Z uporabo napredne tehnologije v vojaškem bojevanju postajajo razmere kadrovskih in premoženjskih izgub vse bolj zapletene. Zato je treba izvesti tudi poglobljene raziskave in uporabo neprebojnih materialov. Keramični oklep in kompozitni materiali, ojačani z vlakni, so pomembne smeri raziskav in uporabe. Podan je pregled nove kompozitne neprebojne keramične plošče in aramidnih neprebojnih kompozitnih materialov, opravljena je primerjava med novo kompozitno neprebojno keramično ploščo in tradicionalno neprebojno ploščo ter njene značilnosti in nekateri problemi, ki še vedno obstajajo v trenutnih raziskavah in uporabi. analizirano; Izveden je neprebojni mehanizem iz aramidnega neprebojnega kompozitnega materiala. Podrobno opišite in izpostavite glavne dejavnike, ki vplivajo na delovanje aramidnih balističnih kompozitnih materialov.
01
Nova kompozitna keramična neprebojna plošča
Raziskave keramičnih oklepov so pomemben del razvoja in uporabe neprebojnih kompozitnih materialov. Učinek balistične zaščite keramičnega oklepa je boljši od učinka navadnega oklepnega jekla. Trenutno sta najbolj raziskana in uporabljena pasivni in reaktivni oklep. Kar zadeva neprebojni mehanizem, bo oklepni material v reaktivnem oklepu ustvaril kinetično energijo, potem ko ga vzbudi krogla, kinetična energija pa reagira na kroglo, medtem ko se pasivni oklep upira udarcu krogle zaradi svojih lastnosti. Danes so Združene države, Rusija in druge države uporabile keramiko in kompozitne materiale za razvoj oklepnih sistemov z večjo učinkovitostjo teže ter razvile oklep iz keramičnih plošč, ki se pogosto uporablja.
1.1 Neprebojni mehanizem
Ko krogla z veliko hitrostjo zadene kompozitno keramično neprebojno ploščo, se uporabi princip akcijske sile in reakcijske sile, da povzroči, da z visoko hitrostjo vstopi v neprebojno ploščo in se nato z veliko hitrostjo odbije ven z nasprotno silo v notranjosti, tako da tvori približno okrogla luknja na površini. Doseže namen uničenja le površine neprebojne plošče, ne da bi povzročil smrtno škodo na celotni kompozitni neprebojni plošči, s čimer se doseže neprebojnost.
1.2 Parametri delovanja novih kompozitnih keramičnih neprebojnih plošč
Glavne značilnosti keramičnih materialov so prikazane v tabeli 1.
Keramični materiali imajo visoko specifično togost, visoko specifično trdnost in kemično inertnost v številnih okoljih. Hkrati so zaradi nizke gostote, visoke trdote in visoke tlačne trdnosti v primerjavi s kovinami bolj razširjeni. Aluminij visoke čistosti ima večjo gostoto, nižjo trdoto in lomno žilavost, zato je njegova elastična odpornost manjša; struktura keramike iz silicijevega karbida omogoča visoko trdnost, visoko trdoto, odpornost proti obrabi, odpornost proti koroziji, visoko toplotno prevodnost in druge lastnosti; Titanov diborid ima visok modul elastičnosti; borov karbid ima visoko tališče, odlično trdoto in mehanske lastnosti, njegova gostota pa je najnižja med številnimi pogosto uporabljenimi keramičnimi materiali. Poleg tega je modul elastičnosti visok, zaradi česar je idealna izbira za vojaške oklepe. in dobra izbira materialov na področju vesolja.
Glavne značilnosti kompozitnih materialov so prikazane v tabeli 2.
Neprebojni kompozitni materiali morajo imeti poleg določenega modula tudi dober raztezek, lomno žilavost, visoko specifično trdnost in biti sposobni vzdrževati dobro delovanje pri stopnjah deformacije. E-steklo ima visoko natezno trdnost, vendar slabo žilavost, medtem ko ima material Kevlar nizko gostoto, visoko trdnost, dobro žilavost, odpornost na visoke temperature in je enostaven za obdelavo in oblikovanje. Bor ima značilnosti nizke gostote, visoke specifične trdnosti in visokega modula elastičnosti.
1.3 Značilnosti novih kompozitnih keramičnih materialov za neprebojne plošče
Nove kompozitne keramične neprebojne plošče imajo neprimerljive prednosti pred tradicionalnimi neprebojnimi ploščami. Za posebne primerjave glejte tabelo 3.
(1) Lahko prenese večkratne udarce s kroglami.Ta material lahko prenese neprekinjen udarec več krogel na isto površino hkrati, ne da bi se celota zlomila. Na površini bo oblikoval le približno okrogle luknje od krogel, ne da bi vplival na neprebojni učinek drugih delov materiala.
(2) Ima dobro strukturno zasnovo.Kompozitne keramične plošče lahko povzročijo upogibno deformacijo pod ustreznimi koti in se lahko po deformaciji vrnejo v prvotno obliko. Oblikujejo jih lahko v kompozitne keramične neprebojne materiale v različnih oblikah, kot so ravne, ukrivljene in nagnjene površine.
(3) Lahko se popravi in ponovno uporabi.Ko jih zadene krogla, je mogoče krožne luknje na površini napolniti s keramičnimi neprebojnimi telesi in ponovno združiti z neprebojnim lepilom, da se ponovno pridobi zmogljivost prvotnega materiala.
(4) Visoka zanesljivost pri uporabi.Ta material celovito uporablja balistične lastnosti visokozmogljivih keramičnih plošč, plošč UHWMPE in plošč TC4, zaradi česar je balistična odpornost boljša kot pri posameznih materialih in lahko učinkovito blokira različne specifikacije pištol in sorodnih prodornih bomb majhnega in srednjega kalibra.
(5) Tehnologija je visoko zrela in močno zasnovana.Ta material ima že dokaj zrel proizvodni proces in ga je mogoče oblikovati glede na individualne potrebe v skladu z dejanskimi potrebami za izpolnjevanje različnih neprebojnih potreb.
1.4 Težave s sedanjimi neprebojnimi kompozitnimi materiali
Ker so neprebojni kompozitni materiali sestavljeni iz različnih materialov, so nehomogenost, anizotropija, kompleksna konstitutivna razmerja, kompleksni mehanizmi odpovedi in kompleksna merila trdnosti kompozitnih materialov glavna mehanika kompozitnih materialov in njihovih struktur. značilnosti, s čimer se poveča kompleksnost in težavnost analize, izračuna, testiranja in načrtovanja kompozitnih materialov, njihovih struktur in zaščitnih mehanizmov. Do zdaj imajo neprebojni kompozitni materiali še vedno naslednje težave.
(1) Nezadostna absorpcija energije.Neabsorbirana energija neprebojnih materialov med uporabo bo povzročila izgube osebja in premoženja, rušilna moč orožja pa se bo povečala tudi z nadgradnjo orožja. Zato bi se morale prihodnje raziskave in uporaba osredotočiti na izboljšanje neprebojnosti in varnosti materialov v tem pogledu. .
(2) Teža ni dovolj lahka.Teža neprebojnih kompozitnih materialov je pomemben dejavnik pri tem, ali jih je mogoče promovirati in uporabljati. Zato je treba težo neprebojnih kompozitnih materialov čim bolj zmanjšati, hkrati pa zagotoviti dobro neprebojno odpornost.
(3) Krepitev in zaostrovanje nasprotij.Zlasti pri neprebojnih keramičnih kompozitnih materialih je to protislovje pogosto težko premagati. Dodajanje nekaterih materialov za utrjevanje balistično odpornim kompozitnim materialom lahko zmanjša trdnost materiala. Če pa se trdnost materiala poveča, se lahko zmanjša žilavost materiala. Zato so potrebni številni testi, da bi našli najprimernejšo trdnost in žilavost balistično odpornega materiala. .
(4) Kar zadeva združljivost kompozitnih materialov, vključno s fizikalnimi, kemičnimi, mehanskimi in drugimi značilnostmi materiala, lahko kompozitni materiali združujejo različne lastnosti za zagotavljanje boljše zaščite.
Poleg tega obstajajo tudi vprašanja, kot sta vmesnik in cena, ki še nista popolnoma rešena.
02
Aramidni neprebojni kompozitni material
2.1 Neprebojni mehanizem
Ko je vlaknasti neprebojni material izpostavljen udarni energiji, se bo raztegnil in deformiral. Energija, ki jo absorbira vlakno, bo postala delo, potrebno za njegovo deformacijo. Delo, potrebno za njegovo natezno deformacijo in zlom, je lomna energija, znana tudi kot lomno delo. , je lomna energija vlakna povezana s številom vlaken, ki sodelujejo pri lomu zaradi natezne deformacije. Parameter, ki meri protibalistične lastnosti vlaken, je stopnja absorpcije energije vlakna (pretržna energija na enoto mase vlakna).
Ko na neprebojne vlaknene materiale vpliva zunanji udarec, se bo vzdolžna napetost, ki jo povzroči udarec, hitro širila v vse smeri v vlaknastem materialu in oblikovala "udarni val" (tj. zvočni val). Hitrost zvoka v vlaknenih neprebojnih materialih bo vplivala na trenutno difuzijo energije, ki določa količino vlaken, ki sodelujejo pri absorpciji energije, s čimer vpliva na neprebojni učinek materiala. Zato je hitrost zvoka v vlaknu še en pomemben parameter, ki vpliva na balistično zmogljivost vlakna.
Oblike vlaken v neprebojnih materialih vključujejo ravne in ukrivljene. Če je oblika vlakna materiala ravna, se bo energija brez odboja širila vzdolž aksialne smeri vlakna, zato se bo energija širila daleč in hitro; če je oblika vlakna ukrivljena ali če so vlakna prekinjena, bodo upogibne točke ali prelomi v vlaknu odbili del energije, kar bo zmanjšalo trenutno območje difuzije, zmanjšal pa se bo tudi neprebojni učinek materiala. . Vidimo lahko, da bo neprebojni učinek dvodimenzionalne dvodimenzionalne tkanine iz vlaken boljši kot pri tkanini z ravnim tkanjem.
Prenos energije pogosto spremlja stik med vlakni znotraj iste plasti ali med plastmi. Med prenosom energije udarca pride do refleksije energije znotraj vmesnikov vseh materialov, situacije pa so raznolike in kompleksne. Zato je najučinkovitejša pot širjenja udarne energije difuzija vzdolž osi vlakna.
2.2 Glavni dejavniki, ki vplivajo na delovanje aramidnih neprebojnih kompozitnih materialov
Na zmogljivost neprebojnih kompozitnih materialov vplivajo predvsem modul in vsebnost matričnega materiala, lastnosti vlaknastega materiala, način tkanja in postopek vlaken.
2.2.1 Vpliv modula matrične smole na balistične lastnosti kompozitnih materialov
Ker ima matrična smola z nizkim modulom dobre lastnosti dušenja in spodbuja absorpcijo energije, imajo laminati iz matrične smole z nizkim modulom boljše neprebojne učinke kot matrična smola z visokim modulom.
2.2.2 Vpliv vsebnosti matrične smole na balistične lastnosti kompozitnih materialov
Vsebnost matrične smole ima zelo pomemben vpliv na balistične lastnosti kompozitnih materialov. Povečanje volumske vsebnosti vlaken v kompozitnih materialih bo izboljšalo balistične lastnosti, če pa je volumska vsebnost vlaken previsoka, se bodo balistične lastnosti zmanjšale. Ker lahko matrična smola v kompozitnem materialu prenaša napetost v strukturni enoti, če pa je vsebnost volumna vlaken previsoka, bo vsebnost matrike v kompozitnem materialu premajhna, kar bo povzročilo zmanjšanje učinkovitosti lepljenja med smolo in vlakno ter med vlaknom in vlaknom, s čimer vpliva na celovitost laminata, zmanjšajo se tudi elastične lastnosti kompozitnega materiala. Vsebnost volumna vlaken se nanaša na odstotek volumna vlaken v tkanini glede na celotno prostornino tkanine, ki se lahko pretvori v površinsko gostoto. Površinska gostota je pomemben dejavnik pri merjenju dejanske uporabnosti neprebojnih plošč. Če lahko izpolnjuje zahteve glede zaščite, mora biti gostota površine čim manjša med načrtovanjem in uporabo, tako da se lahko stroški in teža močno zmanjšajo.
2.2.3 Vpliv gostote površine laminata na balistične lastnosti laminata
Vlakna bodo nagnjena k zdrsu, ko izstrelki prodrejo v laminat, nekatera vlakna pa ne bodo mogla zmanjšati prodiranja izstrelkov. Če se površinska gostota poveča, se bo absorbirana energija laminata povečala, kar kaže, da se njegova balistična odpornost povečuje s povečanjem površinske gostote. Balistična zmogljivost laminata brez votka je boljša kot pri laminatu z ravnim tkanjem.
2.2.4 Vpliv strukture vlaknene tkanine na balistične lastnosti laminatov
Dvodimenzionalne dvodimenzionalne tkanine imajo v primerjavi s satenastimi in ravnimi tkaninami najnižjo stopnjo obdelave in najmanjšo izgubo trdnosti vlaken. Vlakna tkanine bodo razporejena vzporedno v ravnih črtah, z največjo vrednostjo zadrževanja trdnosti. Ker med vlakni ni neposrednih prekrivajočih se točk, je stopnja krčenja v bistvu enaka nič, kar učinkovito zmanjša odboj deformacijskih valov in prepreči koncentracijo napetosti na lokalnih točkah ob udarcu izstrelkov. Zato je energija absorpcije pretrganja dvodimenzionalne dvodimenzionalne tkanine visoka. Ker je struktura dvodimenzionalne dvodimenzionalne tkanine ohlapna, je ugodna za absorpcijo energije, zaradi česar je najboljša neprebojna zmogljivost.
2.2.5 Vpliv števila plasti tkanine na balistične lastnosti laminatov
Tkanine z nizko površinsko gostoto imajo boljše balistične lastnosti. Balistična odpornost kompozitnih materialov je določena s pletenimi nitmi, ki se uporabljajo za vlakna v materialu, tkanjem tkanine, številom plasti v vsaki plasti in razporeditvijo vlaken. Pod določeno težo, tanjša in tesnejša ko je pletenica in več plasti ima material, boljše bodo balistične lastnosti materiala. Če je površinska gostota balističnega materiala konstantna, je treba upoštevati tkanine z več plastmi in manjšo enojno površinsko gostoto. Hkrati bo izboljšanje delovanja samega vlakna izboljšalo tudi balistično odpornost materiala.
03
Aplikacije in razvojni trendi
Napredni balistično odporni kompozitni materiali imajo visoko specifično trdnost, specifični modul, obliko in vsestranskost ter so nepogrešljivi v številnih vojaških aplikacijah. So osnovni dejavniki pri načrtovanju in ključnih tehnologijah za osebno zaščito ter napredno orožje in oborožitev. Zato bo za organizacijo, če ji bo uspelo vstopiti na to raziskovalno in aplikativno področje in postati kvalificiran dobavitelj določene vrste izdelkov, velik strateški pomen tako v smislu družbenih kot ekonomskih koristi.
Kompozitni materiali imajo dobre lastnosti, ker združujejo prednosti ojačitvenih materialov in matrik. So tudi najhitreje rastoči in najbolj obetavni neprebojni materiali. Neprebojni materiali se postopoma razvijajo v diverzifikacijo in mešanje, pojavili pa so se različni novi neprebojni materiali z visoko trdoto in visoko žilavostjo, ki se ukvarjajo s kompleksnejšimi problemi zaščite. Z razvojem lahkih in učinkovitih oklepnih sistemov so prednosti neprebojne keramike in neprebojnih kompozitnih materialov, ojačenih z vlakni, vse bolj vidne. Nove kompozitne keramične neprebojne plošče imajo neprimerljive prednosti s tradicionalnimi neprebojnimi ploščami, vendar obstoječih težav ne gre prezreti, zato se osredotočamo na Da bi rešili težave, ki obstajajo v neprebojnih kompozitnih materialih, je trenutno osredotočeno na nenehno optimizacijo lastnosti materialov.
