Kehittyneen teknologian soveltamisen myötä sotilaalliseen sodankäyntiin henkilöstö- ja omaisuustappioiden tilanne muuttuu yhä monimutkaisemmaksi. Siksi luodinkestäviä materiaaleja tulisi myös perusteellisesti tutkia ja soveltaa. Keraaminen panssari ja kuituvahvistetut komposiittimateriaalit ovat tärkeitä tutkimus- ja käyttösuuntia. Uudesta luodinkestävästä keraamisesta komposiittilevystä ja luodinkestävästä aramidkomposiittimateriaalista esitetään yleiskatsaus, tehdään vertailu uuden komposiittiluotinkestävän keraamisen levyn ja perinteisen luodinkestävän levyn välillä sekä sen ominaisuudet ja eräät nykyisessä tutkimuksessa ja sovelluksessa edelleen esiintyvät ongelmat. analysoitu; aramid-luotinkestävän komposiittimateriaalin luodinkestävä mekanismi suoritetaan. Kuvaa yksityiskohtaisesti ja osoita tärkeimmät ballististen aramidikomposiittimateriaalien suorituskykyyn vaikuttavat tekijät.
01
Uusi keraaminen komposiitti luodinkestävä levy
Keraamisen panssarin tutkimus on tärkeä osa luodinkestävän komposiittimateriaalien kehittämistä ja soveltamista. Keraamisen panssarin ballistinen suojavaikutus on parempi kuin tavallisen panssariteräksen. Tällä hetkellä passiivinen panssari ja reaktiivinen panssari ovat laajimmin tutkittuja ja käytettyjä. Luodinkestävän mekanismin näkökulmasta reaktiivisen panssarin panssarimateriaali tuottaa kineettistä energiaa luodin kiihottamisen jälkeen, ja liike-energia reagoi luotiin, kun taas passiivinen panssari vastustaa luodin iskua omien ominaisuuksiensa kautta. Nykyään Yhdysvallat, Venäjä ja muut maat ovat käyttäneet keramiikkaa ja komposiittimateriaaleja kehittääkseen panssarijärjestelmiä, joilla on parempi painoteho, ja kehittänyt keraamisia paneelipanssareita, joita on käytetty laajalti.
1.1 Luodinkestävä mekanismi
Kun luoti osuu komposiittikeraamiseen luodinkestävään levyyn suurella nopeudella, toimintavoiman ja reaktiovoiman periaatetta käytetään saamaan se sisään luodinkestävään levyyn suurella nopeudella ja sitten pomppaamaan ulos suurella nopeudella vastakkaisella voimalla sisällä muodostaen noin pinnassa pyöreä luodinreikä. Sillä saavutetaan tarkoitus tuhota vain luodinkestävän levyn pinta aiheuttamatta hengenvaarallista vauriota koko komposiittiluodinkestävälle levylle, mikä saavuttaa luodinkestävän.
1.2 Uusien keraamisten komposiittilevyjen suorituskykyparametrit
Keraamisten materiaalien tärkeimmät ominaisuudet on esitetty taulukossa 1.
Keraamisilla materiaaleilla on korkea ominaisjäykkyys, korkea ominaislujuus ja kemiallinen inertti monissa ympäristöissä. Samalla niiden alhainen tiheys, korkea kovuus ja korkea puristuslujuus metalleihin verrattuna tekevät niistä entistä laajemman käytön. Erittäin puhtaalla alumiinilla on suurempi tiheys, pienempi kovuus ja murtolujuus, joten sen elastisuuskestävyys on pienempi; piikarbidikeramiikan rakenteen ansiosta sillä on korkea lujuus, korkea kovuus, kulutuskestävyys, korroosionkestävyys, korkea lämmönjohtavuus ja muut ominaisuudet; Titaanidiboridilla on korkea kimmomoduuli; boorikarbidilla on korkea sulamispiste, erinomaiset kovuus ja mekaaniset ominaisuudet, ja sen tiheys on alhaisin useista yleisesti käytetyistä keraamisista materiaaleista. Lisäksi kimmomoduuli on korkea, mikä tekee siitä ihanteellisen valinnan sotilaspanssariin. ja hyvä materiaalivalikoima avaruusalalla.
Komposiittimateriaalien tärkeimmät ominaisuudet on esitetty taulukossa 2.
Tietyn moduulin lisäksi luodinkestävällä komposiittimateriaalilla on oltava myös hyvä venymä, murtumissitkeys, korkea ominaislujuus ja niiden on kyettävä ylläpitämään hyvää suorituskykyä jännitysnopeuksilla. E-lasilla on korkea vetolujuus, mutta heikko sitkeys, kun taas Kevlar-materiaalilla on alhainen tiheys, korkea lujuus, hyvä sitkeys, korkean lämpötilan kestävyys ja se on helppo käsitellä ja muotoilla. Boorilla on matala tiheys, korkea ominaislujuus ja korkea kimmomoduuli.
1.3 Uusien keraamisten komposiittilevymateriaalien ominaisuudet
Uusilla keraamisilla komposiittipaneeleilla on vertaansa vailla olevia etuja perinteisiin luodinkestäviin paneeleihin verrattuna. Katso taulukosta 3 erityisiä vertailuja.
(1) Kestää useita luotiiskuja.Tämä materiaali kestää useiden luotien jatkuvan iskun samaan pintaan samanaikaisesti ilman, että kokonaisuus rikkoutuu. Se muodostaa pintaan vain suunnilleen pyöreitä luodinreikiä vaikuttamatta materiaalin muiden osien luodinkestävään vaikutukseen.
(2) Sillä on hyvä rakennesuunnittelu.Komposiittikeraamiset levyt voivat tuottaa taivutusmuodonmuutoksia vastaavissa kulmissa ja palata alkuperäiseen muotoonsa muodonmuutoksen jälkeen. Ne voidaan suunnitella erimuotoisiksi keraamisiksi komposiittimateriaaleiksi, kuten tasaisille, kaareville ja kalteville pinnoille.
(3) Voidaan korjata ja käyttää uudelleen.Luodin osuman jälkeen pinnalla olevat pyöreät luodinreiät voidaan täyttää keraamisilla luodinkestävällä kappaleella ja yhdistää luodinkestävällä liimalla alkuperäisen materiaalin suorituskyvyn palauttamiseksi.
(4) Korkea käyttövarmuus.Tämä materiaali käyttää kattavasti korkean suorituskyvyn keraamisten levyjen, UHWMPE-levyjen ja TC4-levyjen ballistisia ominaisuuksia, mikä tekee ballistisesta kestävyydestä paremman kuin yksittäisillä materiaaleilla, ja se voi tehokkaasti estää pistoolien ja niihin liittyvien pienten ja keskikaliiperisten tunkeutuvien pommien eri ominaisuudet.
(5) Teknologialla on korkea kypsyysaste ja vahva suunnittelukyky.Tällä materiaalilla on jo melko kypsä tuotantoprosessi ja se voidaan suunnitella yksilöllisten tarpeiden mukaan todellisten tarpeiden mukaan vastaamaan erilaisia luodinkestäviä tarpeita.
1.4 Ongelmia nykyisissä luodinkestävissä komposiittimateriaaleissa
Koska luodinkestävät komposiittimateriaalit koostuvat useista eri materiaaleista, komposiittimateriaalien epähomogeenisuus, anisotropia, monimutkaiset konstitutiiviset suhteet, monimutkaiset murtumismekanismit ja monimutkaiset lujuuskriteerit ovat komposiittimateriaalien ja niiden rakenteiden päämekaniikka. ominaisuudet, mikä lisää komposiittimateriaalien, niiden rakenteiden ja suojamekanismien analysoinnin, laskennan, testauksen ja suunnittelun monimutkaisuutta ja vaikeutta. Tähän asti luodinkestävissä komposiittimateriaaleissa on edelleen seuraavat ongelmat.
(1) Riittämätön energian absorptio.Luodinkestävän materiaalin imeytymätön energia käytön aikana aiheuttaa menetyksiä henkilökunnalle ja omaisuudelle, ja myös aseiden tuhovoima kasvaa aseiden päivityksen myötä. Siksi tulevan tutkimuksen ja sovellusten tulisi keskittyä materiaalien luodinkestävän suorituskyvyn ja turvallisuuden parantamiseen tässä suhteessa. .
(2) Paino ei ole tarpeeksi kevyt.Luodinkestävän komposiittimateriaalin paino on tärkeä tekijä sen kannalta, voidaanko niitä mainostaa ja käyttää. Siksi luodinkestävän komposiittimateriaalin painoa tulisi vähentää mahdollisimman paljon ja samalla varmistaa hyvä luodinkestävyys.
(3) Vahvistaa ja kiristää ristiriitoja.Varsinkin luodinkestävissä keraamisissa komposiittimateriaaleissa tätä ristiriitaa on usein vaikea voittaa. Tiettyjen karkaisumateriaalien lisääminen ballistisesti kestäviin komposiittimateriaaleihin voi heikentää materiaalin lujuutta. Kuitenkin, jos materiaalin lujuutta lisätään, materiaalin sitkeys voi heikentyä. Siksi tarvitaan monia testejä sopivimman ballistisen materiaalin lujuuden ja sitkeyden löytämiseksi. .
(4) Mitä tulee komposiittimateriaalien yhteensopivuuteen, mukaan lukien fysikaaliset, kemialliset, mekaaniset ja muut materiaalin ominaisuudet, komposiittimateriaalit voivat yhdistää erilaisia ominaisuuksia paremman suojan aikaansaamiseksi.
Lisäksi on myös ongelmia, kuten käyttöliittymä ja hinta, joita ei ole täysin ratkaistu.
02
Aramid luodinkestävä komposiittimateriaali
2.1 Luodinkestävä mekanismi
Kun kuitu luodinkestävä materiaali altistetaan iskuenergialle, se venyy ja muotoutuu. Kuidun absorboima energia tulee sen muodonmuutoksen vaatima työ. Sen vetomuodonmuutoksen ja murtumisen vaatima työ on murtumisenergia, joka tunnetaan myös murtumistyönä. , kuidun murtumisenergia liittyy vetomuodonmuutosmurtumaan osallistuvien kuitujen lukumäärään. Kuitujen antiballistisia ominaisuuksia mittaava parametri on kuidun energian absorptionopeus (murtoenergia kuidun massayksikköä kohti).
Kun kuitujen luodinkestävät materiaalit joutuvat ulkoisen iskun vaikutuksesta, iskun synnyttämä pituussuuntainen jännitys etenee nopeasti kaikkiin suuntiin kuitumateriaalissa muodostaen "iskuaallon" (eli ääniaallon). Äänen nopeus kuitujen luodinkestävissä materiaaleissa vaikuttaa energian välittömään diffuusioon, joka määrää energian imeytymiseen osallistuvien kuitujen määrän ja vaikuttaa siten materiaalin luodinkestävään vaikutukseen. Siksi kuidun äänen nopeus on toinen tärkeä parametri, joka vaikuttaa kuidun ballistiseen suorituskykyyn.
Luodinkestävän materiaalin kuitujen muotoja ovat suorat ja kaarevat. Jos materiaalin kuidun muoto on suora, energia etenee kuidun aksiaalisuunnassa ilman heijastusta, ja energia leviää siten kauas ja nopeasti; jos kuidun muoto on kaareva tai kuitu Jos kuidussa on katkoksia, kuidun taivutuskohdat tai murtumat heijastavat osan energiasta, mikä pienentää hetkellistä diffuusioaluetta, ja myös materiaalin luodinkestävä vaikutus heikkenee . Voidaan nähdä, että kuituisen kaksiulotteisen kaksiulotteisen kankaan luodinkestävä vaikutus on parempi kuin tavallisen kudoksen.
Energian siirtoon liittyy usein saman kerroksen kuitujen välinen tai kerrosten välinen kosketus. Iskuenergian siirron aikana energiaheijastus tapahtuu kaikkien materiaalien rajapinnoissa ja tilanteet ovat monipuolisia ja monimutkaisia. Siksi tehokkain iskuenergian etenemisreitti on diffuusio pitkin kuidun akselia.
2.2 Tärkeimmät aramid-luotikomposiittimateriaalien suorituskykyyn vaikuttavat tekijät
Luodinkestävän komposiittimateriaalin suorituskykyyn vaikuttavat pääasiassa matriisimateriaalin moduuli ja sisältö, kuitumateriaalin ominaisuudet, kuidun kudontamenetelmä ja prosessi.
2.2.1 Matriisihartsimoduulin vaikutus komposiittimateriaalien ballistisiin ominaisuuksiin
Koska matalamoduulimatriisihartsilla on hyvät vaimennusominaisuudet ja se edistää energian absorptiota, matalamoduulimatriisihartsista valmistetuilla laminaatilla on paremmat luodinkestävät vaikutukset kuin korkean moduulin matriisihartsilla.
2.2.2 Matriisihartsipitoisuuden vaikutus komposiittimateriaalien ballistisiin ominaisuuksiin
Matriisihartsipitoisuudella on erittäin tärkeä vaikutus komposiittimateriaalien ballistisiin ominaisuuksiin. Kuitutilavuuspitoisuuden lisääminen komposiittimateriaaleissa parantaa ballistisia ominaisuuksia, mutta jos kuidun tilavuuspitoisuus on liian suuri, ballistiset ominaisuudet heikkenevät. Koska komposiittimateriaalissa oleva matriisihartsi voi siirtää jännitystä rakenneyksikössä, mutta jos kuidun tilavuuspitoisuus on liian korkea, matriisipitoisuus komposiittimateriaalissa on liian pieni, mikä johtaa hartsin ja hartsin välisen sidoskyvyn heikkenemiseen. kuidun ja kuidun välissä, mikä vaikuttaa laminaatin eheyteen, myös komposiittimateriaalin elastisuusominaisuudet heikkenevät. Kuitutilavuuspitoisuus tarkoittaa kankaan kuitutilavuuden prosenttiosuutta kankaan koko tilavuudesta, joka voidaan muuntaa pinta-alan tiheydeksi. Pinta-alan tiheys on tärkeä tekijä luodinkestävän paneelin todellisen käyttökelpoisuuden mittaamisessa. Jos se täyttää suojausvaatimukset, alueen tiheyden tulee olla mahdollisimman pieni suunnittelun ja käytön aikana, jotta kustannuksia ja painoa voidaan vähentää huomattavasti.
2.2.3 Laminaatin alueen tiheyden vaikutus laminaatin ballistiseen suorituskykyyn
Kuituilla on taipumus luistaa, kun ammukset tunkeutuvat laminaatin läpi, ja jotkin kuidut eivät pysty vähentämään ammuksen tunkeutumista. Jos pintatiheys kasvaa, laminaatin absorboitunut energia kasvaa, mikä osoittaa, että sen ballistinen vastus kasvaa pintatiheyden kasvaessa. Kudettoman laminaatin ballistinen suorituskyky on parempi kuin tavallisen kudoksen laminaatin.
2.2.4 Kuitukangasrakenteen vaikutus laminaattien ballistisiin ominaisuuksiin
Kaksiulotteisilla kaksiulotteisilla kankailla on alhaisin työstöaste ja pienin kuidun lujuuden menetys verrattuna satiini- ja pelkistettyihin kankaisiin. Kankaan kuidut asetetaan rinnakkain suoriin linjoihin, joilla on suurin lujuuden säilyvyys. Koska kuitujen välillä ei ole suoria päällekkäiskohtia, kutistumisnopeus on periaatteessa nolla, mikä vähentää tehokkaasti venytysaaltojen heijastusta ja välttää jännityksen keskittymisen paikallisiin pisteisiin ammusten osuessa. Siksi kaksiulotteisen kaksiulotteisen kankaan murtuman absorptioenergia on korkea. Koska kaksiulotteisen kaksiulotteisen kankaan kangasrakenne on löysä, se edistää energian imeytymistä, mikä tekee siitä parhaan luodinkestävän suorituskyvyn.
2.2.5 Kangaskerrosten lukumäärän vaikutus laminaattien ballistisiin ominaisuuksiin
Pienen pintatiheyden omaavilla kankailla on paremmat ballistiset ominaisuudet. Komposiittimateriaalien ballistisen kestävyyden määräävät materiaalissa oleviin kuituihin käytetyt punotut langat, kankaan kudos, kerrosten lukumäärä kussakin kerroksessa ja kuitujen järjestely. Tietyn painon alla mitä ohuempi ja tiukempi punos ja mitä enemmän kerroksia materiaalissa on, sitä paremmat ovat materiaalin ballistiset ominaisuudet. Kun ballistisen materiaalin pintatiheys on vakio, tulee harkita kankaita, joissa on enemmän kerroksia ja pienempi yhden pinnan tiheys. Samanaikaisesti itse kuidun suorituskyvyn parantaminen parantaa myös materiaalin ballistista kestävyyttä.
03
Sovellukset ja kehitystrendit
Kehittyneillä ballistisesti kestävillä komposiittimateriaaleilla on korkea ominaislujuus, ominaismoduuli, muotoilu ja monipuolisuus, ja ne ovat välttämättömiä monissa sotilaallisissa sovelluksissa. Ne ovat perustekijöitä suunnittelussa ja avainteknologioissa henkilökohtaisen suojan ja kehittyneiden aseiden ja aseiden osalta. Siksi organisaatiolle, jos se voi astua tälle tutkimus- ja sovellusalalle ja tulla tietyntyyppisen tuotteen päteväksi toimittajaksi, sillä on suuri strateginen merkitys sekä sosiaalisten että taloudellisten hyötyjen kannalta.
Komposiittimateriaalien suorituskyky on hyvä, koska niissä yhdistyvät lujitemateriaalien ja matriisien edut. Ne ovat myös nopeimmin kasvavia ja lupaavimpia luodinkestäviä materiaaleja. Luodinkestävät materiaalit ovat vähitellen kehittymässä monipuolisiksi ja yhdistetyiksi, ja useita uusia luodinkestäviä materiaaleja, joilla on korkea kovuus ja sitkeys, on syntynyt monimutkaisempien suojausongelmien ratkaisemiseksi. Kevyiden ja tehokkaiden panssarijärjestelmien kehityksen myötä luodinkestävän keramiikan ja kuituvahvistetun luodinkestävän komposiittimateriaalin edut ovat tulleet yhä näkyvämmiksi. Uusilla keraamisilla komposiittipaneeleilla on vertaansa vailla olevia etuja perinteisiin luodinkestäviä paneeleita vastaan, mutta olemassa olevia ongelmia ei voida jättää huomiotta, joten keskitymme luodinkestävissä komposiittimateriaaleissa esiintyvien ongelmien ratkaisemiseksi materiaaliominaisuuksien jatkuva optimointi on tämänhetkinen tutkimuksen painopiste.
