Са применом напредне технологије у војном ратовању, ситуација са губицима људства и имовине постаје све сложенија. Стога треба спровести и дубинско истраживање и примену непробојних материјала. Керамички оклоп и композитни материјали ојачани влакнима су важни правци истраживања и примене. Дат је преглед нове композитне непробојне керамичке плоче и арамидних непробојних композитних материјала, извршено је поређење између нове композитне непробојне керамичке плоче и традиционалне непробојне плоче, а њене карактеристике и неки проблеми који још увек постоје у актуелним истраживањима и примени су дати. анализирано; изведен је непробојни механизам арамидног непробојног композитног материјала. Детаљно описати и указати на главне факторе који утичу на перформансе арамидних балистичких композитних материјала.
01
Нова композитна керамичка непробојна плоча
Истраживање керамичког оклопа је важан део развоја и примене композитних материјала отпорних на метке. Балистички заштитни ефекат керамичког оклопа је бољи од обичног оклопног челика. Тренутно су пасивни и реактивни оклоп највише истражени и примењени. Што се тиче механизма отпорности на метке, материјал оклопа у реактивном оклопу ће генерисати кинетичку енергију након што је побуђен метком, а кинетичка енергија реагује на метак, док се пасивни оклоп одупире удару метка кроз сопствене карактеристике. Данас су Сједињене Државе, Русија и друге земље користиле керамику и композитне материјале за развој оклопних система са бољом ефикасношћу тежине, и развили су оклоп од керамичких плоча, који се широко користи.
1.1 Механизам отпоран на метке
Када метак удари у композитну керамичку непробојну плочу великом брзином, принцип силе дејства и силе реакције се користи да изазове да уђе у непробојну плочу великом брзином, а затим одскочи великом брзином са супротном силом унутра, формирајући приближно кружна рупа од метка на површини. Постиже сврху уништавања само површине непробојне плоче без наношења фаталног оштећења целокупне композитне непробојне плоче, чиме се постиже отпорност на метке.
1.2 Параметри перформанси нових композитних керамичких непробојних плоча
Главне карактеристике керамичких материјала приказане су у табели 1.
Керамички материјали имају високу специфичну крутост, високу специфичну чврстоћу и хемијску инертност у многим окружењима. Истовремено, њихова ниска густина, висока тврдоћа и висока чврстоћа на притисак у поређењу са металима чине их широм употребом. Алуминијум високе чистоће има већу густину, мању тврдоћу и жилавост лома, тако да је његова еластична отпорност нижа; структура силицијум карбидне керамике чини да има високу чврстоћу, високу тврдоћу, отпорност на хабање, отпорност на корозију, високу топлотну проводљивост и друга својства; Титанијум диборид има висок модул еластичности; бор карбид има високу тачку топљења, одличну тврдоћу и механичка својства, а његова густина је најнижа међу неколико најчешће коришћених керамичких материјала. Поред тога, модул еластичности је висок, што га чини идеалним избором за војни оклоп. и добар избор материјала у области свемира.
Главне карактеристике композитних материјала приказане су у табели 2.
Поред одређеног модула, непробојни композитни материјали такође морају имати добро издужење, жилавост лома, високу специфичну чврстоћу и бити у стању да одрже добре перформансе под брзинама напрезања. Е-стакло има високу затезну чврстоћу, али лошу жилавост, док материјал од кевлара има малу густину, високу чврстоћу, добру жилавост, отпорност на високе температуре и лако се обрађује и формира. Бор има карактеристике ниске густине, високе специфичне чврстоће и високог модула еластичности.
1.3 Карактеристике нових композитних керамичких материјала отпорних на метке
Нове композитне керамичке непробојне плоче имају неупоредиве предности у односу на традиционалне непробојне плоче. Видети табелу 3 за конкретна поређења.
(1) Може издржати вишеструке ударе метака.Овај материјал може да издржи континуирани удар више метака на исту површину у исто време, а да се цела не сломи. Формираће само приближно кружне рупе од метака на површини без утицаја на непробојни ефекат других делова материјала.
(2) Има добру структурну способност.Композитне керамичке плоче могу произвести деформацију савијања под одговарајућим угловима и могу се вратити у свој првобитни облик након деформације. Могу се дизајнирати у композитне керамичке непробојне материјале у различитим облицима као што су равне, закривљене и нагнуте површине.
(3) Може се поправити и поново користити.Након што су погођене метком, кружне рупе од метака на површини могу се испунити керамичким непробојним телима и поново комбиновати непробојним лепком да би се повратиле перформансе оригиналног материјала.
(4) Висока поузданост у употреби.Овај материјал на свеобухватан начин користи балистичка својства керамичких плоча високих перформанси, УХВМПЕ плоча и ТЦ4 плоча, чинећи балистичку отпорност бољом од отпорности појединачних материјала, и може ефикасно да блокира различите спецификације пиштоља и сродних пробојних бомби малог и средњег калибра.
(5) Технологија има високу зрелост и снажну могућност пројектовања.Овај материјал већ има прилично зрео производни процес и може се дизајнирати према индивидуалним потребама према стварним потребама како би се задовољиле различите потребе отпорности на метке.
1.4 Проблеми са тренутним композитним материјалима отпорним на метке
Пошто су композитни материјали отпорни на метке састављени од различитих материјала, нехомогеност, анизотропија, сложени конститутивни односи, сложени механизми квара и сложени критеријуми чврстоће композитних материјала су главна механика композитних материјала и њихових структура. карактеристике, чиме се повећава сложеност и тешкоћа анализе, прорачуна, испитивања и пројектовања композитних материјала, њихових структура и заштитних механизама. До сада, композитни материјали отпорни на метке и даље имају следеће проблеме.
(1) Недовољна апсорпција енергије.Неапсорбована енергија непробојних материјала током употребе проузроковаће губитке људству и имовини, а разорна моћ оружја ће се такође повећати са надоградњом наоружања. Стога, будућа истраживања и примена треба да се фокусирају на побољшање перформанси отпорности на метке и безбедности материјала у овом аспекту. .
(2) Тежина није довољно мала.Тежина композитних материјала отпорних на метке је важан фактор у томе да ли се они могу промовисати и користити. Због тога, тежину композитних материјала отпорних на метке треба смањити што је више могуће уз обезбеђивање добре отпорности на метке.
(3) Јачање и пооштравање контрадикторности.Посебно за керамичке композитне материјале отпорне на метке, ову контрадикцију је често тешко превазићи. Додавање одређених материјала за очвршћавање композитним материјалима отпорним на бализам може смањити чврстоћу материјала. Међутим, ако се повећа чврстоћа материјала, жилавост материјала може бити смањена. Због тога су потребна многа испитивања да би се пронашла најприкладнија чврстоћа и жилавост материјала отпорног на бализам. .
(4) Што се тиче компатибилности композитних материјала, укључујући физичке, хемијске, механичке и друге карактеристике материјала, композитни материјали могу интегрисати различите карактеристике како би пружили бољу заштиту.
Поред тога, постоје и проблеми као што су интерфејс и цена, који нису у потпуности решени.
02
Арамидни композитни материјал отпоран на метке
2.1 Механизам отпоран на метке
Када је влакнасти материјал отпоран на метке подвргнут енергији удара, растеже се и деформише. Енергија коју апсорбује влакно постаће рад потребан за његову деформацију. Рад потребан за његову затезну деформацију и лом је енергија лома, позната и као рад лома. , енергија лома влакна повезана је са бројем влакана која учествују у лому затезне деформације. Параметар који мери антибалистичка својства влакана је брзина апсорпције енергије влакана (енергија лома по јединици масе влакна).
Када су материјали отпорни на метке од влакана погођени спољним ударом, уздужни напон изазван ударом ће се брзо ширити у свим правцима у материјалу од влакана, формирајући „ударни талас“ (тј. звучни талас). Брзина звука у материјалима отпорним на метке од влакана ће утицати на тренутну дифузију енергије, која одређује количину влакана укључених у апсорпцију енергије, чиме утиче на непробојни ефекат материјала. Стога је брзина звука у влакну још један важан параметар који утиче на балистичке перформансе влакна.
Облици влакана у материјалима отпорним на метке укључују равне и закривљене. Ако је облик влакна материјала раван, енергија ће се ширити дуж аксијалног правца влакна без рефлексије, и енергија ће се стога ширити далеко и брзо; ако је облик влакна закривљен, или влакно Ако има ломова у влакну, тачке савијања или ломови у влакну ће одражавати део енергије, смањујући тренутни опсег дифузије, а ефекат отпорности материјала на метке ће такође бити смањен . Може се видети да ће ефекат отпорности на метке дводимензионалне дводимензионалне тканине од влакана бити бољи од платна од обичног ткања.
Пренос енергије често је праћен контактом између влакана унутар истог слоја или између слојева. Током преноса енергије удара долази до одраза енергије унутар интерфејса свих материјала, а ситуације су различите и сложене. Стога је најефикаснији пут ширења енергије удара дифузија дуж осе влакна.
2.2 Главни фактори који утичу на перформансе арамидних композитних материјала отпорних на метке
На перформансе композитних материјала отпорних на метке углавном утичу модул и садржај матричног материјала, својства влакнастог материјала, начин ткања и процес влакана.
2.2.1 Утицај модула матричне смоле на балистичка својства композитних материјала
Пошто матрична смола ниског модула има добра својства пригушења и погодује апсорпцији енергије, ламинати направљени од матричне смоле ниског модула имају боље ефекте отпорности на метке од матричне смоле високог модула.
2.2.2 Утицај садржаја матричне смоле на балистичка својства композитних материјала
Садржај матричне смоле има веома важан утицај на балистичка својства композитних материјала. Повећање садржаја запремине влакана у композитним материјалима ће побољшати балистичка својства, али ако је садржај запремине влакана превисок, балистичка својства ће се смањити. Пошто матрична смола у композитном материјалу може пренети напон у структурној јединици, али ако је садржај запремине влакана превисок, садржај матрице у композитном материјалу ће бити премали, што ће резултирати смањењем перформанси везивања између смоле и влакна и између влакна и влакна, утичући на интегритет ламината, еластична својства композитног материјала ће се такође смањити. Садржај запремине влакана се односи на проценат запремине влакана у тканини у односу на целокупну запремину тканине, која се може претворити у густину површине. Густина површине је важан фактор у мерењу стварне применљивости непробојних панела. Ако може да испуни захтеве заштите, густина површине треба да буде што мања током пројектовања и примене, тако да се цена и тежина могу знатно смањити.
2.2.3 Утицај густине површине ламината на балистичке перформансе ламината
Постојаће тенденција да влакна клизе када пројектили продру у ламинат, а нека влакна неће моћи да смање продор пројектила. Ако се површинска густина повећа, апсорбована енергија ламината ће се повећати, што указује да се његов балистички отпор повећава са повећањем површинске густине. Балистичке перформансе ламината без потке су боље него код ламината од обичног ткања.
2.2.4 Утицај структуре влакнасте тканине на балистичка својства ламината
У поређењу са сатенским и плафонским тканинама, дводимензионалне дводимензионалне тканине имају најнижи степен обраде и најмањи губитак чврстоће влакана. Влакна тканине ће бити распоређена паралелно у равним линијама, са највећом вредношћу задржавања чврстоће. Пошто не постоје тачке директног преклапања између влакана, стопа скупљања је у основи нула, што ефективно смањује рефлексију таласа деформације и избегава концентрацију напрезања у локалним тачкама када пројектили ударе. Због тога је енергија апсорпције руптуре дводимензионалне дводимензионалне тканине висока. Пошто је структура тканине дводимензионалне дводимензионалне тканине лабава, погодује апсорпцији енергије, што је чини најбољом отпорношћу на метке.
2.2.5 Утицај броја слојева тканине на балистичка својства ламината
Тканине мале површинске густине имају боља балистичка својства. Балистичка отпорност композитних материјала одређена је плетеним нитима које се користе за влакна у материјалу, ткањем тканине, бројем слојева у сваком слоју и распоредом влакана. Под датом тежином, што је плетеница тања и чвршћа и што више слојева има материјал, то ће бити боља балистичка својства материјала. Када је површинска густина балистичког материјала константна, треба узети у обзир тканине са више слојева и мањом густином једне површине. Истовремено, побољшање перформанси самог влакна ће такође побољшати балистичку отпорност материјала.
03
Апликације и трендови развоја
Напредни композитни материјали отпорни на бализам имају високу специфичну чврстоћу, специфичан модул, дизајн и свестраност и незаменљиви су у многим војним применама. Они су основни фактори дизајна и кључне технологије за личну заштиту и напредно оружје и наоружање. Дакле, за организацију, ако може да уђе у ову област истраживања и примене и постане квалификовани добављач одређене врсте производа, то ће бити од великог стратешког значаја како у погледу друштвених тако и економских користи.
Композитни материјали имају добре перформансе јер комбинују одговарајуће предности материјала за ојачање и матрице. Они су такође најбрже растући и најперспективнији материјали отпорни на метке. Непробојни материјали постепено се развијају у диверсификацију и мешање, а појавили су се и различити нови непробојни материјали високе тврдоће и високе жилавости који се баве сложенијим проблемима заштите. Са развојем лаких и ефикасних оклопних система, предности непробојне керамике и композитних материјала ојачаних влакнима су постале све истакнутије. Нове композитне керамичке непробојне плоче имају неупоредиве предности са традиционалним непробојним плочама, али се постојећи проблеми не могу занемарити, па се фокусирамо на У циљу решавања проблема који постоје у непробојним композитним материјалима, континуирана оптимизација својстава материјала је тренутни фокус истраживања.
