Odată cu aplicarea tehnologiei avansate în războiul militar, situația pierderilor de personal și proprietăți devine din ce în ce mai complexă. Prin urmare, ar trebui efectuate și cercetări aprofundate și aplicarea materialelor antiglonț. Armura ceramică și materialele compozite armate cu fibre sunt direcții importante de cercetare și aplicare. Este oferită o privire de ansamblu asupra noii plăci ceramice compozite antiglonț și a materialelor compozite aramid antiglonț, se realizează o comparație între noua placă ceramică compozită antiglonț și placa tradițională antiglonț, iar caracteristicile sale și unele probleme care încă există în cercetarea și aplicarea actuală sunt analizat; se realizează mecanismul antiglonț al materialului compozit antiglonț aramid. Descrieți în detaliu și subliniați principalii factori care afectează performanța materialelor compozite balistice aramid.
01
Placă antiglonț din ceramică compozită nouă
Cercetarea asupra armurii ceramice este o parte importantă a dezvoltării și aplicării materialelor compozite antiglonț. Efectul de protecție balistică al armurii ceramice este superior celui al oțelului blindat obișnuit. În prezent, armura pasivă și armura reactivă sunt cele mai cercetate și aplicate. În ceea ce privește mecanismul antiglonț, materialul de armură din armura reactivă va genera energie cinetică după ce a fost excitat de glonț, iar energia cinetică reacționează asupra glonțului, în timp ce armura pasivă rezistă la impactul glonțului prin propriile caracteristici. Astăzi, Statele Unite ale Americii, Rusia și alte țări au folosit ceramică și materiale compozite pentru a dezvolta sisteme de armură cu o eficiență mai bună în greutate și au dezvoltat armuri de panouri ceramice, care au fost utilizate pe scară largă.
1.1 Mecanism antiglonț
Atunci când un glonț lovește placa antiglonț din ceramică compozită cu viteză mare, principiul forței de acțiune și forța de reacție este folosit pentru a-l face să intre în placa antiglonț cu viteză mare și apoi să iasă cu viteză mare cu forța opusă în interior, formând un gaură circulară de glonț la suprafață. Îndeplinește scopul de a distruge numai suprafața plăcii antiglonț fără a provoca daune fatale întregii plăci antiglonț compozite, obținând astfel antiglonț.
1.2 Parametrii de performanță ai noilor plăci antiglonț din ceramică compozită
Principalele caracteristici ale materialelor ceramice sunt prezentate în Tabelul 1.
Materialele ceramice au rigiditate specifică ridicată, rezistență specifică ridicată și inerție chimică în multe medii. În același timp, densitatea lor scăzută, duritatea mare și rezistența ridicată la compresiune în comparație cu metalele le fac mai utilizate pe scară largă. Aluminiul de înaltă puritate are densitate mai mare, duritate mai mică și duritate la rupere, astfel încât rezistența sa elastică este mai mică; structura ceramicii cu carbură de siliciu o face să aibă rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență la uzură, rezistență la coroziune, conductivitate termică ridicată și alte proprietăți; Diborura de titan are un modul elastic ridicat; Carbura de bor are un punct de topire ridicat, duritate și proprietăți mecanice excelente, iar densitatea sa este cea mai scăzută dintre mai multe materiale ceramice utilizate în mod obișnuit. În plus, modulul elastic este ridicat, ceea ce îl face o alegere ideală pentru armura militară. și o bună alegere de materiale în domeniul spațial.
Principalele caracteristici ale materialelor compozite sunt prezentate în tabelul 2.
Pe lângă faptul că au un anumit modul, materialele compozite antiglonț trebuie să aibă și o alungire bună, duritate la rupere, rezistență specifică ridicată și să poată menține o performanță bună la ratele de deformare. Sticla E are o rezistență ridicată la tracțiune, dar duritate slabă, în timp ce materialul Kevlar are densitate scăzută, rezistență ridicată, duritate bună, rezistență la temperaturi ridicate și este ușor de prelucrat și format. Borul are caracteristicile de densitate scăzută, rezistență specifică ridicată și modul elastic ridicat.
1.3 Caracteristicile materialelor noilor plăci antiglonț ceramice compozite
Noile panouri antiglonț ceramice compozite au avantaje incomparabile față de panourile antiglonț tradiționale. Consultați Tabelul 3 pentru comparații specifice.
(1) Poate rezista la lovituri multiple de gloanțe.Acest material poate rezista la impactul continuu al mai multor gloanțe pe aceeași suprafață în același timp, fără ca întregul să fie spart. Va forma doar găuri de glonț aproximativ circulare pe suprafață, fără a afecta efectul antiglonț al altor părți ale materialului.
(2) Are o bună proiectabilitate structurală.Plăcile ceramice compozite pot produce deformare la îndoire la unghiuri corespunzătoare și pot reveni la forma lor originală după deformare. Ele pot fi proiectate în materiale ceramice compozite antiglonț în diferite forme, cum ar fi suprafețe plane, curbe și înclinate.
(3) Poate fi reparat și reutilizat.După ce au fost lovite de un glonț, găurile circulare de glonț de pe suprafață pot fi umplute cu corpuri ceramice antiglonț și recombinate cu adeziv antiglonț pentru a recâștiga performanța materialului original.
(4) Fiabilitate ridicată în utilizare.Acest material folosește în mod cuprinzător proprietățile balistice ale plăcilor ceramice de înaltă performanță, plăcilor UHWMPE și plăcilor TC4, ceea ce face ca rezistența balistică să fie mai bună decât cea a materialelor individuale și poate bloca eficient diferite specificații ale pistoalelor și bombelor penetrante de calibru mic și mediu aferente.
(5) Tehnologia are o maturitate ridicată și o capacitate de proiectare puternică.Acest material are deja un proces de producție destul de matur și poate fi proiectat în funcție de nevoile individuale în funcție de nevoile reale pentru a satisface diferite nevoi antiglonț.
1.4 Probleme cu materialele compozite antiglonț actuale
Deoarece materialele compozite antiglonț sunt compuse dintr-o varietate de materiale, neomogenitatea, anizotropia, relațiile constitutive complexe, mecanismele complexe de cedare și criteriile complexe de rezistență ale materialelor compozite sunt mecanica principală a materialelor compozite și a structurilor lor. caracteristici, crescând astfel complexitatea și dificultatea analizei, calculului, testării și proiectării materialelor compozite, a structurilor acestora și a mecanismelor de protecție. Până în prezent, materialele compozite antiglonț au încă următoarele probleme.
(1) Absorbție insuficientă de energie.Energia neabsorbită a materialelor antiglonț în timpul utilizării va cauza pierderi personalului și proprietății, iar puterea distructivă a armelor va crește, de asemenea, odată cu modernizarea armelor. Prin urmare, cercetările și aplicațiile viitoare ar trebui să se concentreze pe îmbunătățirea performanței antiglonț și a siguranței materialelor în acest aspect. .
(2) Greutatea nu este suficient de ușoară.Greutatea materialelor compozite antiglonț este un factor important pentru a putea fi promovate și utilizate. Prin urmare, greutatea materialelor compozite antiglonț ar trebui redusă cât mai mult posibil, asigurând în același timp o bună rezistență antiglonț.
(3) Întărirea și înăsprirea contradicțiilor.În special pentru materialele compozite ceramice antiglonț, această contradicție este adesea dificil de depășit. Adăugarea anumitor materiale de întărire la materialele compozite rezistente la balistică poate reduce rezistența materialului. Cu toate acestea, dacă rezistența materialului este crescută, duritatea materialului poate fi redusă. Prin urmare, sunt necesare multe teste pentru a găsi cea mai potrivită rezistență și duritate a materialului rezistent la balistică. .
(4) În ceea ce privește compatibilitatea materialelor compozite, inclusiv caracteristicile fizice, chimice, mecanice și alte caracteristici ale materialelor, materialele compozite pot integra diverse caracteristici pentru a oferi o protecție mai bună.
În plus, există și probleme precum interfața și prețul, care nu au fost complet rezolvate.
02
Material compozit antiglonț aramid
2.1 Mecanism antiglonț
Când materialul din fibre antiglonț este supus energiei de impact, acesta se va întinde și se va deforma. Energia absorbită de fibră va deveni munca necesară pentru deformarea acesteia. Lucrul necesar pentru deformarea la tracțiune și rupere este energia de rupere, cunoscută și sub denumirea de lucru de rupere. , energia de rupere a fibrei este legată de numărul de fibre care participă la fractura prin deformare la tracțiune. Parametrul care măsoară proprietățile antibalistice ale fibrelor este rata de absorbție a energiei fibrei (energia de rupere pe unitatea de masă de fibre).
Când materialele din fibre antiglonț sunt lovite de un impact extern, stresul longitudinal generat de impact se va propaga rapid în toate direcțiile în materialul din fibre, formând o „undă de șoc” (adică, undă sonoră). Viteza sunetului în materialele cu fibre antiglonț va afecta difuzia instantanee a energiei, care determină cantitatea de fibre implicate în absorbția de energie, afectând astfel efectul antiglonț al materialului. Prin urmare, viteza sunetului în fibră este un alt parametru important care afectează performanța balistică a fibrei.
Formele fibrelor din materiale antiglonț includ drepte și curbate. Dacă forma fibrei a materialului este dreaptă, energia se va propaga de-a lungul direcției axiale a fibrei fără reflexie și, prin urmare, energia se va răspândi departe și rapid; dacă forma fibrei este curbată sau fibra Dacă există rupturi în fibră, punctele de îndoire sau rupturile din fibră vor reflecta o parte din energie, reducând domeniul de difuzie instantanee, iar efectul antiglonț al materialului va fi, de asemenea, redus. . Se poate observa că efectul antiglonț al pânzei bidimensionale din fibre va fi mai bun decât cel al pânzei cu țesătură simplă.
Transferul de energie este adesea însoțit de contactul între fibre în cadrul aceluiași strat sau între straturi. În timpul transmiterii energiei de impact, reflexia energiei are loc în interfețele tuturor materialelor, iar situațiile sunt diverse și complexe. Prin urmare, calea cea mai eficientă de propagare a energiei de impact este difuzia de-a lungul axei fibrei.
2.2 Principalii factori care afectează performanța materialelor compozite aramid antiglonț
Performanța materialelor compozite antiglonț este afectată în principal de modulul și conținutul materialului matricei, proprietățile materialului din fibre, metoda de țesere și procesul fibrei.
2.2.1 Efectul modulului rășinii matricei asupra proprietăților balistice ale materialelor compozite
Deoarece rășina cu matrice cu modul scăzut are proprietăți bune de amortizare și este favorabilă absorbției de energie, laminatele realizate din rășină cu matrice cu modul scăzut au efecte antiglonț mai bune decât rășina cu matrice cu modul înalt.
2.2.2 Efectul conținutului de rășină matrice asupra proprietăților balistice ale materialelor compozite
Conținutul de rășină matrice are un impact foarte important asupra proprietăților balistice ale materialelor compozite. Creșterea conținutului de volum de fibre în materialele compozite va îmbunătăți proprietățile balistice, dar dacă conținutul de volum de fibre este prea mare, proprietățile balistice vor scădea. Deoarece rășina matriceală din materialul compozit poate transmite stres în unitatea structurală, dar dacă conținutul de volum al fibrei este prea mare, conținutul de matrice din materialul compozit va fi prea mic, ceea ce duce la o reducere a performanței de lipire între rășină și fibră și între fibră și fibră, afectând astfel integritatea laminatului, vor scădea și proprietățile elastice ale materialului compozit. Conținutul de volum al fibrei se referă la procentul de volum al fibrei din țesătură față de întregul volum al țesăturii, care poate fi convertit în densitatea suprafeței. Densitatea suprafeței este un factor important în măsurarea aplicabilității efective a panourilor antiglonț. Dacă poate îndeplini cerințele de protecție, densitatea zonei ar trebui să fie cât mai mică posibil în timpul proiectării și aplicării, astfel încât costul și greutatea să poată fi reduse foarte mult.
2.2.3 Efectul densității zonei laminate asupra performanței balistice laminate
Va exista o tendință ca fibrele să alunece atunci când proiectilele pătrund în laminat, iar unele fibre nu vor putea reduce penetrarea proiectilului. Dacă densitatea suprafață crește, energia absorbită a laminatului va crește, indicând faptul că rezistența sa balistică crește odată cu creșterea densității suprafețe. Performanța balistică a laminatului fără bătătură este mai bună decât cea a laminatului cu țesătură simplă.
2.2.4 Efectul structurii țesăturii fibroase asupra proprietăților balistice ale laminatelor
În comparație cu țesăturile din satin și țesătură simplă, țesăturile bidimensionale bidimensionale au cel mai scăzut grad de prelucrare și cea mai mică pierdere a rezistenței fibrei. Fibrele țesăturii vor fi dispuse paralel în linii drepte, cu cea mai mare valoare de retenție a rezistenței. Deoarece nu există puncte de suprapunere directă între fibre, rata de contracție este practic zero, ceea ce reduce efectiv reflectarea undelor de deformare și evită concentrarea tensiunilor în punctele locale atunci când proiectilele impactează. Prin urmare, energia de absorbție la rupere a pânzei bidimensionale bidimensionale este mare. Deoarece structura țesăturii bidimensionale a țesăturii bidimensionale este liberă, este favorabilă absorbției de energie, ceea ce o face cea mai bună performanță antiglonț.
2.2.5 Efectul numărului de straturi de țesătură asupra proprietăților balistice ale laminatelor
Țesăturile cu densitate scăzută la suprafață au proprietăți balistice mai bune. Rezistența balistică a materialelor compozite este determinată de firele împletite utilizate pentru fibrele din material, țesătura țesăturii, numărul de straturi din fiecare strat și aranjarea fibrelor. Sub o anumită greutate, cu cât împletitura este mai subțire și mai strânsă și cu cât materialul are mai multe straturi, cu atât proprietățile balistice ale materialului vor fi mai bune. Când densitatea de suprafață a materialului balistic este constantă, ar trebui luate în considerare țesăturile cu mai multe straturi și densitatea unei singure suprafețe mai mică. În același timp, îmbunătățirea performanței fibrei în sine va îmbunătăți și rezistența balistică a materialului.
03
Aplicații și tendințe de dezvoltare
Materialele compozite avansate rezistente la balistică au rezistență specifică ridicată, modul specific, design și versatilitate și sunt indispensabile în multe aplicații militare. Sunt factori de bază în proiectare și tehnologii cheie pentru protecția personală și arme și armament avansate. Prin urmare, pentru o organizație, dacă poate intra în acest domeniu de cercetare și aplicație și poate deveni furnizor calificat al unui anumit tip de produs, va avea o mare importanță strategică atât din punct de vedere social, cât și din punct de vedere economic.
Materialele compozite au performanțe bune deoarece combină avantajele respective ale materialelor de armare și ale matricelor. Sunt, de asemenea, materialele antiglonț cu cea mai rapidă creștere și cele mai promițătoare. Materialele antiglonț se dezvoltă treptat în diversificare și combinare, iar diverse noi materiale antiglonț cu duritate ridicată și duritate ridicată au apărut pentru a face față unor probleme de protecție mai complexe. Odată cu dezvoltarea sistemelor de blindaj ușoare și eficiente, avantajele ceramicii antiglonț și ale materialelor compozite antiglonț armate cu fibre au devenit din ce în ce mai importante. Noile panouri antiglonț ceramice compozite au avantaje incomparabile cu panourile antiglonț tradiționale, dar problemele existente nu pot fi ignorate, așa că ne concentrăm pe Pentru a rezolva problemele existente în materialele compozite antiglonț, optimizarea continuă a proprietăților materialelor este punctul actual al cercetării.
