A fejlett technológia katonai hadviselésben való alkalmazásával egyre összetettebbé válik a személyi és vagyoni veszteségek helyzete. Ezért a golyóálló anyagok mélyreható kutatását és alkalmazását is el kell végezni. A kerámia páncél és a szálerősítésű kompozit anyagok fontos kutatási és alkalmazási irányok. Áttekintést adunk az új kompozit golyóálló kerámia lemezről és az aramid golyóálló kompozit anyagokról, összehasonlítjuk az új kompozit golyóálló kerámia lemezt a hagyományos golyóálló lemezzel, valamint jellemzőit és néhány, a jelenlegi kutatásban és alkalmazásban még fennálló problémát. elemezni; az aramid golyóálló kompozit anyag golyóálló mechanizmusát hajtják végre. Ismertesse részletesen és mutassa meg az aramid ballisztikus kompozit anyagok teljesítményét befolyásoló főbb tényezőket.
01
Új kompozit kerámia golyóálló lemez
A kerámia páncéllal kapcsolatos kutatások fontos részét képezik a golyóálló kompozit anyagok fejlesztésének és alkalmazásának. A kerámia páncél ballisztikai védőhatása jobb, mint a közönséges páncélacélé. Jelenleg a passzív páncélzat és a reaktív páncél a legszélesebb körben kutatott és alkalmazott. Ami a golyóálló mechanizmust illeti, a reaktív páncélban lévő páncélanyag a golyó általi gerjesztést követően mozgási energiát generál, és a kinetikus energia reagál a golyóra, míg a passzív páncél saját tulajdonságain keresztül ellenáll a golyó becsapódásának. Napjainkban az Egyesült Államok, Oroszország és más országok kerámiát és kompozit anyagokat használtak a jobb súlyhatékonyságú páncélrendszerek kifejlesztésére, és kifejlesztették a széles körben használt kerámia panel páncélzatot.
1.1 Golyóálló mechanizmus
Amikor egy golyó nagy sebességgel eltalálja a kompozit kerámia golyóálló lemezt, a hatáserő és a reakcióerő elve arra készteti, hogy nagy sebességgel belépjen a golyóálló lemezbe, majd nagy sebességgel, ellentétes erővel kipattanjon, és kb. kör alakú golyólyuk a felületen. Eléri azt a célt, hogy a golyóálló lemeznek csak a felületét sértse meg anélkül, hogy végzetes károsodást okozna a teljes kompozit golyóálló lemezben, ezáltal golyóállóságot ér el.
1.2 Új kompozit kerámia golyóálló lemezek teljesítményparaméterei
A kerámia anyagok főbb jellemzőit az 1. táblázat tartalmazza.
A kerámia anyagok nagy fajlagos merevséggel, nagy fajlagos szilárdsággal és kémiai tehetetlenséggel rendelkeznek számos környezetben. Ugyanakkor a fémekhez képest alacsony sűrűségük, nagy keménységük és nagy nyomószilárdságuk szélesebb körben alkalmazhatóvá teszi őket. A nagy tisztaságú alumíniumnak nagyobb a sűrűsége, kisebb a keménysége és a törési szívóssága, így kisebb a rugalmas ellenállása; a szilícium-karbid kerámia szerkezete nagy szilárdságú, nagy keménységű, kopásállóságot, korrózióállóságot, magas hővezető képességet és egyéb tulajdonságokat tesz lehetővé; A titán-diboridnak nagy rugalmassági modulusa van; A bór-karbid magas olvadásponttal, kiváló keménységgel és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, sűrűsége pedig a legalacsonyabb számos általánosan használt kerámiaanyag között. Ráadásul a rugalmassági modulusa magas, így ideális választás katonai páncélokhoz. és jó anyagválasztás az űr terén.
A kompozit anyagok főbb jellemzőit a 2. táblázat mutatja be.
Amellett, hogy bizonyos modulussal rendelkeznek, a golyóálló kompozit anyagoknak jó nyúlással, törési szilárdsággal, nagy fajlagos szilárdsággal is kell rendelkezniük, és jó teljesítményt kell fenntartaniuk alakváltozási sebesség mellett is. Az E-üvegnek nagy a szakítószilárdsága, de gyenge a szívóssága, míg a kevlár anyag alacsony sűrűségű, nagy szilárdságú, jó szívósságú, magas hőmérséklet-állósággal rendelkezik, valamint könnyen feldolgozható és formázható. A bór jellemzői: alacsony sűrűség, nagy fajlagos szilárdság és nagy rugalmassági modulus.
1.3 Új kompozit kerámia golyóálló lemezanyagok jellemzői
Az új kompozit kerámia golyóálló panelek összehasonlíthatatlan előnyökkel rendelkeznek a hagyományos golyóálló panelekkel szemben. Lásd a 3. táblázatot a konkrét összehasonlításokért.
(1) Több golyóütésnek is ellenáll.Ez az anyag képes ellenállni több golyó folyamatos becsapódásának ugyanazon a felületen egy időben anélkül, hogy az egész eltörne. Csak megközelítőleg kör alakú golyólyukakat képez a felületen anélkül, hogy befolyásolná az anyag más részeinek golyóálló hatását.
(2) Jó szerkezeti tervezhetőségű.A kompozit kerámialemezek megfelelő szögben hajlítási deformációt tudnak előidézni, és deformáció után visszanyerhetik eredeti alakjukat. Különféle formájú kompozit kerámia golyóálló anyagokká alakíthatók, például lapos, íves és ferde felületek.
(3) Javítható és újra felhasználható.A golyó eltalálása után a felületen lévő kör alakú golyólyukak kerámia golyóálló testekkel kitölthetők, és golyóálló ragasztóval kombinálhatók, hogy visszanyerjék az eredeti anyag teljesítményét.
(4) Nagyfokú használat megbízhatóság.Ez az anyag átfogóan használja a nagy teljesítményű kerámia lemezek, UHWMPE lemezek és TC4 lemezek ballisztikai tulajdonságait, így a ballisztikai ellenállás jobb, mint az egyes anyagoké, és hatékonyan blokkolja a pisztolyok és a kapcsolódó kis és közepes kaliberű áthatoló bombák különféle specifikációit.
(5) A technológia magas érettséggel és erős tervezhetőséggel rendelkezik.Ez az anyag már meglehetősen kiforrott gyártási folyamattal rendelkezik, és egyedi igények szerint, a tényleges igények szerint tervezhető, hogy megfeleljen a különböző golyóálló igényeknek.
1.4 Problémák a jelenlegi golyóálló kompozit anyagokkal
Mivel a golyóálló kompozit anyagok sokféle anyagból állnak, a kompozit anyagok inhomogenitása, anizotrópiája, összetett konstitutív összefüggései, összetett tönkremeneteli mechanizmusai és összetett szilárdsági kritériumai a kompozit anyagok és szerkezeteik fő mechanikája. jellemzői, ezáltal bonyolultabbá és bonyolultabbá válik a kompozit anyagok, szerkezeteik és védelmi mechanizmusaik elemzése, számítása, tesztelése és tervezése. A golyóálló kompozit anyagokkal ez idáig a következő problémák jelentkeztek.
(1) Nem megfelelő energiaelnyelés.A golyóálló anyagok használat közben fel nem szívódó energiája személyi és vagyoni veszteséget okoz, valamint a fegyverek korszerűsítésével a fegyverek pusztító ereje is megnő. Ezért a jövőbeli kutatásnak és alkalmazásnak az anyagok golyóálló teljesítményének és biztonságának javítására kell összpontosítania ebben a tekintetben. .
(2) A súly nem elég könnyű.A golyóálló kompozit anyagok súlya fontos tényező abban, hogy népszerűsíthetők-e és használhatók-e. Ezért a golyóálló kompozit anyagok tömegét a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell, miközben biztosítják a jó golyóállóságot.
(3) Az ellentmondások erősítése és szigorítása.Különösen a golyóálló kerámia kompozit anyagok esetében ez az ellentmondás gyakran nehezen küszöbölhető ki. Bizonyos szilárdító anyagok ballisztikaálló kompozit anyagokhoz való hozzáadása csökkentheti az anyag szilárdságát. Ha azonban az anyag szilárdságát növeljük, az anyag szívóssága csökkenhet. Ezért sok vizsgálatra van szükség a golyóálló anyag legmegfelelőbb szilárdságának és szívósságának megtalálásához. .
(4) Ami a kompozit anyagok kompatibilitását illeti, beleértve a fizikai, kémiai, mechanikai és egyéb anyagok jellemzőit, a kompozit anyagok különböző jellemzőket integrálhatnak a jobb védelem érdekében.
Ezen kívül vannak olyan problémák is, mint a felület és az ár, amelyeket nem sikerült teljesen megoldani.
02
Aramid golyóálló kompozit anyag
2.1 Golyóálló mechanizmus
Ha a szál golyóálló anyagot ütési energiának teszik ki, megnyúlik és deformálódik. A szál által elnyelt energia lesz a deformációjához szükséges munka. A húzó alakváltozáshoz és töréséhez szükséges munka a törési energia, más néven törési munka. , a szál törési energiája összefügg a húzó deformációs törésben részt vevő szálak számával. A szálak antiballisztikus tulajdonságait mérő paraméter a szál energiaelnyelési sebessége (a szálegység tömegére jutó törési energia).
Ha a szálas golyóálló anyagokat külső becsapódás éri, az ütközés által generált hosszirányú feszültség gyorsan terjed a szálanyagban minden irányba, és "lökéshullámot" (azaz hanghullámot) képez. A szálas golyóálló anyagok hangsebessége befolyásolja az energia pillanatnyi diffúzióját, amely meghatározza az energiaelnyelésben részt vevő szálak mennyiségét, ezáltal befolyásolja az anyag golyóálló hatását. Ezért a szálban lévő hangsebesség egy másik fontos paraméter, amely befolyásolja a szál ballisztikus teljesítményét.
A golyóálló anyagokban a szálak alakja egyenes és ívelt. Ha az anyag szálalakja egyenes, az energia a szál tengelyirányában visszaverődés nélkül terjed, és ezért az energia messzire és gyorsan terjed; ha a szál alakja ívelt, vagy a szál Ha a szálban szakadások vannak, a szál hajlítási pontjai vagy törései visszaverik az energia egy részét, csökkentve a pillanatnyi diffúziós tartományt, és az anyag golyóálló hatása is csökken . Látható, hogy a kétdimenziós kétdimenziós szövet golyóálló hatása jobb lesz, mint a sima szövésű szöveté.
Az energiaátvitel gyakran együtt jár az azonos rétegen belüli szálak vagy a rétegek közötti érintkezéssel. Az ütközési energia átvitele során minden anyag határfelületén belül energiavisszaverődés lép fel, a helyzetek változatosak és összetettek. Ezért az ütközési energia leghatékonyabb terjedési útja a szál tengelye mentén történő diffúzió.
2.2 Az aramid golyóálló kompozit anyagok teljesítményét befolyásoló fő tényezők
A golyóálló kompozit anyagok teljesítményét elsősorban a mátrixanyag modulusa és tartalma, a szálanyag tulajdonságai, a szál szövési módja és folyamata befolyásolja.
2.2.1 A mátrixgyanta modulusának hatása a kompozit anyagok ballisztikai tulajdonságaira
Mivel az alacsony modulusú mátrixgyanta jó csillapítási tulajdonságokkal rendelkezik, és elősegíti az energiaelnyelést, az alacsony modulusú mátrixgyantából készült laminátumok jobb golyóállósággal rendelkeznek, mint a nagy modulusú mátrixgyanták.
2.2.2 A mátrixgyanta tartalom hatása a kompozit anyagok ballisztikai tulajdonságaira
A mátrixgyanta tartalom nagyon fontos hatással van a kompozit anyagok ballisztikai tulajdonságaira. A kompozit anyagok száltérfogat-tartalmának növelése javítja a ballisztikai tulajdonságokat, de ha a száltérfogat-tartalom túl magas, a ballisztikai tulajdonságok csökkennek. Mivel a kompozit anyagban lévő mátrixgyanta át tudja adni a feszültséget a szerkezeti egységben, de ha a száltérfogat-tartalom túl magas, akkor a kompozit anyag mátrixtartalma túl kicsi lesz, ami a gyanta és a gyanta közötti kötési teljesítmény csökkenését eredményezi. a szál és a szál és a szál között, így a laminátum integritását befolyásolva a kompozit anyag rugalmas tulajdonságai is csökkennek. A száltérfogat-tartalom a szövetben lévő száltérfogat százalékos arányát jelenti a szövet teljes térfogatához viszonyítva, amely átszámítható területsűrűségre. A területsűrűség fontos tényező a golyóálló panelek tényleges alkalmazhatóságának mérésében. Ha megfelel a védelmi követelményeknek, akkor a tervezés és az alkalmazás során a területsűrűség a lehető legkisebb legyen, így a költség és a tömeg jelentősen csökkenthető.
2.2.3 A laminált felület sűrűségének hatása a laminátum ballisztikai teljesítményére
A szálak hajlamosak megcsúszni, amikor a lövedékek áthatolnak a laminátumon, és egyes szálak nem tudják csökkenteni a lövedékek behatolását. Ha a területi sűrűség növekszik, a laminátum elnyelt energiája nő, ami azt jelzi, hogy ballisztikai ellenállása a területi sűrűség növekedésével nő. A vetülékmentes laminátum ballisztikai teljesítménye jobb, mint a sima szövésű laminátumé.
2.2.4 A szálszövet szerkezetének hatása a laminátumok ballisztikai tulajdonságaira
A szatén és sima szövésű szövetekhez képest a kétdimenziós kétdimenziós szövetek a legalacsonyabb feldolgozási fokúak és a legkisebb szálszilárdság-veszteséggel rendelkeznek. A szövet szálai párhuzamosan, egyenes vonalakban helyezkednek el, a legnagyobb szilárdságtartó értékkel. Mivel a szálak között nincsenek közvetlen átfedési pontok, a zsugorodási arány alapvetően nulla, ami hatékonyan csökkenti a deformációs hullámok visszaverődését, és elkerüli a feszültségkoncentrációt a lokális pontokon, amikor lövedékek ütköznek. Ezért a kétdimenziós kétdimenziós kendő szakadáselnyelő energiája magas. Mivel a kétdimenziós kétdimenziós szövet szövetszerkezete laza, elősegíti az energiaelnyelést, így a legjobb golyóálló teljesítményt nyújtja.
2.2.5 A szövetrétegek számának hatása a laminátumok ballisztikai tulajdonságaira
Az alacsony felületi sűrűségű anyagok jobb ballisztikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A kompozit anyagok ballisztikai ellenállását az anyagban lévő szálakhoz használt fonott szálak, a szövetszövés, az egyes rétegekben lévő rétegek száma és a szálak elrendezése határozza meg. Adott súly mellett minél vékonyabb és szorosabb a fonat, és minél több réteg van az anyagon, annál jobbak lesznek az anyag ballisztikai tulajdonságai. Ha a ballisztikus anyag felületi sűrűsége állandó, több rétegű és kisebb egyfelületi sűrűségű szöveteket kell figyelembe venni. Ugyanakkor magának a szálnak a teljesítményének javítása javítja az anyag ballisztikai ellenállását is.
03
Alkalmazások és fejlesztési trendek
A fejlett ballisztikusan ellenálló kompozit anyagok nagy fajlagos szilárdsággal, specifikus modulussal, kialakítással és sokoldalúsággal rendelkeznek, és számos katonai alkalmazásban nélkülözhetetlenek. Ezek alapvető tényezők a személyi védelem, valamint a fejlett fegyverek és fegyverzet tervezésében és kulcsfontosságú technológiáiban. Ezért egy szervezet számára, ha be tud lépni erre a kutatási és alkalmazási területre, és egy bizonyos típusú termék minősített szállítójává válhat, annak mind társadalmi, mind gazdasági előnyök szempontjából nagy stratégiai jelentősége lesz.
A kompozit anyagok jó teljesítményt nyújtanak, mivel egyesítik az erősítőanyagok és mátrixok előnyeit. Ezek a leggyorsabban növekvő és legígéretesebb golyóálló anyagok is. A golyóálló anyagok fokozatosan diverzifikálássá és összetettebbé fejlődnek, és különféle új, nagy keménységű és nagy szívósságú golyóálló anyagok jelentek meg a bonyolultabb védelmi problémák kezelésére. A könnyű és hatékony páncélrendszerek kifejlesztésével a golyóálló kerámiák és a szálerősítésű golyóálló kompozit anyagok előnyei egyre hangsúlyosabbá váltak. Az új kompozit kerámia golyóálló panelek összehasonlíthatatlan előnyökkel bírnak a hagyományos golyóálló panelekkel, de a meglévő problémákat nem lehet figyelmen kívül hagyni, ezért kiemelten foglalkozunk A golyóálló kompozit anyagokban meglévő problémák megoldása érdekében az anyagtulajdonságok folyamatos optimalizálása a jelenlegi kutatási fókusz.
