S aplikací vyspělých technologií ve vojenském válčení je situace personálních a majetkových ztrát stále složitější. Proto by měl být také proveden hloubkový výzkum a aplikace neprůstřelných materiálů. Keramický pancíř a kompozitní materiály vyztužené vlákny jsou důležitými směry výzkumu a aplikací. Je uveden přehled nové kompozitní neprůstřelné keramické desky a aramidových neprůstřelných kompozitních materiálů, je provedeno srovnání mezi novou kompozitní neprůstřelnou keramickou deskou a tradiční neprůstřelnou deskou a jsou uvedeny její vlastnosti a některé problémy, které stále existují v současném výzkumu a aplikacích. analyzováno; je proveden neprůstřelný mechanismus aramidového neprůstřelného kompozitního materiálu. Podrobně popište a poukažte na hlavní faktory ovlivňující výkonnost aramidových balistických kompozitních materiálů.
01
Nová kompozitní keramická neprůstřelná deska
Výzkum keramického brnění je důležitou součástí vývoje a aplikace neprůstřelných kompozitních materiálů. Účinek balistické ochrany keramického pancíře je lepší než u běžné pancéřové oceli. V současné době je nejvíce zkoumáno a používáno pasivní brnění a reaktivní brnění. Pokud jde o neprůstřelný mechanismus, materiál pancíře v reaktivním pancíři bude po vybuzení střelou generovat kinetickou energii a kinetická energie reaguje na střelu, zatímco pasivní pancéřování odolává nárazu střely prostřednictvím svých vlastních charakteristik. Dnes Spojené státy, Rusko a další země používají keramiku a kompozitní materiály k vývoji pancéřových systémů s lepší hmotnostní účinností a vyvinuly pancéřování z keramických panelů, které bylo široce používáno.
1.1 Neprůstřelný mechanismus
Když kulka narazí vysokou rychlostí na kompozitní keramickou neprůstřelnou desku, použije se princip akční síly a reakční síly k tomu, aby vnikla do neprůstřelné desky vysokou rychlostí a pak se odrazila vysokou rychlostí s opačnou silou uvnitř, čímž se vytvoří přibližně kruhový průstřel na povrchu. Dosahuje účelu zničení pouze povrchu neprůstřelné desky, aniž by došlo k fatálnímu poškození celkové kompozitní neprůstřelné desky, čímž se dosáhne neprůstřelnosti.
1.2 Výkonové parametry nových kompozitních keramických neprůstřelných desek
Hlavní charakteristiky keramických materiálů jsou uvedeny v tabulce 1.
Keramické materiály mají vysokou specifickou tuhost, vysokou specifickou pevnost a chemickou inertnost v mnoha prostředích. Jejich nízká hustota, vysoká tvrdost a vysoká pevnost v tlaku ve srovnání s kovy je činí širším uplatněním. Vysoce čistý hliník má vyšší hustotu, nižší tvrdost a lomovou houževnatost, takže jeho elastická odolnost je nižší; díky struktuře keramiky z karbidu křemíku má vysokou pevnost, vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, vysokou tepelnou vodivost a další vlastnosti; Diborid titanu má vysoký modul pružnosti; Karbid boru má vysoký bod tání, vynikající tvrdost a mechanické vlastnosti a jeho hustota je nejnižší z několika běžně používaných keramických materiálů. Modul pružnosti je navíc vysoký, takže je ideální volbou pro vojenské brnění. a dobrý výběr materiálů v oblasti vesmíru.
Hlavní charakteristiky kompozitních materiálů jsou uvedeny v tabulce 2.
Kromě určitého modulu musí mít neprůstřelné kompozitní materiály také dobrou tažnost, lomovou houževnatost, vysokou měrnou pevnost a musí být schopny udržet dobrý výkon při rychlosti deformace. E-sklo má vysokou pevnost v tahu, ale špatnou houževnatost, zatímco kevlarový materiál má nízkou hustotu, vysokou pevnost, dobrou houževnatost, odolnost vůči vysokým teplotám a snadno se zpracovává a tvaruje. Bór se vyznačuje nízkou hustotou, vysokou měrnou pevností a vysokým modulem pružnosti.
1.3 Charakteristika nových kompozitních keramických neprůstřelných deskových materiálů
Nové kompozitní keramické neprůstřelné panely mají nesrovnatelné výhody oproti tradičním neprůstřelným panelům. Konkrétní srovnání viz Tabulka 3.
(1) Vydrží vícenásobné zásahy kulkou.Tento materiál odolá nepřetržitému dopadu více střel na stejný povrch současně, aniž by se celek rozbil. Na povrchu vytvoří pouze přibližně kruhové průstřely bez ovlivnění neprůstřelného účinku ostatních částí materiálu.
(2) Má dobrou konstrukční navrhovatelnost.Kompozitní keramické desky mohou vytvářet ohybovou deformaci v odpovídajících úhlech a po deformaci se mohou vrátit do svého původního tvaru. Mohou být navrženy do kompozitních keramických neprůstřelných materiálů v různých tvarech, jako jsou ploché, zakřivené a nakloněné povrchy.
(3) Lze opravit a znovu použít.Po zásahu kulkou lze kruhové otvory po kulkách na povrchu vyplnit keramickými neprůstřelnými tělísky a znovu je spojit s neprůstřelným lepidlem, aby se znovu získal výkon původního materiálu.
(4) Vysoká spolehlivost při používání.Tento materiál komplexně využívá balistických vlastností vysoce výkonných keramických plátů, plátů UHWMPE a plátů TC4, díky čemuž je balistická odolnost lepší než u jednotlivých materiálů, a dokáže účinně blokovat různé specifikace pistolí a souvisejících průbojných bomb malého a středního kalibru.
(5) Technologie má vysokou vyspělost a silnou designovatelnost.Tento materiál má již poměrně vyzrálý výrobní proces a může být navržen podle individuálních potřeb podle skutečných potřeb, aby vyhovoval různým neprůstřelným potřebám.
1.4 Problémy současných neprůstřelných kompozitních materiálů
Vzhledem k tomu, že neprůstřelné kompozitní materiály jsou složeny z různých materiálů, jsou hlavní mechanikou kompozitních materiálů a jejich struktur nehomogenita, anizotropie, složité konstitutivní vztahy, složité mechanismy porušení a komplexní pevnostní kritéria kompozitních materiálů. vlastnosti, čímž se zvyšuje složitost a obtížnost analýzy, výpočtu, testování a návrhu kompozitních materiálů, jejich struktur a ochranných mechanismů. Dosud mají neprůstřelné kompozitní materiály následující problémy.
(1) Nedostatečná absorpce energie.Neabsorbovaná energie neprůstřelných materiálů při používání způsobí ztráty na personálu a majetku a s upgradem zbraní se zvýší i ničivá síla zbraní. Budoucí výzkum a aplikace by se proto měly zaměřit na zlepšení neprůstřelnosti a bezpečnosti materiálů v tomto ohledu. .
(2) Závaží není dostatečně lehké.Hmotnost neprůstřelných kompozitních materiálů je důležitým faktorem, zda je lze propagovat a používat. Proto by měla být hmotnost neprůstřelných kompozitních materiálů co nejvíce snížena při zajištění dobré neprůstřelnosti.
(3) Posilování a utužování rozporů.Zejména u neprůstřelných keramických kompozitních materiálů je tento rozpor často obtížně překonatelný. Přidání určitých zpevňujících materiálů do balisticky odolných kompozitních materiálů může snížit pevnost materiálu. Pokud se však pevnost materiálu zvýší, houževnatost materiálu se může snížit. K nalezení nejvhodnější pevnosti a houževnatosti balisticky odolného materiálu je proto zapotřebí mnoho testů. .
(4) Pokud jde o kompatibilitu kompozitních materiálů, včetně fyzikálních, chemických, mechanických a jiných materiálových charakteristik, mohou kompozitní materiály integrovat různé vlastnosti, aby poskytovaly lepší ochranu.
Kromě toho jsou zde také problémy, jako je rozhraní a cena, které nebyly zcela vyřešeny.
02
Aramidový neprůstřelný kompozitní materiál
2.1 Neprůstřelný mechanismus
Když je vláknitý neprůstřelný materiál vystaven nárazové energii, roztáhne se a deformuje. Energie absorbovaná vláknem se stane prací potřebnou k jeho deformaci. Práce potřebná pro jeho tahovou deformaci a lom je energie lomu, známá také jako práce lomu. lomová energie vlákna souvisí s počtem vláken účastnících se tahového deformačního lomu. Parametr, který měří antibalistické vlastnosti vláken, je rychlost absorpce energie vlákna (energie přetržení na jednotku hmotnosti vlákna).
Když jsou vláknité neprůstřelné materiály zasaženy vnějším nárazem, podélné napětí generované nárazem se rychle rozšíří do všech směrů ve vláknitém materiálu a vytvoří "rázovou vlnu" (tj. zvukovou vlnu). Rychlost zvuku ve vláknových neprůstřelných materiálech ovlivní okamžitou difúzi energie, která určuje množství vláken zapojených do absorpce energie, čímž ovlivní neprůstřelný účinek materiálu. Proto je rychlost zvuku ve vláknu dalším důležitým parametrem, který ovlivňuje balistický výkon vlákna.
Tvary vláken v neprůstřelných materiálech zahrnují rovné a zakřivené. Pokud je tvar vlákna materiálu rovný, bude se energie šířit podél osového směru vlákna bez odrazu a energie se tedy bude šířit daleko a rychle; je-li tvar vlákna zakřivený, nebo vlákno Pokud jsou ve vláknu trhliny, body ohybu nebo zlomy ve vláknu odrážejí část energie, čímž se sníží rozsah okamžité difúze a také se sníží neprůstřelný účinek materiálu . Je vidět, že neprůstřelný efekt vláknité dvourozměrné dvourozměrné tkaniny bude lepší než efekt tkaniny s plátnovou vazbou.
Přenos energie je často doprovázen kontaktem mezi vlákny ve stejné vrstvě nebo mezi vrstvami. Při přenosu energie nárazu dochází k odrazu energie na rozhraních všech materiálů a situace jsou různorodé a složité. Proto je nejúčinnější cestou šíření nárazové energie difúze podél osy vlákna.
2.2 Hlavní faktory ovlivňující výkonnost aramidových neprůstřelných kompozitních materiálů
Výkon neprůstřelných kompozitních materiálů je ovlivněn především modulem a obsahem matricového materiálu, vlastnostmi vláknitého materiálu, způsobem tkaní a procesem vlákna.
2.2.1 Vliv modulu matricové pryskyřice na balistické vlastnosti kompozitních materiálů
Protože matricová pryskyřice s nízkým modulem má dobré tlumicí vlastnosti a přispívá k absorpci energie, lamináty vyrobené z matricové pryskyřice s nízkým modulem mají lepší neprůstřelné účinky než matricová pryskyřice s vysokým modulem.
2.2.2 Vliv obsahu matricové pryskyřice na balistické vlastnosti kompozitních materiálů
Obsah matricové pryskyřice má velmi důležitý vliv na balistické vlastnosti kompozitních materiálů. Zvýšení objemu vláken v kompozitních materiálech zlepší balistické vlastnosti, ale pokud je objemový obsah vláken příliš vysoký, balistické vlastnosti se sníží. Protože matricová pryskyřice v kompozitním materiálu může přenášet napětí v konstrukční jednotce, ale pokud je objemový obsah vláken příliš vysoký, obsah matrice v kompozitním materiálu bude příliš malý, což povede ke snížení vazebného výkonu mezi pryskyřicí a vláknem a mezi vláknem a vláknem, čímž se ovlivní integrita laminátu, sníží se také elastické vlastnosti kompozitního materiálu. Objem vláken se vztahuje k procentu objemu vláken v tkanině k celému objemu tkaniny, který lze převést na plošnou hustotu. Plošná hustota je důležitým faktorem při měření skutečné použitelnosti neprůstřelných panelů. Pokud může splňovat požadavky na ochranu, měla by být plošná hustota během návrhu a aplikace co nejmenší, aby bylo možné výrazně snížit náklady a hmotnost.
2.2.3 Vliv plošné hustoty laminátu na balistický výkon laminátu
Vlákna budou mít tendenci klouzat, když projektily proniknou laminátem, a některá vlákna nebudou schopna snížit pronikání projektilů. Pokud se plošná hustota zvýší, absorbovaná energie laminátu se zvýší, což naznačuje, že jeho balistická odolnost roste s rostoucí plošnou hustotou. Balistický výkon bezútkového laminátu je lepší než u plátnového laminátu.
2.2.4 Vliv struktury vlákenné tkaniny na balistické vlastnosti laminátů
Ve srovnání se saténovou a plátnovou vazbou mají dvourozměrné dvourozměrné tkaniny nejnižší stupeň zpracování a nejmenší ztrátu pevnosti vláken. Vlákna tkaniny budou uspořádána paralelně v přímých liniích, s největší hodnotou zachování pevnosti. Protože mezi vlákny neexistují žádné přímé překrývající se body, je míra smrštění v podstatě nulová, což účinně snižuje odraz deformačních vln a zabraňuje koncentraci napětí v místních bodech při dopadu projektilů. Absorpční energie protržení dvourozměrné dvourozměrné tkaniny je proto vysoká. Protože struktura tkaniny dvourozměrné dvourozměrné tkaniny je volná, přispívá k absorpci energie, což z ní činí nejlepší neprůstřelný výkon.
2.2.5 Vliv počtu vrstev tkaniny na balistické vlastnosti laminátů
Tkaniny s nízkou povrchovou hustotou mají lepší balistické vlastnosti. Balistická odolnost kompozitních materiálů je určena splétanými nitěmi použitými pro vlákna v materiálu, vazbou tkaniny, počtem vrstev v každé vrstvě a uspořádáním vláken. Při dané hmotnosti platí, že čím je oplet tenčí a těsnější a čím více vrstev materiál má, tím lepší budou balistické vlastnosti materiálu. Když je povrchová hustota balistického materiálu konstantní, měly by být zvažovány tkaniny s více vrstvami a menší hustotou na jednom povrchu. Zlepšením výkonu samotného vlákna se zároveň zlepší i balistická odolnost materiálu.
03
Aplikace a vývojové trendy
Pokročilé balisticky odolné kompozitní materiály mají vysokou specifickou pevnost, specifický modul, design a všestrannost a jsou nepostradatelné v mnoha vojenských aplikacích. Jsou základními faktory designu a klíčových technologií pro osobní ochranu a pokročilé zbraně a výzbroj. Pro organizaci tedy, pokud dokáže vstoupit do této výzkumné a aplikační oblasti a stát se kvalifikovaným dodavatelem určitého typu produktu, bude to mít velký strategický význam z hlediska společenského i ekonomického přínosu.
Kompozitní materiály mají dobrý výkon, protože kombinují příslušné výhody výztužných materiálů a matric. Jsou to také nejrychleji rostoucí a nejslibnější neprůstřelné materiály. Neprůstřelné materiály se postupně rozvíjejí do diverzifikace a slučování a objevily se různé nové neprůstřelné materiály s vysokou tvrdostí a vysokou houževnatostí, které řeší složitější problémy ochrany. S vývojem lehkých a účinných pancéřových systémů se výhody neprůstřelné keramiky a neprůstřelných kompozitních materiálů vyztužených vlákny stále více prosazují. Nové kompozitní keramické neprůstřelné panely mají nesrovnatelné výhody s tradičními neprůstřelnými panely, ale stávající problémy nelze ignorovat, proto se soustředíme na Abychom vyřešili problémy existující v neprůstřelných kompozitních materiálech, je v současné době zaměřena neustálá optimalizace vlastností materiálů.
