Askeri savaşta ileri teknolojinin uygulanmasıyla birlikte personel ve mal kayıplarının durumu giderek daha karmaşık hale geliyor. Bu nedenle kurşun geçirmez malzemelerin derinlemesine araştırılması ve uygulanması da yapılmalıdır. Seramik zırh ve fiber takviyeli kompozit malzemeler önemli araştırma ve uygulama alanlarıdır. Yeni kompozit kurşun geçirmez seramik plaka ve aramid kurşun geçirmez kompozit malzemelere genel bir bakış verilmiş, yeni kompozit kurşun geçirmez seramik plaka ile geleneksel kurşun geçirmez plaka arasında bir karşılaştırma yapılmış, özellikleri ve mevcut araştırma ve uygulamada hala var olan bazı problemler anlatılmıştır. analiz edildi; aramid kurşun geçirmez kompozit malzemenin kurşun geçirmez mekanizması gerçekleştirilir. Aramid balistik kompozit malzemelerin performansını etkileyen ana faktörleri ayrıntılı olarak tanımlayın ve belirtin.
01
Yeni kompozit seramik kurşun geçirmez plaka
Seramik zırh üzerine yapılan araştırmalar, kurşun geçirmez kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve uygulanmasının önemli bir parçasıdır. Seramik zırhın balistik koruma etkisi sıradan zırh çeliğinden daha üstündür. Şu anda pasif zırh ve reaktif zırh en yaygın olarak araştırılan ve uygulananlardır. Kurşun geçirmezlik mekanizması açısından reaktif zırhtaki zırh malzemesi, mermi tarafından uyarıldıktan sonra kinetik enerji üretecek ve kinetik enerji mermiye tepki verirken, pasif zırh da kendi özellikleri sayesinde merminin darbesine karşı direnç gösterecektir. Günümüzde Amerika Birleşik Devletleri, Rusya ve diğer ülkeler seramik ve kompozit malzemeleri kullanarak daha iyi ağırlık verimliliğine sahip zırh sistemleri geliştirmiş ve yaygın olarak kullanılan seramik panel zırhı geliştirmişlerdir.
1.1 Kurşun geçirmez mekanizma
Bir mermi yüksek hızda kompozit seramik kurşun geçirmez plakaya çarptığında, kurşun geçirmez plakaya yüksek hızda girmesine ve daha sonra içerideki zıt kuvvetle yüksek hızda sıçramasına neden olmak için etki kuvveti ve reaksiyon kuvveti prensibi kullanılır ve yaklaşık olarak bir mermi oluşturur. yüzeyde dairesel kurşun deliği. Genel kompozit kurşun geçirmez plakaya ölümcül hasar vermeden kurşun geçirmez plakanın yalnızca yüzeyini yok etme amacına ulaşır, böylece kurşun geçirmezlik elde edilir.
1.2 Yeni kompozit seramik kurşun geçirmez plakaların performans parametreleri
Seramik malzemelerin temel özellikleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Seramik malzemeler birçok ortamda yüksek özgül sertliğe, yüksek özgül dayanıma ve kimyasal inertliğe sahiptir. Aynı zamanda metallere göre yoğunluğunun düşük olması, sertliğinin yüksek olması ve basınç dayanımının yüksek olması bunların daha yaygın kullanılmasını sağlamaktadır. Yüksek saflıkta alüminyum daha yüksek yoğunluğa, daha düşük sertliğe ve kırılma dayanıklılığına sahiptir, dolayısıyla elastik direnci daha düşüktür; Silisyum karbür seramiklerin yapısı, yüksek mukavemete, yüksek sertliğe, aşınma direncine, korozyon direncine, yüksek ısı iletkenliğine ve diğer özelliklere sahip olmasını sağlar; Titanyum diborürün elastik modülü yüksektir; bor karbür, yüksek bir erime noktasına, mükemmel sertliğe ve mekanik özelliklere sahiptir ve yoğunluğu, yaygın olarak kullanılan birçok seramik malzeme arasında en düşük olanıdır. Ayrıca elastik modülün yüksek olması onu askeri zırhlar için ideal bir seçim haline getiriyor. ve uzay alanında iyi bir malzeme seçimi.
Kompozit malzemelerin temel özellikleri Tablo 2'de gösterilmektedir.
Kurşun geçirmez kompozit malzemelerin belirli bir modüle sahip olmasının yanı sıra iyi bir uzama, kırılma tokluğu, yüksek özgül dayanıma sahip olması ve gerinim oranları altında iyi performansı sürdürebilmesi gerekir. E-cam yüksek çekme mukavemetine sahiptir ancak tokluğu zayıftır; Kevlar malzemesi ise düşük yoğunluğa, yüksek mukavemete, iyi tokluğa, yüksek sıcaklık direncine sahiptir ve işlenmesi ve şekillendirilmesi kolaydır. Bor, düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet ve yüksek elastik modül özelliklerine sahiptir.
1.3 Yeni kompozit seramik kurşun geçirmez plaka malzemelerinin özellikleri
Yeni kompozit seramik kurşun geçirmez paneller, geleneksel kurşun geçirmez panellere göre eşsiz avantajlara sahiptir. Spesifik karşılaştırmalar için Tablo 3'e bakınız.
(1) Birden fazla kurşun darbesine dayanabilir.Bu malzeme, birden fazla merminin aynı anda aynı yüzeye sürekli çarpmasına, bütünü kırılmadan dayanabilmektedir. Malzemenin diğer kısımlarının kurşun geçirmezlik etkisini etkilemeden sadece yüzeyde yaklaşık olarak dairesel kurşun delikleri oluşturacaktır.
(2) İyi yapısal tasarım kabiliyetine sahiptir.Kompozit seramik plakalar karşılık gelen açılarda bükülme deformasyonu üretebilir ve deformasyon sonrasında orijinal şekline dönebilir. Düz, kavisli ve eğimli yüzeyler gibi çeşitli şekillerde kompozit seramik kurşun geçirmez malzemeler halinde tasarlanabilirler.
(3) Tamir edilebilir ve tekrar kullanılabilir.Bir kurşunla vurulduktan sonra yüzeydeki dairesel kurşun delikleri, seramik kurşun geçirmez gövdelerle doldurulabilir ve kurşun geçirmez yapıştırıcı ile yeniden birleştirilerek orijinal malzemenin performansını yeniden kazanılabilir.
(4) Kullanımda yüksek güvenilirlik.Bu malzeme, yüksek performanslı seramik plakaların, UHWMPE plakaların ve TC4 plakaların balistik özelliklerini kapsamlı bir şekilde kullanarak, balistik direnci tekli malzemelerden daha iyi hale getirir ve tabancaların ve ilgili küçük ve orta kalibreli delici bombaların çeşitli özelliklerini etkili bir şekilde bloke edebilir.
(5) Teknoloji yüksek olgunluğa ve güçlü tasarlanabilirliğe sahiptir.Bu malzeme halihazırda oldukça olgun bir üretim sürecine sahiptir ve farklı kurşun geçirmezlik ihtiyaçlarını karşılamak için gerçek ihtiyaçlara göre bireysel ihtiyaçlara göre tasarlanabilmektedir.
1.4 Mevcut kurşun geçirmez kompozit malzemelerle ilgili sorunlar
Kurşun geçirmez kompozit malzemeler çeşitli malzemelerden oluştuğundan, homojen olmama, anizotropi, karmaşık yapısal ilişkiler, karmaşık hasar mekanizmaları ve kompozit malzemelerin karmaşık mukavemet kriterleri, kompozit malzemelerin ve yapılarının ana mekaniğidir. Böylece kompozit malzemelerin, yapılarının ve koruma mekanizmalarının analiz, hesaplama, test ve tasarımının karmaşıklığı ve zorluğu artar. Şu ana kadar kurşun geçirmez kompozit malzemelerde halen aşağıdaki sorunlar yaşanmaktadır.
(1) Yetersiz enerji emilimi.Kurşun geçirmez malzemelerin kullanım sırasında emilmeyen enerjisi personel ve mal kayıplarına neden olacağı gibi, silahların modernizasyonuyla birlikte silahların yıkıcı gücü de artacaktır. Bu nedenle gelecekteki araştırma ve uygulamalar, bu açıdan malzemelerin kurşun geçirmezlik performansının ve güvenliğinin arttırılmasına odaklanmalıdır. .
(2) Ağırlık yeterince hafif değil.Kurşun geçirmez kompozit malzemelerin ağırlığı, bunların tanıtılıp kullanılamayacağı konusunda önemli bir faktördür. Bu nedenle kurşun geçirmez kompozit malzemelerin ağırlığı, iyi bir kurşun geçirmezlik direnci sağlanırken mümkün olduğu kadar azaltılmalıdır.
(3) Çelişkilerin güçlendirilmesi ve sertleştirilmesi.Özellikle kurşun geçirmez seramik kompozit malzemeler için bu çelişkinin üstesinden gelmek çoğu zaman zordur. Balistik dayanıklı kompozit malzemelere bazı sertleştirici malzemelerin eklenmesi malzemenin mukavemetini azaltabilir. Ancak malzemenin mukavemeti arttırılırsa malzemenin tokluğu azalabilir. Bu nedenle balistik dayanıklı malzemenin en uygun mukavemet ve tokluğunu bulmak için birçok test yapılması gerekmektedir. .
(4) Fiziksel, kimyasal, mekanik ve diğer malzeme özellikleri de dahil olmak üzere kompozit malzemelerin uyumluluğu açısından, kompozit malzemeler daha iyi koruma sağlamak üzere çeşitli özellikleri entegre edebilir.
Ayrıca arayüz ve fiyat gibi henüz tam olarak çözülemeyen sorunlar da mevcut.
02
Aramid kurşun geçirmez kompozit malzeme
2.1 Kurşun geçirmez mekanizma
Fiber kurşun geçirmez malzeme darbe enerjisine maruz kaldığında esneyecek ve deforme olacaktır. Fiber tarafından emilen enerji, deformasyonu için gereken iş haline gelecektir. Çekme deformasyonu ve kırılması için gereken iş, kırılma işi olarak da bilinen kırılma enerjisidir. Fiberin kırılma enerjisi, çekme deformasyon kırılmasına katılan fiberlerin sayısıyla ilgilidir. Liflerin anti-balistik özelliklerini ölçen parametre, lifin enerji emme oranıdır (birim lif kütlesi başına kırılma enerjisi).
Fiber kurşun geçirmez malzemeler harici bir darbeyle darbe aldığında, darbenin oluşturduğu uzunlamasına gerilim, fiber malzemede her yöne hızla yayılarak bir "şok dalgası" (yani ses dalgası) oluşturacaktır. Fiber kurşun geçirmez malzemelerdeki sesin hızı, enerjinin absorpsiyonunda yer alan fiberlerin miktarını belirleyen enerjinin anlık yayılımını etkileyecektir ve dolayısıyla malzemenin kurşun geçirmezlik etkisini etkileyecektir. Bu nedenle fiberdeki ses hızı fiberin balistik performansını etkileyen bir diğer önemli parametredir.
Kurşun geçirmez malzemelerdeki liflerin şekilleri düz ve kavislidir. Malzemenin lif şekli düzse enerji, yansıma olmadan lifin eksenel yönü boyunca yayılacak ve dolayısıyla enerji uzaklara ve hızlı bir şekilde yayılacaktır; fiberin şekli kavisliyse veya fiber fiberde kırılmalar varsa, bükülme noktaları veya fiberdeki kırılmalar enerjinin bir kısmını yansıtacak, anlık difüzyon aralığını azaltacak ve malzemenin kurşun geçirmezlik etkisi de azalacaktır. . Fiber iki boyutlu kumaşın kurşun geçirmezlik etkisinin düz dokuma kumaştan daha iyi olacağı görülmektedir.
Enerji transferine genellikle aynı katmandaki lifler arasındaki veya katmanlar arasındaki temas eşlik eder. Darbe enerjisinin iletimi sırasında, tüm malzemelerin arayüzlerinde enerji yansıması meydana gelir ve durumlar çeşitli ve karmaşıktır. Bu nedenle darbe enerjisinin en etkili yayılma yolu fiber ekseni boyunca yayılmadır.
2.2 Aramid kurşun geçirmez kompozit malzemelerin performansını etkileyen ana faktörler
Kurşun geçirmez kompozit malzemelerin performansı esas olarak matris malzemesinin modülü ve içeriğinden, elyaf malzemesinin özelliklerinden, elyafın dokuma yönteminden ve prosesinden etkilenir.
2.2.1 Matris reçine modülünün kompozit malzemelerin balistik özelliklerine etkisi
Düşük modüllü matris reçinesi iyi sönümleme özelliklerine sahip olduğundan ve enerji emilimine yardımcı olduğundan, düşük modüllü matris reçinesinden yapılan laminatlar, yüksek modüllü matris reçinesinden daha iyi kurşun geçirmezlik etkilerine sahiptir.
2.2.2 Matris reçine içeriğinin kompozit malzemelerin balistik özelliklerine etkisi
Matris reçine içeriğinin kompozit malzemelerin balistik özellikleri üzerinde çok önemli bir etkisi vardır. Kompozit malzemelerde elyaf hacim içeriğinin arttırılması balistik özellikleri iyileştirecektir ancak elyaf hacim içeriğinin çok yüksek olması durumunda balistik özellikler azalacaktır. Kompozit malzemedeki matris reçinesi yapısal ünitedeki gerilimi iletebildiğinden, ancak fiber hacim içeriği çok yüksekse kompozit malzemedeki matris içeriği çok küçük olacak ve bu da reçine ile reçine arasındaki bağlanma performansında bir azalmaya yol açacaktır. Fiber ile fiber arasında, dolayısıyla laminatın bütünlüğünü etkileyerek kompozit malzemenin elastik özellikleri de azalacaktır. Elyaf hacim içeriği, kumaştaki elyaf hacminin kumaşın tüm hacmine göre yüzdesini ifade eder ve bu, alan yoğunluğuna dönüştürülebilir. Alan yoğunluğu, kurşun geçirmez panellerin gerçek uygulanabilirliğinin ölçülmesinde önemli bir faktördür. Koruma gereksinimlerini karşılayabiliyorsa tasarım ve uygulama sırasında alan yoğunluğunun mümkün olduğu kadar küçük olması gerekir, böylece maliyet ve ağırlık büyük ölçüde azaltılabilir.
2.2.3 Laminat alan yoğunluğunun laminat balistik performansına etkisi
Mermiler laminatın içine girdiğinde elyafların kayma eğilimi olacaktır ve bazı elyaflar mermilerin nüfuz etmesini azaltamayacaktır. Alan yoğunluğu artarsa laminatın emilen enerjisi artacaktır, bu da alan yoğunluğunun artmasıyla balistik direncinin arttığını gösterir. Atkısız laminatın balistik performansı düz dokuma laminattan daha iyidir.
2.2.4 Lif kumaş yapısının laminatların balistik özelliklerine etkisi
Saten ve düz dokuma kumaşlarla karşılaştırıldığında, iki boyutlu iki boyutlu kumaşlar en düşük işlenme derecesine ve en az elyaf mukavemeti kaybına sahiptir. Kumaşın lifleri, en büyük mukavemet tutma değerine sahip olacak şekilde düz çizgiler halinde paralel olarak düzenlenecektir. Lifler arasında doğrudan örtüşen noktalar olmadığından büzülme oranı temelde sıfırdır, bu da gerinim dalgalarının yansımasını etkili bir şekilde azaltır ve mermiler çarptığında yerel noktalarda gerilim yoğunlaşmasını önler. Bu nedenle iki boyutlu kumaşın kopma emme enerjisi yüksektir. İki boyutlu iki boyutlu kumaşın kumaş yapısı gevşek olduğundan, enerji emilimine yardımcı olur ve bu da onu en iyi kurşun geçirmezlik performansı haline getirir.
2.2.5 Kumaş katman sayısının laminatların balistik özelliklerine etkisi
Düşük yüzey yoğunluğuna sahip kumaşlar daha iyi balistik özelliklere sahiptir. Kompozit malzemelerin balistik direnci, malzemedeki lifler için kullanılan örgülü iplikler, kumaş örgüsü, her katmandaki katman sayısı ve liflerin dizilişi ile belirlenmektedir. Belirli bir ağırlık altında örgü ne kadar ince ve sıkıysa ve malzeme ne kadar çok katmana sahipse malzemenin balistik özellikleri de o kadar iyi olacaktır. Balistik malzemenin yüzey yoğunluğu sabit olduğunda, daha fazla katmana sahip ve daha küçük tek yüzey yoğunluğuna sahip kumaşlar dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda fiberin performansının arttırılması, malzemenin balistik direncini de artıracaktır.
03
Uygulamalar ve Geliştirme Trendleri
Gelişmiş balistik dirençli kompozit malzemeler yüksek özgül güce, özel modüle, tasarıma ve çok yönlülüğe sahiptir ve birçok askeri uygulamanın vazgeçilmezidir. Bunlar, kişisel koruma ve gelişmiş silah ve mühimmat için tasarım ve anahtar teknolojilerdeki temel faktörlerdir. Dolayısıyla bir kuruluş için bu araştırma ve uygulama alanına girip belirli bir ürünün nitelikli tedarikçisi haline gelebilmesi hem sosyal hem de ekonomik fayda açısından büyük bir stratejik öneme sahip olacaktır.
Kompozit malzemeler iyi bir performansa sahiptir çünkü takviye malzemeleri ve matrislerin ilgili avantajlarını birleştirirler. Aynı zamanda en hızlı büyüyen ve en umut verici kurşun geçirmez malzemelerdir. Kurşun geçirmez malzemeler yavaş yavaş çeşitlenmeye ve bileşime doğru gelişmektedir ve daha karmaşık koruma sorunlarının üstesinden gelmek için yüksek sertliğe ve yüksek tokluğa sahip çeşitli yeni kurşun geçirmez malzemeler ortaya çıkmıştır. Hafif ve verimli zırh sistemlerinin gelişmesiyle birlikte kurşun geçirmez seramiklerin ve fiber takviyeli kurşun geçirmez kompozit malzemelerin avantajları giderek daha fazla öne çıkıyor. Yeni kompozit seramik kurşun geçirmez paneller, geleneksel kurşun geçirmez panellerle kıyaslanamaz avantajlara sahiptir, ancak mevcut sorunlar göz ardı edilemez, bu nedenle kurşun geçirmez kompozit malzemelerde mevcut sorunları çözmek için, malzeme özelliklerinin sürekli optimizasyonu mevcut araştırma odağıdır.
