РАЗРАБОТКА ПРОТИВООСКОЛОЧНЫХ БОТИНОК

Защита ног военнослужащих от осколков противопехотных мин является актуальной задачей, направленной на сохранение жизни и здоровья личного состава в условиях боя. При этом необходимо создание конструкций обуви требуемого класса бронезащиты, обладающих высокими эргономическими свойствами для эффективного выполнения различных тактических задач.

Для решения поставленной задачи в период 2005 - 2009 гг. ЗАО МОФ «Парижская комму­на» совместно с ЗАО ЦВМ «Армоком» разработала и изготовила серию про­тивоосколочных ботинок.

Ботинки с противоосколочной структурой предназначены для обе­спечения относительной (вероятност­ной) защиты ног сотрудников подраз­делений различных силовых структур от осколков противопехотных мин. Противоосколочные ботинки должны обеспечивать защиту ног человека от осколков (имитатор осколка - сталь­ной шарик диаметром 6,3 мм, массой 1 г при скорости \/50% непробития не менее 270 м/с). Противоосколочные элементы конструкции располагаются между наружными и внутренними деталями верха обуви, образуя сплош­ной контур защиты, и состоят из тек­стильных материалов на основе ара- мидных волокон СВМ с модулем упру­гости 130 ГПа, обеспечивающих бал­листическую защиту. Выбор конструк­ции заготовки верха ботинок - типа «конверт» (с настрочными берцами) предопределен современными тен­денциями в проектировании военной обуви.

Для противоосколочной обуви, производящейся на ЗАО МОФ «Парижская коммуна», выбран стро­чечный метод соединения основной стельки с заготовкой верха обуви в комбинации с затяжным. Данный метод, в отличие от традиционного затяжного метода, предполагает использование для основных стелек нетканых материалов вместо карто­нов и обеспечивает отсутствие затяж­ной кромки ввиду соединения опреде­ленных деталей верха с основной стелькой встык. Замена затяжного метода на строчечный обеспечивает снижение массы полупары обуви на 20-30 грамм, изгибной жесткости - с 20 Н/см до 10 Н/см, что подтверждено результатами ежемесячных исследо­ваний массы и гибкости обуви по ГОСТ 9718 (подошва литьевого мето­да крепления из резины с последую­щей вулканизацией), проводимых испытательным центром ЗАО МОФ «Парижская коммуна». При этом не происходит ухудшения прочности кре­пления верха и низа обуви. Выбор химического метода крепления связан с необходимостью обеспечения герме­тичности соединения верха с низом, выбор литьевого метода вместо клее­вого обеспечивает наибольшую проч­ность крепления подошвы.

Конструкторские решения ботинок с противоосколочной структурой запа­тентованы ЗАО МОФ «Парижская ком­муна» [1]. Регламентирование тактико­технических параметров ботинок регу­лируется ТУ 8811-012-03477458-05, разработанными ЗАО МОФ «Парижская коммуна» совместно с ЗАО ЦВМ «Армо­ком» и согласованными с Инженерным Управлением ГКВВ МВД России [2].

В соответствии с действующим государственным стандартом на сред­ства индивидуальной броневой защиты ГОСТ Р 50744 «Бронеодежда. Клас­сификация и общие технические требо­вания» конструктивное исполнение противоосколочных ботинок относится к типу А - мягкая «гибкая» защитная структура бронеодежды на основе ткани, поглощающей и рассеивающей энергию средств поражения. Конструкция противоосколочных боти­нок, разработанная Центром моделиро­вания и технологии ЗАО МОФ «Париж­ская коммуна», направлена на получе­ние в условиях массового производства качественных изделий без металличе­ских крепителей при обеспечении сплошного контура защиты стоп. Площадь защиты одной полупары полу­ботинок составляет 11 дм2, защитные элементы установлены непрерывно под все детали верха и основную стельку. Соединение деталей арамидной струк­туры выполнено арамидными нитками. Масса полупары ботинок 43 размера не превышает 1,15 кг. Противоосколочные ботинки обеспечивают ношение брюк как поверх голенищ, так и заправлен­ными внутрь обуви.

Конструктивные особенности боти­нок с противоосколочной структурой заключаются в наличии следующих наружных деталей верха: целой союз­ки, целых берцев с выемкой, отсчиты­вая снизу, между третьим и четвертым блочковым отверстием в 1-ом вариан­те (рис. 1), составных фигурных берцев:

Рис. 1 Базовый (1-ый) вариант противоосколочных ботинок

переднего, заднего, нижнего во 2-ом варианте (рис. 2), фигурного мяг­кого канта во 2-ом варианте, фигурно­го надблочника с выемкой, отсчиты­вая снизу, между третьим и четвертым блочковым отверстием во 2-ом вари­анте, заднего наружного ремня, зау­женного к канту в 1-м варианте и зау­женного по середине пяточного сухо­жилия во 2-м варианте, фигурной задинки с задней вытачкой, язычка, а также подблочника, штаферки, под­кладки под союзку, подкладки под берцы, подкладки под язычок, карма­на, подлодыжника, подноска, задника, вкладной стельки; и следующих дета­лей низа: литьевой подошвы (утонен­ной в геленочной части), втачной стельки, подпяточника, асимметрич­ного широкого геленка.

Эстетические особенности ботинок с противоосколочной структурой заключаются в соединении всех основных наружных деталей верха двумя двухрядными строчками: союз­ки и берцев, берцев и задинки - в 1-ом и 2-ом вариантах, берцев и заднего наружного ремня в 1-ом варианте. Таким образом, на заднем наружном ремне 1-ого варианта имеются четыре двойные строчки, которые обеспечи­вают его формообразование по криво­линейной поверхности берцев, собран­ных по заднему шву.

Эргономические особенности ботинок с противоосколочной струк­турой заключаются в наличии дета­лей верха из дублированных (по всей площади или частично) пористым прокладочным материалом, напри­мер, плотным пенополиуретаном, и нетканым материалом, уменьшаю­щим давление на лодыжки деталей заднего узла верха обуви. Данные эргономические особенности прояв­ляются в некотором внешнем вылегании пористых прокладочных материа­лов на участках дублирования с дета­лями верха относительно недублированных участков (в 1-ом и 2-ом вари­антах). Кроме того, во 2-ом варианте эффект вылегания усиливается использованием для дублирования только кожи для верха обуви по ГОСТ 939 и обстрачиванием дублирован­ных участков. Задний и нижний берцы 2-ого варианта служат для поддержа­ния и укрепления всей конструкции заднего узла.

Преимуществами промышленного образца в сравнении с известными техническими решениями являются: наличие промежуточных деталей защитной структуры при сохранении традиционных материалов верха армейской обуви; наличие триплированных деталей, уменьшающих дав­ление на стопу, повышающих гиб­кость берцев при беге и сохраняющихвысокого сопротивления к оседанию берцев при эксплуатации ботинок.

Для выбора материалов специаль­ной противоосколочной обуви необхо­димо определить значимость следую­щих единичных качественно-ценовых показателей: прочность скрепления деталей обуви; соответствие решения изделия тактико-техническим требо­ваниям, в том числе обеспечение тре­буемой скорости 50 % непробития защитной структуры; размерно-пол- нотное соответствие обуви; химостойкость деталей верха и низа обуви и их соединений; устойчивость деталей верха и низа обуви к проколу; устой­чивость деталей верха, низа обуви и их соединений к действию низких и высоких температур; антистатические свойства обуви; водопроницаемость деталей и их соединений; стойкость к истиранию, многократному растяже­нию, сжатию и изгибу деталей и их соединений; физико-гигиеническое соответствие материалов обуви; тру­доемкость модели обуви; материаль­ные затраты; степень прогрессивно­сти конструкции и технологии. Приведенный выше перечень показа­телей составлен с учетом тех требова­ний, которые выдвигают потребители к специальной (защитной) обуви раз­личного профессионального назначе­ния, на основе многолетнего научно- практического опыта работы инжене­ров и конструкторов Центра модели­рования и технологии ЗАО МОФ «Парижская коммуна» совместно с профессорско-преподавательским составом и научными работниками Московского государственного уни­верситета дизайна и технологии и Центрального научно-исследователь­ского института кожевенно-обувной промышленности.

Результаты проведенного эксперт­ного опроса обработаны с помощью программы «ПК-Ранжирование», раз­работанной специалистами ЗАО МОФ«Парижская коммуна» [3]. Установлено, что гипотеза о наличии согласия иссле­дователей может быть принята, так как при заданном числе степеней свободы (11) табличное значение х2 (19,70) меньше расчетного (58,28) для 5-% уровня значимости. Согласованность мнений экспертов значительная, так как коэффициент конкордации равен 0,76. Распределение равномерное, убывание - немонотонное.

Таким образом, был сформирован иерархический список доминирующих свойств, показатели которых должны определяться для маркетингового, кон­структивно- и технически обоснованно­го выбора материалов и технологии производства противоосколочных ботинок, включающий: обеспечение требуемой скорости 50 % непробития защитной структуры; размерно-полнотное соответствие обуви стопе; проч­ность скрепления деталей обуви; обо­снованность цены; взаимосвязь про­цента рентабельности со средним зна­чением рентабельности для продукции отрасли; степень прогрессивности кон­струкции и технологии; рыночный спрос; водопроницаемость деталей и их соединений; автономный показа­тель цены; устойчивость деталей верха и низа обуви к проколу; устойчивость деталей верха и низа обуви и их соеди­нений к действию низких и высоких температур.

Оценка тактико-технического соот­ветствия ботинок производилась на производственно-испытательной базе ЗАО ЦВМ «Армоком». Установлено, что скорость 50 % непробития имита­тором осколка - стальным шариком диаметром 6,3 мм и массой 1 г пакета материалов верха и низа, включающе­го промежуточные 2 слоя арамидной ткани полотняного переплетения и 2 слоя ткани саржевого переплетения, составляет не менее 270 м/сек. Размерно-полнотное соответствие оценивалось по результатам опытной носки, которая подтвердила, что противоосколочные ботинки, изготовлен­ные на разработанных колодках, отве­чают требованию антропометрическо­го соответствия для целевой группы потребителей. Отдельно запатентован промышленный образец усовершен­ствованной конструкции литьевой резиновой подошвы [4].

Для выбора метода крепления нами проведены испытания по определению прочности крепления различных вари­антов низа обуви к заготовке верха из гидрофобной кожи: подошв из термо­пластичного эластомера клеевого метода крепления, подошв из резины компрессионно-литьевого метода кре­пления, подошв из полиуретана литье­вого метода крепления. Для всех исследованных вариантов применялся затяжно-строчечный способ крепления основной стельки к заготовке верха обуви. Результаты испытаний сопо­ставлялись с нормами прочности по ГОСТ 21463. Значения определялись в 8 точках отрываемой подошвы. Для каждого вида материала подошвы было исследовано 25 пар обуви. Прочность крепления подошвы к затя­нутой заготовке верха обуви должна составлять для мужской обуви с мини­мальной толщиной подошвы 6 мм по ГОСТ 21463 не менее 47 Н/см - для подошв из полиуретана и термопла­стичного эластомера и 53 Н/см - для непористых резин. Среднее арифмети­ческое прочности клеевого крепления подошвы из ТЭП составило 62,93 Н/см, литьевого крепления резиновой подо­швы - 143,91 Н/см, литьевого крепле­ния полиуретановой подошвы - 154,93 Н/см. Таким образом, наибольшей прочностью крепления к верху облада­ют подошвы литьевого метода крепле­ния: полиуретановая и резиновая - с разницей в пользу полиуретановой подошвы не более 10 Н/см.

Защитную функцию противоосколочных ботинок обеспечивают исклю­чительно промежуточные арамидные материалы, при этом к материалам подошвы такой обуви не выдвигается каких-либо дополнительных требова­ний, отличных от требований к поле­вой военной обуви. По результатам исследований для наружного слоя подошвы наилучшими эксплуатаци­онными показателями обладают тер­мопластичный полиуретан и монолит­ная резина. По причине более высо­кой устойчивости к повышенным тем­пературам преимущество отдано монолитной резине литьевого метода крепления.

Для выбора параметров использо­вания ниточных креплений деталей верха противоосколочных ботинок проведены испытания по определе­нию прочности наиболее ответствен­ного ниточного соединения - союзки с берцами. Исходные сведения о пара­метрах вспомогательных материалов, параметры припусков на исполнение швов, параметры обработки краев скрепляемых материалов и, соответ­ственно, толщины соединяемых паке­тов материалов взяты из типовой тех­нологии производства военной обуви. Параметры вспомогательных матери­алов для соединения союзки и берцев обуви: синтетические нитки по ТУ 8147-011 -05138074-98, минимальный номер основной нитки - № 130, мини­мальный номер шпулечной нитки - № 86, что соответствует минимально­му размеру иглы № 130 с овальной продольной заточкой.

Как показали исследования в испытательном центре ЗАО МОФ«Парижская коммуна», использование арамидных ниток вместо лавсановых или полиэфирных не меняет результат испытаний на прочность швов - раз­рыв происходит в основном не по шву, а по материалу. Уточнения требуют только параметры исполнения ниточ­ного шва соединения союзки с берца­ми разрабатываемых ботинок - коли­чество строчек и их частота. По ГОСТ 21463 число строчек - не менее 2-х, а частота строчек по типовой техноло­гии для полевой обуви - от 3 до 4 стежков на 1 см. Результаты испыта­ний сопоставлялись с нормами проч­ности по ГОСТ 21463. Наибольшую прочность крепления обеспечивает соединение союзки с берцами проти­воосколочных ботинок 4 строчками с частотой 3 стежка на 1 см (357 Н/см).

Влагозащитные свойства обуви определяются двумя основными фак­торами: водопроницаемостью пакетов материалов обуви, а также водопро­ницаемостью соединений деталей обуви. Водопроницаемость пакетов материалов верха достигается прежде всего за счет использования материа­лов с влагозащитной пропиткой, либо за счет применения промежуточных деталей из мембранных материалов.

Водопроницаемость соединений деталей обуви зависит от метода кре­пления деталей - наименьшей водо­проницаемостью обладают механиче­ские соединения, наибольшей - хими­ческие. В качестве основного крите­рия влагозащитных свойств противо- осколочной обуви выбран показатель водопроницаемости наружных мате­риалов верха. Наилучшим сочетанием качественных (в т.ч. гидрофобности) и ценовых показателей в исследован­ном ассортименте кож для полевой обуви военнослужащих обладает кожа по ТУ 858-5966-2007 «Кожа из шкур

крупного рогатого скота повышенной водостойкости для верха обуви воен­нослужащих».

Вследствие того, что арамидные материалы являются фактически недеформируемыми по площади, для про­ектирования подкладки из яловой кожи, сдублированной с межподклад­кой из арамидного материала противо­осколочных ботинок, разработана методика соединения встык плоских фигур, образующих развертку колод­ки, с учетом физико-механических свойств материалов и напряженно- деформированного состояния заготов­ки верха противоосколочных ботинок.

В соответствии с договором между ЗАО МОФ «Парижская коммуна» и ЗАО ЦВМ «Армоком» разработаны и изготовлены несколько промышленных партий противоосколочных ботинок с высокими берцами в количестве около 1000 пар. Ботинки проходили войско­вую эксплуатацию в Северокавказском военном округе. По отзывам предста­вителей Главного командования Внутренних войск МВД России, спроек­тированные противоосколочные ботин­ки функционально и эстетически взаи­мосвязаны с защитной экипировкой сотрудников силовых структур, а бронезащита на основе высокопрочных арамидных тканей обеспечивает противоосколочную стойкость на уровне V > 270 м/с (имитатор осколка диаме­тром 6,3 мм и массой 1г.)

Таким образом, противоосколоч­ные ботинки с использованием балли­стических материалов, обладающих улучшенными демпфирующими свой­ствами, способны обеспечить защиту ног от многофакторных ударных нагрузок, возникающих в экстремаль­ных ситуациях, и подлежат широкому внедрению в различных отраслях про­мышленности.

Список литературы:

1. Патент Российской Федерации на промышленный образец № 62160. Патентообладатель ЗАО МОФ «Парижская коммуна». Ботинки специальные с противоосколочной структурой/Дякина М.В., Бошкарева Ю.В., Татарчук И.Р., 2005.

2. ТУ 8811-012-23477458-05 «Противоминные (противоосколочные) ботинки с высокими берцами».

3. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ№ 2009615876. Оценка качества специальной обуви «ПК-Ранжирование». Правообладатель ЗАО МОФ «Парижская коммуна»/ Климов С.М., Никитин А.А., Бошкарева Ю.В., Татарчук И.Р., Довбня Б.Е., 2009.

4. Патент Российской Федерации на промышленный образец № 71080. Патентообладатель ЗАО МОФ «Парижская коммуна». Подошва резиновая литьевая горячей вулканизации для специальной обуви/ Никитин А.А., Климов С.М., Татарчук И.Р., 2009.

Публикация в журнале: Кожевенно-обувная промышленность, №1 2015 г.

• Никитин А.А. - генеральный директор ЗАО МОФ «Парижская коммуна»
• Вихрова Л .А. - начальник Центра моделирования и технологии ЗАО МОФ «Парижская коммуна»
• Татарчук И.Р. - заместитель генерального директора по производству ЗАО МОФ «Парижская коммуна»
• Литвин Е.В. - доцент кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технология изделий из кожи» Московского государственного университета дизайна и технологии.