Amb l'aplicació de la tecnologia avançada en la guerra militar, la situació de les pèrdues de personal i propietats és cada cop més complexa. Per tant, també s'hauria de dur a terme una investigació i aplicació en profunditat de materials antibales. L'armadura ceràmica i els materials compostos reforçats amb fibra són direccions importants d'investigació i aplicació. Es dóna una visió general de la nova placa ceràmica antibales composta i els materials compostos d'aramida antibales, es realitza una comparació entre la nova placa ceràmica antibales composta i la placa antibales tradicional, i les seves característiques i alguns problemes que encara existeixen en la investigació i aplicació actuals són analitzat; es realitza el mecanisme antibales del material compost d'aramida antibales. Descriure detalladament i assenyalar els principals factors que afecten el rendiment dels materials compostos balístics d'aramida.
01
Nova placa antibales de ceràmica composta
La investigació sobre armadures ceràmiques és una part important del desenvolupament i aplicació de materials compostos a prova de bales. L'efecte de protecció balística de l'armadura ceràmica és superior al de l'acer de l'armadura normal. Actualment, l'armadura passiva i l'armadura reactiva són les més investigades i aplicades. Pel que fa al mecanisme antibales, el material de l'armadura de l'armadura reactiva generarà energia cinètica després de ser excitat per la bala, i l'energia cinètica reacciona sobre la bala, mentre que l'armadura passiva resisteix l'impacte de la bala a través de les seves pròpies característiques. Avui, els Estats Units, Rússia i altres països han utilitzat ceràmica i materials compostos per desenvolupar sistemes d'armadura amb una millor eficiència de pes i han desenvolupat una armadura de panells de ceràmica, que s'ha utilitzat àmpliament.
1.1 Mecanisme antibales
Quan una bala colpeja la placa antibales de ceràmica composta a gran velocitat, s'utilitza el principi de força d'acció i força de reacció per fer que entri a la placa antibales a gran velocitat i després reboti a gran velocitat amb la força oposada a l'interior, formant un aproximadament forat de bala circular a la superfície. Aconsegueix el propòsit de destruir només la superfície de la placa antibales sense causar danys mortals a la placa antibales composta en general, aconseguint així una protecció antibales.
1.2 Paràmetres de rendiment de les noves plaques antibales ceràmiques compostes
Les característiques principals dels materials ceràmics es mostren a la taula 1.
Els materials ceràmics tenen una alta rigidesa específica, una alta resistència específica i una inercia química en molts entorns. Al mateix temps, la seva baixa densitat, alta duresa i alta resistència a la compressió en comparació amb els metalls els fan més utilitzats. L'alumini d'alta puresa té una densitat més alta, una duresa més baixa i una resistència a la fractura, de manera que la seva resistència elàstica és menor; l'estructura de la ceràmica de carbur de silici fa que tingui una alta resistència, alta duresa, resistència al desgast, resistència a la corrosió, alta conductivitat tèrmica i altres propietats; El diborur de titani té un alt mòdul elàstic; El carbur de bor té un punt de fusió elevat, una duresa i propietats mecàniques excel·lents, i la seva densitat és la més baixa entre diversos materials ceràmics d'ús habitual. A més, el mòdul elàstic és alt, per la qual cosa és una opció ideal per a armadures militars. i una bona selecció de materials en l'àmbit espacial.
Les característiques principals dels materials compostos es mostren a la taula 2.
A més de tenir un cert mòdul, els materials compostos a prova de bales també han de tenir un bon allargament, resistència a la fractura, alta resistència específica i poder mantenir un bon rendiment sota velocitats de tensió. El vidre electrònic té una alta resistència a la tracció però una tenacitat pobra, mentre que el material Kevlar té baixa densitat, alta resistència, bona tenacitat, resistència a altes temperatures i és fàcil de processar i formar. El bor té les característiques de baixa densitat, alta resistència específica i alt mòdul elàstic.
1.3 Característiques dels nous materials de plaques antibales ceràmiques compostes
Els nous panells antibales de ceràmica composta tenen avantatges incomparables respecte als panells antibales tradicionals. Vegeu la taula 3 per a comparacions específiques.
(1) Pot suportar múltiples cops de bales.Aquest material pot suportar l'impacte continu de múltiples bales a la mateixa superfície al mateix temps sense que es trenqui el conjunt. Només formarà forats de bala aproximadament circulars a la superfície sense afectar l'efecte antibales d'altres parts del material.
(2) Té una bona capacitat de disseny estructural.Les plaques ceràmiques compostes poden produir deformacions de flexió en els angles corresponents i poden tornar a la seva forma original després de la deformació. Es poden dissenyar en materials ceràmics compostos a prova de bales en diverses formes, com ara superfícies planes, corbes i inclinades.
(3) Es pot reparar i reutilitzar.Després de ser colpejat per una bala, els forats de bala circulars a la superfície es poden omplir amb cossos antibales de ceràmica i recombinar-los amb cola antibales per recuperar el rendiment del material original.
(4) Alta fiabilitat en l'ús.Aquest material utilitza àmpliament les propietats balístiques de plaques ceràmiques d'alt rendiment, plaques UHWMPE i plaques TC4, fent que la resistència balística sigui millor que la dels materials individuals, i pot bloquejar eficaçment diverses especificacions de pistoles i bombes penetrants de petit i mitjà calibre relacionades.
(5) La tecnologia té una gran maduresa i una gran capacitat de disseny.Aquest material ja té un procés de producció bastant madur i es pot dissenyar segons les necessitats individuals segons les necessitats reals per satisfer diferents necessitats antibales.
1.4 Problemes amb els materials compostos antibales actuals
Com que els materials compostos a prova de bales es componen de diversos materials, la inhomogeneïtat, l'anisotropia, les relacions constitutives complexes, els mecanismes de fallada complexa i els criteris de resistència complexos dels materials compostos són la mecànica principal dels materials compostos i les seves estructures. característiques, augmentant així la complexitat i la dificultat d'anàlisi, càlcul, assaig i disseny de materials compostos, les seves estructures i mecanismes de protecció. Fins ara, els materials compostos a prova de bales encara tenen els problemes següents.
(1) Absorció d'energia insuficient.L'energia no absorbida dels materials antibales durant l'ús provocarà pèrdues de personal i propietats, i el poder destructiu de les armes també augmentarà amb l'actualització de les armes. Per tant, la investigació i l'aplicació futures haurien de centrar-se a millorar el rendiment a prova de bales i la seguretat dels materials en aquest aspecte. .
(2) El pes no és prou lleuger.El pes dels materials compostos a prova de bales és un factor important en si es poden promocionar i utilitzar. Per tant, el pes dels materials compostos a prova de bales s'hauria de reduir al màxim possible alhora que es garanteix una bona resistència a prova de bales.
(3) Enfortir i endurir les contradiccions.Especialment per als materials compostos ceràmics a prova de bales, aquesta contradicció sovint és difícil de superar. L'addició de determinats materials d'enduriment als materials compostos a prova de balística pot reduir la resistència del material. Tanmateix, si augmenta la resistència del material, la duresa del material es pot reduir. Per tant, es requereixen moltes proves per trobar la resistència i la duresa més adequades del material a prova de balística. .
(4) Pel que fa a la compatibilitat dels materials compostos, incloses les característiques físiques, químiques, mecàniques i altres materials, els materials compostos poden integrar diverses característiques per proporcionar una millor protecció.
A més, també hi ha problemes com la interfície i el preu, que no s'han resolt del tot.
02
Material compost a prova de bales d'aramida
2.1 Mecanisme antibales
Quan el material a prova de bales de fibra està sotmès a energia d'impacte, s'estirarà i deformarà. L'energia absorbida per la fibra es convertirà en el treball necessari per a la seva deformació. El treball necessari per a la seva deformació per tracció i fractura és l'energia de fractura, també coneguda com a treball de fractura. , l'energia de fractura de la fibra està relacionada amb el nombre de fibres que participen en la fractura per deformació per tracció. El paràmetre que mesura les propietats antibalístiques de les fibres és la taxa d'absorció d'energia de la fibra (energia de trencament per unitat de massa de fibra).
Quan els materials de fibra antibales són impactats per un impacte extern, la tensió longitudinal generada per l'impacte es propagarà ràpidament en totes direccions en el material de fibra, formant una "ona de xoc" (és a dir, ona sonora). La velocitat del so en els materials de fibra antibales afectarà la difusió instantània de l'energia, que determina la quantitat de fibres implicades en l'absorció d'energia, afectant així l'efecte antibales del material. Per tant, la velocitat del so a la fibra és un altre paràmetre important que afecta el rendiment balístic de la fibra.
Les formes de les fibres en materials antibales inclouen rectes i corbes. Si la forma de la fibra del material és recta, l'energia es propagarà al llarg de la direcció axial de la fibra sense reflexió i, per tant, l'energia s'estendrà lluny i ràpidament; si la forma de la fibra és corba, o la fibra Si hi ha trencaments a la fibra, els punts de flexió o trencaments de la fibra reflectiran part de l'energia, reduint el rang de difusió instantània i l'efecte antibales del material també es reduirà. . Es pot veure que l'efecte a prova de bales del drap bidimensional bidimensional de fibra serà millor que el del drap de teixit lli.
La transferència d'energia sovint va acompanyada de contacte entre fibres dins de la mateixa capa o entre capes. Durant la transmissió de l'energia d'impacte, la reflexió d'energia es produeix a les interfícies de tots els materials, i les situacions són diverses i complexes. Per tant, el camí de propagació més eficaç de l'energia d'impacte és la difusió al llarg de l'eix de la fibra.
2.2 Principals factors que afecten el rendiment dels materials compostos a prova de bales d'aramida
El rendiment dels materials compostos a prova de bales es veu afectat principalment pel mòdul i el contingut del material de la matriu, les propietats del material de fibra, el mètode de teixit i el procés de la fibra.
2.2.1 Efecte del mòdul de la resina matricial sobre les propietats balístiques dels materials compostos
Com que la resina de matriu de mòdul baix té bones propietats d'amortiment i afavoreix l'absorció d'energia, els laminats fets de resina de matriu de mòdul baix tenen millors efectes a prova de bales que la resina de matriu d'alt mòdul.
2.2.2 Efecte del contingut de resina matricial sobre les propietats balístiques dels materials compostos
El contingut de resina de la matriu té un impacte molt important en les propietats balístiques dels materials compostos. Augmentar el contingut de volum de fibra en materials compostos millorarà les propietats balístiques, però si el contingut de volum de fibra és massa alt, les propietats balístiques disminuiran. Com que la resina de la matriu del material compost pot transmetre l'estrès a la unitat estructural, però si el contingut de volum de fibra és massa alt, el contingut de la matriu del material compost serà massa petit, el que resultarà en una reducció del rendiment d'unió entre la resina i la la fibra i entre la fibra i la fibra, afectant així la integritat del laminat, les propietats elàstiques del material compost també disminuiran. El contingut de volum de fibra es refereix al percentatge de volum de fibra del teixit respecte al volum sencer del teixit, que es pot convertir en densitat d'àrea. La densitat de l'àrea és un factor important per mesurar l'aplicabilitat real dels panells antibales. Si pot complir els requisits de protecció, la densitat de l'àrea ha de ser tan petita com sigui possible durant el disseny i l'aplicació, de manera que el cost i el pes es poden reduir molt.
2.2.3 Efecte de la densitat de l'àrea del laminat sobre el rendiment balístic del laminat
Hi haurà una tendència a que les fibres llisquin quan els projectils penetrin al laminat, i algunes fibres no podran reduir la penetració dels projectils. Si la densitat de l'àrea augmenta, l'energia absorbida del laminat augmentarà, la qual cosa indica que la seva resistència balística augmenta amb l'augment de la densitat de l'àrea. El rendiment balístic del laminat sense trama és millor que el del laminat de teixit pla.
2.2.4 Efecte de l'estructura del teixit de fibra sobre les propietats balístiques dels laminats
En comparació amb els teixits de setí i teixit lli, els teixits bidimensionals bidimensionals tenen el grau de processament més baix i la menor pèrdua de resistència de la fibra. Les fibres del teixit es disposaran en paral·lel en línies rectes, amb el major valor de retenció de resistència. Com que no hi ha punts de solapament directe entre les fibres, la taxa de contracció és bàsicament zero, la qual cosa redueix efectivament la reflexió de les ones de tensió i evita la concentració d'estrès en punts locals quan impacten els projectils. Per tant, l'energia d'absorció de ruptura del drap bidimensional bidimensional és alta. Com que l'estructura del teixit del teixit bidimensional bidimensional és solta, és propici per a l'absorció d'energia, el que el converteix en el millor rendiment a prova de bales.
2.2.5 Efecte del nombre de capes de teixit sobre les propietats balístiques dels laminats
Els teixits de baixa densitat superficial tenen millors propietats balístiques. La resistència balística dels materials compostos ve determinada pels fils trenats utilitzats per a les fibres del material, el teixit del teixit, el nombre de capes de cada capa i la disposició de les fibres. Sota un pes determinat, com més fina i ajustada sigui la trena i com més capes tingui el material, millors seran les propietats balístiques del material. Quan la densitat superficial del material balístic és constant, s'han de tenir en compte els teixits amb més capes i una densitat d'una sola superfície més petita. Al mateix temps, la millora del rendiment de la pròpia fibra també millorarà la resistència balística del material.
03
Aplicacions i tendències de desenvolupament
Els materials compostos avançats resistents a la balística tenen una gran resistència específica, mòdul específic, disseny i versatilitat, i són indispensables en moltes aplicacions militars. Són factors bàsics en el disseny i tecnologies clau per a la protecció personal i les armes i armaments avançats. Per tant, per a una organització, si pot entrar en aquest camp d'investigació i aplicació i esdevenir un proveïdor qualificat d'un determinat tipus de producte, tindrà una gran importància estratègica tant pel que fa als beneficis socials com econòmics.
Els materials compostos tenen un bon rendiment perquè combinen els respectius avantatges dels materials de reforç i les matrius. També són els materials antibales de més ràpid creixement i més prometedors. Els materials antibales s'estan convertint gradualment en la diversificació i la composició, i han sorgit diversos nous materials antibales amb una gran duresa i una alta tenacitat per fer front a problemes de protecció més complexos. Amb el desenvolupament de sistemes de blindatge lleugers i eficients, els avantatges de la ceràmica antibales i els materials compostos a prova de bales reforçats amb fibra s'han tornat cada cop més destacats. Els nous panells antibales ceràmics compostos tenen avantatges incomparables amb els panells antibales tradicionals, però els problemes existents no es poden ignorar, de manera que ens centrem a Per resoldre els problemes existents en els materials compostos antibales, l'optimització contínua de les propietats del material és el focus de recerca actual.
