Dengan penerapan teknologi canggih dalam peperangan ketenteraan, situasi kehilangan kakitangan dan harta benda menjadi semakin kompleks. Oleh itu, kajian mendalam dan aplikasi bahan kalis peluru juga perlu dijalankan. Perisai seramik dan bahan komposit bertetulang gentian adalah arahan penyelidikan dan penggunaan yang penting. Gambaran keseluruhan plat seramik kalis peluru komposit baharu dan bahan komposit kalis peluru aramid diberikan, perbandingan antara plat seramik kalis peluru komposit baharu dan plat kalis peluru tradisional dijalankan, dan ciri-cirinya serta beberapa masalah yang masih wujud dalam penyelidikan dan aplikasi semasa adalah dianalisis; mekanisme kalis peluru bahan komposit kalis peluru aramid dijalankan. Terangkan secara terperinci dan nyatakan faktor utama yang mempengaruhi prestasi bahan komposit balistik aramid.
01
Plat kalis peluru seramik komposit baharu
Penyelidikan mengenai perisai seramik adalah bahagian penting dalam pembangunan dan penggunaan bahan komposit kalis peluru. Kesan perlindungan balistik perisai seramik adalah lebih baik daripada keluli perisai biasa. Pada masa ini, perisai pasif dan perisai reaktif adalah yang paling banyak dikaji dan digunakan. Dari segi mekanisme kalis peluru, bahan perisai dalam perisai reaktif akan menjana tenaga kinetik selepas teruja oleh peluru, dan tenaga kinetik bertindak balas pada peluru, manakala perisai pasif menahan kesan peluru melalui ciri-cirinya sendiri. Hari ini, Amerika Syarikat, Rusia dan negara lain telah menggunakan seramik dan bahan komposit untuk membangunkan sistem perisai dengan kecekapan berat yang lebih baik, dan membangunkan perisai panel seramik, yang telah digunakan secara meluas.
1.1 Mekanisme kalis peluru
Apabila peluru mengenai plat kalis peluru seramik komposit pada kelajuan tinggi, prinsip daya tindakan dan daya tindak balas digunakan untuk menyebabkan ia memasuki plat kalis peluru pada kelajuan tinggi dan kemudian melantun keluar pada kelajuan tinggi dengan daya bertentangan di dalam, membentuk kira-kira lubang peluru bulat di permukaan. Ia mencapai tujuan untuk memusnahkan hanya permukaan plat kalis peluru tanpa menyebabkan kerosakan maut pada keseluruhan plat kalis peluru komposit, dengan itu mencapai kalis peluru.
1.2 Parameter prestasi plat kalis peluru seramik komposit baharu
Ciri-ciri utama bahan seramik ditunjukkan dalam Jadual 1.
Bahan seramik mempunyai kekakuan spesifik yang tinggi, kekuatan khusus yang tinggi dan lengai kimia dalam banyak persekitaran. Pada masa yang sama, ketumpatannya yang rendah, kekerasan yang tinggi dan kekuatan mampatan yang tinggi berbanding dengan logam menjadikannya lebih banyak digunakan. Aluminium ketulenan tinggi mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi, kekerasan yang lebih rendah dan keliatan patah, jadi rintangan elastiknya lebih rendah; struktur seramik silikon karbida menjadikannya mempunyai kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, rintangan haus, rintangan kakisan, kekonduksian terma yang tinggi dan sifat-sifat lain; Titanium diboride mempunyai modulus elastik yang tinggi; boron karbida mempunyai takat lebur yang tinggi, kekerasan yang sangat baik dan sifat mekanikal, dan ketumpatannya adalah yang paling rendah antara beberapa bahan seramik yang biasa digunakan. Di samping itu, modulus elastik adalah tinggi, menjadikannya pilihan ideal untuk perisai tentera. dan pilihan bahan yang baik dalam bidang angkasa.
Ciri-ciri utama bahan komposit ditunjukkan dalam Jadual 2.
Selain mempunyai modulus tertentu, bahan komposit kalis peluru juga mesti mempunyai pemanjangan yang baik, keliatan patah, kekuatan spesifik yang tinggi dan dapat mengekalkan prestasi yang baik di bawah kadar terikan. E-glass mempunyai kekuatan tegangan yang tinggi tetapi keliatan yang lemah, manakala bahan Kevlar mempunyai ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, keliatan yang baik, rintangan suhu tinggi, dan mudah diproses dan dibentuk. Boron mempunyai ciri-ciri ketumpatan rendah, kekuatan spesifik tinggi dan modulus anjal yang tinggi.
1.3 Ciri-ciri bahan plat kalis peluru seramik komposit baharu
Panel kalis peluru seramik komposit baharu mempunyai kelebihan yang tiada tandingan berbanding panel kalis peluru tradisional. Lihat Jadual 3 untuk perbandingan khusus.
(1) Boleh menahan pelbagai serangan peluru.Bahan ini boleh menahan kesan berterusan berbilang peluru pada permukaan yang sama pada masa yang sama tanpa keseluruhannya patah. Ia hanya akan membentuk lebih kurang lubang peluru bulat pada permukaan tanpa menjejaskan kesan kalis peluru bahagian lain bahan.
(2) Ia mempunyai kebolehreka bentuk struktur yang baik.Plat seramik komposit boleh menghasilkan ubah bentuk lenturan pada sudut yang sepadan, dan boleh kembali kepada bentuk asalnya selepas ubah bentuk. Ia boleh direka bentuk menjadi bahan kalis peluru seramik komposit dalam pelbagai bentuk seperti permukaan rata, melengkung dan condong.
(3) Boleh dibaiki dan digunakan semula.Selepas terkena peluru, lubang peluru bulat di permukaan boleh diisi dengan badan kalis peluru seramik dan digabungkan semula dengan gam kalis peluru untuk mendapatkan semula prestasi bahan asal.
(4) Kebolehpercayaan yang tinggi dalam penggunaan.Bahan ini secara menyeluruh menggunakan sifat balistik plat seramik berprestasi tinggi, plat UHWMPE dan plat TC4, menjadikan rintangan balistik lebih baik daripada bahan tunggal, dan boleh menyekat pelbagai spesifikasi pistol dan bom penembus berkaliber kecil dan sederhana yang berkaitan dengan berkesan.
(5) Teknologi ini mempunyai kematangan yang tinggi dan kebolehreka bentuk yang kukuh.Bahan ini sudah mempunyai proses pengeluaran yang agak matang dan boleh direka mengikut keperluan individu mengikut keperluan sebenar bagi memenuhi keperluan kalis peluru yang berbeza.
1.4 Masalah dengan bahan komposit kalis peluru semasa
Oleh kerana bahan komposit kalis peluru terdiri daripada pelbagai bahan, ketakhomogenan, anisotropi, hubungan konstitutif kompleks, mekanisme kegagalan kompleks, dan kriteria kekuatan kompleks bahan komposit adalah mekanik utama bahan komposit dan strukturnya. ciri, dengan itu meningkatkan kerumitan dan kesukaran analisis, pengiraan, ujian dan reka bentuk bahan komposit, struktur dan mekanisme perlindungannya. Sehingga kini, bahan komposit kalis peluru masih mempunyai masalah berikut.
(1) Penyerapan tenaga yang tidak mencukupi.Tenaga yang tidak diserap bahan kalis peluru semasa digunakan akan menyebabkan kerugian kepada kakitangan dan harta benda, dan kuasa pemusnah senjata juga akan meningkat dengan peningkatan senjata. Oleh itu, penyelidikan dan aplikasi masa depan harus menumpukan pada peningkatan prestasi kalis peluru dan keselamatan bahan dalam aspek ini. .
(2) Beratnya tidak cukup ringan.Berat bahan komposit kalis peluru merupakan faktor penting sama ada ia boleh dipromosikan dan digunakan. Oleh itu, berat bahan komposit kalis peluru hendaklah dikurangkan sebanyak mungkin sambil memastikan rintangan kalis peluru yang baik.
(3) Mengukuhkan dan mengeraskan percanggahan.Terutamanya untuk bahan komposit seramik kalis peluru, percanggahan ini selalunya sukar untuk diatasi. Menambah bahan pengeras tertentu pada bahan komposit kalis balistik boleh mengurangkan kekuatan bahan. Walau bagaimanapun, jika kekuatan bahan meningkat, keliatan bahan mungkin berkurangan. Oleh itu, banyak ujian diperlukan untuk mencari kekuatan dan keliatan bahan kalis balistik yang paling sesuai. .
(4) Mengenai keserasian bahan komposit, termasuk ciri fizikal, kimia, mekanikal dan bahan lain, bahan komposit boleh mengintegrasikan pelbagai ciri untuk memberikan perlindungan yang lebih baik.
Di samping itu, terdapat juga isu seperti antara muka dan harga, yang belum diselesaikan sepenuhnya.
02
Bahan komposit kalis peluru Aramid
2.1 Mekanisme kalis peluru
Apabila bahan kalis peluru gentian dikenakan tenaga hentaman, ia akan meregang dan berubah bentuk. Tenaga yang diserap oleh gentian akan menjadi kerja yang diperlukan untuk ubah bentuknya. Kerja yang diperlukan untuk ubah bentuk tegangan dan patahnya ialah tenaga patah, juga dikenali sebagai kerja patah. , tenaga patah gentian berkaitan dengan bilangan gentian yang mengambil bahagian dalam patah ubah bentuk tegangan. Parameter yang mengukur sifat anti-balistik gentian ialah kadar penyerapan tenaga gentian (tenaga pecah per unit jisim gentian).
Apabila bahan kalis peluru gentian dipengaruhi oleh hentaman luaran, tegasan membujur yang dijana oleh hentaman akan merambat dengan pantas ke semua arah dalam bahan gentian, membentuk "gelombang kejutan" (iaitu, gelombang bunyi). Kelajuan bunyi dalam bahan kalis peluru gentian akan menjejaskan resapan tenaga serta-merta, yang menentukan jumlah gentian yang terlibat dalam penyerapan tenaga, sekali gus menjejaskan kesan kalis peluru bahan tersebut. Oleh itu, kelajuan bunyi dalam gentian adalah satu lagi parameter penting yang mempengaruhi prestasi balistik gentian.
Bentuk gentian dalam bahan kalis peluru termasuk lurus dan melengkung. Jika bentuk gentian bahan itu lurus, tenaga akan merambat sepanjang arah paksi gentian tanpa pantulan, dan oleh itu tenaga akan merebak jauh dan cepat; jika bentuk gentian melengkung, atau gentian Jika terdapat pecah pada gentian, titik lentur atau pecah pada gentian akan mencerminkan sebahagian daripada tenaga, mengurangkan julat resapan serta-merta, dan kesan kalis peluru bahan juga akan berkurangan . Ia boleh dilihat bahawa kesan kalis peluru serat dua dimensi kain dua dimensi akan lebih baik daripada kain tenunan biasa.
Pemindahan tenaga selalunya disertai dengan sentuhan antara gentian dalam lapisan yang sama atau antara lapisan. Semasa penghantaran tenaga hentaman, pantulan tenaga berlaku dalam antara muka semua bahan, dan situasinya adalah pelbagai dan kompleks. Oleh itu, laluan penyebaran tenaga hentaman yang paling berkesan ialah resapan di sepanjang paksi gentian.
2.2 Faktor utama yang mempengaruhi prestasi bahan komposit kalis peluru aramid
Prestasi bahan komposit kalis peluru dipengaruhi terutamanya oleh modulus dan kandungan bahan matriks, sifat bahan gentian, kaedah tenunan dan proses gentian.
2.2.1 Kesan modulus resin matriks ke atas sifat balistik bahan komposit
Oleh kerana resin matriks modulus rendah mempunyai sifat redaman yang baik dan kondusif untuk penyerapan tenaga, lamina yang diperbuat daripada resin matriks modulus rendah mempunyai kesan kalis peluru yang lebih baik daripada resin matriks modulus tinggi.
2.2.2 Kesan kandungan resin matriks terhadap sifat balistik bahan komposit
Kandungan resin matriks mempunyai kesan yang sangat penting terhadap sifat balistik bahan komposit. Meningkatkan kandungan isipadu gentian dalam bahan komposit akan meningkatkan sifat balistik, tetapi jika kandungan isipadu gentian terlalu tinggi, sifat balistik akan berkurangan. Kerana resin matriks dalam bahan komposit boleh menghantar tegasan dalam unit struktur, tetapi jika kandungan isipadu gentian terlalu tinggi, kandungan matriks dalam bahan komposit akan menjadi terlalu kecil, mengakibatkan pengurangan prestasi ikatan antara resin dan gentian dan antara gentian dan gentian, dengan itu Menjejaskan integriti lamina, sifat keanjalan bahan komposit juga akan berkurangan. Kandungan isipadu gentian merujuk kepada peratusan isipadu gentian dalam fabrik kepada keseluruhan isipadu fabrik, yang boleh ditukar kepada ketumpatan kawasan. Ketumpatan kawasan adalah faktor penting dalam mengukur kebolehgunaan sebenar panel kalis peluru. Sekiranya ia dapat memenuhi keperluan perlindungan, ketumpatan kawasan hendaklah sekecil mungkin semasa reka bentuk dan aplikasi, supaya kos dan berat dapat dikurangkan dengan banyak.
2.2.3 Kesan ketumpatan kawasan lamina ke atas prestasi balistik lamina
Terdapat kecenderungan gentian tergelincir apabila peluru menembusi lamina, dan sesetengah gentian tidak akan dapat mengurangkan penembusan peluru. Jika ketumpatan kawasan meningkat, tenaga yang diserap lamina akan meningkat, menunjukkan bahawa rintangan balistiknya meningkat dengan peningkatan ketumpatan kawasan. Prestasi balistik laminat bebas pakan adalah lebih baik daripada lamina anyaman biasa.
2.2.4 Kesan struktur fabrik gentian ke atas sifat balistik lamina
Berbanding dengan fabrik satin dan tenunan biasa, fabrik dua dimensi dua dimensi mempunyai tahap pemprosesan yang paling rendah dan kehilangan kekuatan gentian yang paling kecil. Gentian fabrik akan disusun selari dalam garis lurus, dengan nilai pengekalan kekuatan terbesar. Memandangkan tiada titik pertindihan langsung antara gentian, kadar pengecutan pada asasnya adalah sifar, yang secara berkesan mengurangkan pantulan gelombang terikan dan mengelakkan kepekatan tegasan pada titik tempatan apabila peluru memberi kesan. Oleh itu, tenaga penyerapan pecah kain dua dimensi dua dimensi adalah tinggi. Kerana struktur fabrik fabrik dua dimensi dua dimensi adalah longgar, ia kondusif untuk penyerapan tenaga, menjadikannya prestasi kalis peluru terbaik.
2.2.5 Kesan bilangan lapisan fabrik terhadap sifat balistik lamina
Fabrik ketumpatan permukaan rendah mempunyai sifat balistik yang lebih baik. Rintangan balistik bahan komposit ditentukan oleh benang jalinan yang digunakan untuk gentian dalam bahan, tenunan fabrik, bilangan lapisan dalam setiap lapisan, dan susunan gentian. Di bawah berat tertentu, lebih nipis dan ketat jalinan dan lebih banyak lapisan bahan, lebih baik sifat balistik bahan itu. Apabila ketumpatan permukaan bahan balistik adalah malar, fabrik dengan lebih banyak lapisan dan ketumpatan satu permukaan yang lebih kecil harus dipertimbangkan. Pada masa yang sama, meningkatkan prestasi gentian itu sendiri juga akan meningkatkan rintangan balistik bahan.
03
Aplikasi dan Trend Pembangunan
Bahan komposit tahan balistik termaju mempunyai kekuatan khusus yang tinggi, modulus khusus, reka bentuk dan serba boleh, dan sangat diperlukan dalam banyak aplikasi ketenteraan. Ia adalah faktor asas dalam reka bentuk dan teknologi utama untuk perlindungan peribadi dan senjata dan persenjataan canggih. Oleh itu, bagi sesebuah organisasi, jika ia boleh memasuki bidang penyelidikan dan aplikasi ini dan menjadi pembekal yang layak bagi jenis produk tertentu, ia akan menjadi kepentingan strategik yang besar dari segi manfaat sosial dan ekonomi.
Bahan komposit mempunyai prestasi yang baik kerana ia menggabungkan kelebihan masing-masing bahan tetulang dan matriks. Ia juga merupakan bahan kalis peluru yang paling pesat berkembang dan paling menjanjikan. Bahan kalis peluru secara beransur-ansur berkembang menjadi kepelbagaian dan pengkompaunan, dan pelbagai bahan kalis peluru baharu dengan kekerasan tinggi dan keliatan tinggi telah muncul untuk menangani masalah perlindungan yang lebih kompleks. Dengan pembangunan sistem perisai yang ringan dan cekap, kelebihan seramik kalis peluru dan bahan komposit kalis peluru bertetulang gentian telah menjadi semakin menonjol. Panel kalis peluru seramik komposit baharu mempunyai kelebihan yang tiada tandingan dengan panel kalis peluru tradisional, tetapi masalah sedia ada tidak boleh diabaikan, jadi kami memberi tumpuan kepada Untuk menyelesaikan masalah yang wujud dalam bahan komposit kalis peluru, pengoptimuman berterusan sifat bahan adalah tumpuan penyelidikan semasa.
