kolejne warstwy ułożone na przemian.

Badania były realizowane przy współpracy Katedry Materiałoznawstwa, Towaroznawstwa i Metrologii Włókienniczej Politechniki Łódzkiej.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here