Із застосуванням передових технологій у військовій боротьбі ситуація з втратами особового складу та майна стає дедалі складнішою. Тому також слід проводити глибокі дослідження та застосування куленепробивних матеріалів. Керамічна броня та армовані волокнами композитні матеріали є важливими напрямками досліджень і застосування. Наведено огляд нової композитної куленепробивної керамічної пластини та арамідних куленепробивних композитних матеріалів, проведено порівняння між новою композитною куленепробивною керамічною пластиною та традиційною куленепробивною пластиною, а також її характеристики та деякі проблеми, які все ще існують у поточних дослідженнях та застосуванні. проаналізовано; виконано куленепробивний механізм з арамідного куленепробивного композитного матеріалу. Детально описати та вказати основні фактори, що впливають на характеристики арамідних балістичних композиційних матеріалів.
01
Нова композитна керамічна куленепробивна пластина
Дослідження керамічної броні є важливою частиною розробки та застосування куленепробивних композитних матеріалів. Ефект балістичного захисту керамічної броні перевершує ефективність звичайної броньованої сталі. В даний час пасивна броня і реактивна броня є найбільш широко дослідженими і застосовуваними. З точки зору куленепробивного механізму, броньовий матеріал у реактивній броні генеруватиме кінетичну енергію після збудження кулею, і кінетична енергія реагує на кулю, тоді як пасивна броня протистоїть удару кулі через свої власні характеристики. Сьогодні Сполучені Штати, Росія та інші країни використовували кераміку та композитні матеріали для розробки систем броні з кращою ваговою ефективністю, а також розробили броню з керамічних панелей, яка широко використовується.
1.1 Куленепробивний механізм
Коли куля влучає в композитну керамічну куленепробивну пластину на високій швидкості, використовується принцип сили дії та сили протидії, щоб змусити її ввійти в куленепробивну пластину на високій швидкості, а потім відскочити на високій швидкості з протилежною силою всередині, утворюючи приблизно круглий кульовий отвір на поверхні. Це досягає мети руйнування лише поверхні куленепробивної пластини без смертельного пошкодження загальної композитної куленепробивної пластини, таким чином досягаючи куленепробивності.
1.2 Експлуатаційні параметри нових композиційних керамічних куленепробивних пластин
Основні характеристики керамічних матеріалів наведені в таблиці 1.
Керамічні матеріали мають високу питому жорсткість, високу питому міцність і хімічну інертність у багатьох середовищах. У той же час їхня низька щільність, висока твердість і висока міцність на стиск порівняно з металами роблять їх більш широкими для використання. Алюміній високої чистоти має вищу щільність, нижчу твердість і в'язкість до руйнування, тому його пружний опір нижчий; структура кераміки з карбіду кремнію забезпечує високу міцність, високу твердість, зносостійкість, стійкість до корозії, високу теплопровідність та інші властивості; Диборид титану має високий модуль пружності; Карбід бору має високу температуру плавлення, чудову твердість і механічні властивості, а його щільність є найнижчою серед кількох широко використовуваних керамічних матеріалів. Крім того, високий модуль пружності робить його ідеальним вибором для військової броні. і хороший вибір матеріалів у космічному полі.
Основні характеристики композиційних матеріалів наведені в табл. 2.
На додаток до певного модуля, куленепробивні композитні матеріали також повинні мати гарне подовження, в’язкість до руйнування, високу питому міцність і бути здатними підтримувати хороші характеристики за швидкості деформації. Електронне скло має високу міцність на розрив, але низьку в’язкість, тоді як кевларовий матеріал має низьку щільність, високу міцність, хорошу в’язкість, стійкість до високих температур, його легко обробляти та формувати. Бор має характеристики низької щільності, високої питомої міцності та високого модуля пружності.
1.3 Характеристика нових композиційних керамічних куленепробивних пластинчастих матеріалів
Нові композитні керамічні куленепробивні панелі мають незрівнянні переваги перед традиційними куленепробивними панелями. Див. Таблицю 3 для конкретних порівнянь.
(1) Витримує кілька кульових ударів.Цей матеріал може витримувати безперервний удар кількох куль по одній і тій самій поверхні одночасно, не пошкоджуючи весь матеріал. Він утворює лише приблизно круглі отвори від куль на поверхні, не впливаючи на куленепробивний ефект інших частин матеріалу.
(2) Він має хорошу структурну можливість проектування.Композитні керамічні пластини можуть виробляти деформацію вигину під відповідними кутами, і можуть повертатися до своєї початкової форми після деформації. Вони можуть бути розроблені в композитних керамічних куленепробивних матеріалах різної форми, таких як плоскі, вигнуті та похилі поверхні.
(3) Можна відремонтувати та використовувати повторно.Після попадання кулі круглі кульові отвори на поверхні можна заповнити керамічними куленепробивними корпусами та повторно поєднати з куленепробивним клеєм, щоб відновити ефективність оригінального матеріалу.
(4) Висока надійність у використанні.Цей матеріал комплексно використовує балістичні властивості високоефективних керамічних пластин, пластин UHWMPE і пластин TC4, що робить балістичну стійкість кращою, ніж у окремих матеріалів, і може ефективно блокувати різні специфікації пістолетів і відповідних проникаючих бомб малого та середнього калібру.
(5) Технологія має високу зрілість і сильну можливість проектування.Цей матеріал уже має досить зрілий виробничий процес і може бути розроблений відповідно до індивідуальних потреб відповідно до фактичних потреб для задоволення різних куленепробивних потреб.
1.4 Проблеми сучасних куленепробивних композитних матеріалів
Оскільки куленепробивні композитні матеріали складаються з різноманітних матеріалів, неоднорідність, анізотропія, складні структурні зв’язки, складні механізми руйнування та комплексні критерії міцності композитних матеріалів є основними механізмами композитних матеріалів та їх структур. характеристики, тим самим збільшуючи складність і трудність аналізу, розрахунків, випробувань і проектування композитних матеріалів, їх структур і механізмів захисту. Досі куленепробивні композитні матеріали все ще мають такі проблеми.
(1) Недостатнє поглинання енергії.Непоглинена енергія куленепробивних матеріалів під час використання призведе до втрат особового складу та майна, а руйнівна сила зброї також буде зростати з модернізацією зброї. Тому майбутні дослідження та застосування повинні бути зосереджені на покращенні куленепробивних характеристик і безпеки матеріалів у цьому аспекті. .
(2) Вага недостатньо легка.Вага куленепробивних композитних матеріалів є важливим фактором у тому, чи можна їх рекламувати та використовувати. Тому вага куленепробивних композитних матеріалів повинна бути максимально зменшена, забезпечуючи при цьому хорошу куленепробивність.
(3) Посилення та загострення протиріч.Особливо для куленепробивних керамічних композитних матеріалів це протиріччя часто важко подолати. Додавання певних посилюючих матеріалів до балістичностійких композитних матеріалів може знизити міцність матеріалу. Однак якщо збільшити міцність матеріалу, в’язкість матеріалу може зменшитися. Тому потрібно багато випробувань, щоб знайти найбільш відповідну міцність і в'язкість балістичного матеріалу. .
(4) Що стосується сумісності композитних матеріалів, включаючи фізичні, хімічні, механічні та інші характеристики матеріалу, композитні матеріали можуть інтегрувати різні характеристики для забезпечення кращого захисту.
Крім того, є також такі питання, як інтерфейс і ціна, які не були повністю вирішені.
02
Арамідний куленепробивний композитний матеріал
2.1 Куленепробивний механізм
Коли волокнистий куленепробивний матеріал піддається впливу енергії удару, він розтягується та деформується. Поглинена волокном енергія стане роботою, необхідною для його деформації. Робота, необхідна для його деформації розтягування та руйнування, є енергією руйнування, також відомою як робота руйнування. , енергія руйнування волокна пов'язана з кількістю волокон, які беруть участь у руйнуванні деформації розтягу. Параметром, який вимірює антибалістичні властивості волокон, є швидкість поглинання енергії волокном (енергія розриву на одиницю маси волокна).
Коли волокнисті куленепробивні матеріали зазнають зовнішнього впливу, поздовжня напруга, створена ударом, швидко поширюватиметься в усіх напрямках волокнистого матеріалу, утворюючи «ударну хвилю» (тобто звукову хвилю). Швидкість звуку у волокнистих куленепробивних матеріалах впливатиме на миттєве розповсюдження енергії, що визначає кількість волокон, які беруть участь у поглинанні енергії, тим самим впливаючи на куленепробивний ефект матеріалу. Тому швидкість звуку у волокні є ще одним важливим параметром, який впливає на балістичні характеристики волокна.
Форми волокон у куленепробивних матеріалах включають прямі та вигнуті. Якщо форма волокна матеріалу пряма, енергія поширюватиметься вздовж осьового напрямку волокна без відбиття, і тому енергія поширюватиметься далеко та швидко; якщо форма волокна викривлена, або волокно. Якщо у волокні є розриви, точки згину або розриви у волокні будуть відображати частину енергії, зменшуючи миттєвий діапазон дифузії, а куленепробивний ефект матеріалу також буде зменшено. . Можна побачити, що куленепробивний ефект волокнистої двовимірної двовимірної тканини буде кращим, ніж у полотняної тканини.
Передача енергії часто супроводжується контактом між волокнами в межах одного шару або між шарами. Під час передачі енергії удару відображення енергії відбувається в межах розділу всіх матеріалів, і ситуації різноманітні та складні. Тому найбільш ефективним шляхом поширення енергії удару є дифузія вздовж осі волокна.
2.2 Основні фактори, що впливають на характеристики арамідних куленепробивних композиційних матеріалів
На характеристики куленепробивних композитних матеріалів головним чином впливають модуль і вміст матричного матеріалу, властивості волокнистого матеріалу, метод плетіння та процес волокна.
2.2.1 Вплив модуля пружності матриці на балістичні властивості композиційних матеріалів
Оскільки низькомодульна матрична смола має хороші амортизаційні властивості та сприяє поглинанню енергії, ламінати, виготовлені з низькомодульної матричної смоли, мають кращий куленепробивний ефект, ніж високомодульна матрична смола.
2.2.2 Вплив вмісту смоли матриці на балістичні властивості композиційних матеріалів
Вміст смоли в матриці має дуже важливий вплив на балістичні властивості композитних матеріалів. Збільшення об’ємного вмісту волокон у композиційних матеріалах покращить балістичні властивості, але якщо об’ємний вміст волокон занадто високий, балістичні властивості погіршаться. Оскільки матрична смола в композитному матеріалі може передавати напругу в конструкційну одиницю, але якщо об’ємний вміст волокон занадто великий, вміст матриці в композитному матеріалі буде занадто малим, що призведе до зниження ефективності зв’язку між смолою та волокном і між волокном і волокном, таким чином впливаючи на цілісність ламінату, еластичні властивості композитного матеріалу також зменшаться. Об’ємний вміст волокна означає відсоток об’єму волокна в тканині до всього об’єму тканини, який можна перетворити на щільність площі. Щільність площі є важливим фактором у вимірюванні фактичної придатності куленепробивних панелей. Якщо він відповідає вимогам захисту, щільність площі повинна бути якомога меншою під час проектування та застосування, щоб вартість і вага могли бути значно зменшені.
2.2.3 Вплив щільності площі ламінату на балістичні характеристики ламінату
Існуватиме тенденція до ковзання волокон, коли снаряди проникають у ламінат, і деякі волокна не зможуть зменшити проникнення снарядів. Якщо площна щільність збільшується, поглинена енергія ламінату збільшиться, що вказує на те, що його балістичний опір збільшується зі збільшенням площної щільності. Балістичні характеристики ламінату без утка кращі, ніж у ламінату полотняного переплетення.
2.2.4 Вплив волокнистої структури тканини на балістичні властивості ламінатів
Порівняно з атласними і полотняними тканинами двомірні мають найменшу ступінь обробки і найменшу втрату міцності волокна. Волокна тканини будуть розташовані паралельно прямими лініями, з найбільшим значенням збереження міцності. Оскільки між волокнами немає точок прямого перекриття, швидкість усадки в основному дорівнює нулю, що ефективно зменшує відображення хвиль деформації та дозволяє уникнути концентрації напруги в локальних точках під час зіткнення снарядів. Таким чином, енергія поглинання розриву двовимірної двовимірної тканини висока. Оскільки структура тканини двовимірної двовимірної тканини є пухкою, вона сприяє поглинанню енергії, що робить її найкращою куленепробивною характеристикою.
2.2.5 Вплив кількості шарів тканини на балістичні властивості ламінатів
Тканини з низькою поверхневою щільністю мають кращі балістичні властивості. Балістична стійкість композитних матеріалів визначається плетеними нитками, які використовуються для волокон у матеріалі, переплетенням тканини, кількістю шарів у кожному шарі та розташуванням волокон. За певної ваги, чим тонша та щільніша оплетка та чим більше шарів має матеріал, тим кращими будуть балістичні властивості матеріалу. Коли поверхнева щільність балістичного матеріалу постійна, слід розглядати тканини з більшою кількістю шарів і меншою одноповерхневою щільністю. У той же час, покращення характеристик самого волокна також покращить балістичну стійкість матеріалу.
03
Додатки та тенденції розвитку
Удосконалені балістичностійкі композитні матеріали мають високу питому міцність, питомий модуль, дизайн і універсальність і є незамінними у багатьох військових застосуваннях. Вони є основними факторами в дизайні та ключових технологіях для індивідуального захисту та передової зброї та озброєння. Тому для організації, якщо вона зможе увійти в цю сферу досліджень і застосування і стати кваліфікованим постачальником певного типу продукції, це матиме велике стратегічне значення з точки зору як соціальних, так і економічних вигод.
Композитні матеріали мають хороші експлуатаційні характеристики, оскільки поєднують у собі відповідні переваги армуючих матеріалів і матриць. Вони також є найбільш швидкозростаючими та найбільш перспективними куленепробивними матеріалами. Куленепробивні матеріали поступово розвиваються у вигляді диверсифікації та компаундування, і з’явилися різні нові куленепробивні матеріали з високою твердістю та високою в’язкістю для вирішення більш складних проблем захисту. З розвитком легких і ефективних броньових систем переваги куленепробивної кераміки та армованих волокнами куленепробивних композитних матеріалів стають все помітнішими. Нові композитні керамічні куленепробивні панелі мають незрівнянні переваги з традиційними куленепробивними панелями, але існуючі проблеми не можна ігнорувати, тому ми зосереджуємось на тому, щоб вирішити проблеми, що існують у куленепробивних композитних матеріалах, постійна оптимізація властивостей матеріалів є нинішнім фокусом досліджень.
