С прилагането на напреднали технологии във военната война ситуацията със загубите на персонал и имущество става все по-сложна. Следователно трябва да се проведат задълбочени изследвания и прилагане на бронирани материали. Керамичната броня и подсилените с влакна композитни материали са важни направления за изследване и приложение. Даден е преглед на новата композитна бронеустойчива керамична плоча и арамидните куршумоустойчиви композитни материали, направено е сравнение между новата композитна бронирана керамична плоча и традиционната бронирана плоча и нейните характеристики и някои проблеми, които все още съществуват в текущите изследвания и приложения, са анализирани; Извършва се бронеустойчивият механизъм на арамидния бронеустойчив композитен материал. Опишете подробно и посочете основните фактори, влияещи върху работата на арамидните балистични композитни материали.
01
Нова композитна керамична бронирана плоча
Изследванията върху керамичната броня са важна част от разработването и прилагането на бронирани композитни материали. Ефектът на балистична защита на керамичната броня е по-добър от този на обикновената стомана. В момента пасивната броня и реактивната броня са най-широко изследвани и прилагани. По отношение на бронирания механизъм, бронираният материал в реактивната броня ще генерира кинетична енергия, след като бъде възбуден от куршума, и кинетичната енергия реагира върху куршума, докато пасивната броня се съпротивлява на въздействието на куршума чрез собствените си характеристики. Днес Съединените щати, Русия и други страни са използвали керамика и композитни материали за разработване на системи за броня с по-добра ефективност на теглото и са разработили броня от керамични панели, която е широко използвана.
1.1 Бронеустойчив механизъм
Когато куршум удари композитната керамична бронирана плоча с висока скорост, принципът на силата на действие и силата на реакция се използва, за да накара куршума да влезе в бронираната плоча с висока скорост и след това да отскочи навън с висока скорост с противоположна сила вътре, образувайки приблизително кръгла дупка от куршум на повърхността. Той постига целта да унищожи само повърхността на бронираната плоча, без да причинява фатални щети на цялостната композитна бронирана плоча, като по този начин се постига бронеустойчивост.
1.2 Експлоатационни параметри на нови композитни керамични бронирани плочи
Основните характеристики на керамичните материали са показани в таблица 1.
Керамичните материали имат висока специфична твърдост, висока специфична якост и химическа инертност в много среди. В същото време тяхната ниска плътност, висока твърдост и висока якост на натиск в сравнение с металите ги правят по-широко използвани. Алуминият с висока чистота има по-висока плътност, по-ниска твърдост и якост на счупване, така че неговата еластична устойчивост е по-ниска; структурата на керамиката от силициев карбид я прави висока якост, висока твърдост, устойчивост на износване, устойчивост на корозия, висока топлопроводимост и други свойства; Титановият диборид има висок модул на еластичност; Борният карбид има висока точка на топене, отлична твърдост и механични свойства, а плътността му е най-ниската сред няколко често използвани керамични материала. Освен това модулът на еластичност е висок, което го прави идеален избор за военна броня. и добър избор на материали в космическото поле.
Основните характеристики на композитните материали са показани в таблица 2.
Освен че имат определен модул, бронираните композитни материали трябва също така да имат добро удължение, якост на счупване, висока специфична якост и да могат да поддържат добра производителност при скорости на деформация. E-стъклото има висока якост на опън, но слаба издръжливост, докато кевларният материал има ниска плътност, висока якост, добра издръжливост, устойчивост на висока температура и е лесен за обработка и формоване. Борът има характеристиките на ниска плътност, висока специфична якост и висок модул на еластичност.
1.3 Характеристики на нови композитни керамични бронирани плочи
Новите композитни керамични бронирани панели имат несравними предимства пред традиционните бронирани панели. Вижте таблица 3 за конкретни сравнения.
(1) Може да издържи множество удари с куршуми.Този материал може да издържи непрекъснатото въздействие на множество куршуми върху една и съща повърхност едновременно, без да се счупи целият. Той ще образува само приблизително кръгли дупки от куршуми на повърхността, без да повлиява на бронирания ефект на други части от материала.
(2) Има добра конструктивна способност.Композитните керамични плочи могат да предизвикат деформация на огъване при съответни ъгли и могат да се върнат към първоначалната си форма след деформация. Те могат да бъдат проектирани в композитни керамични бронирани материали в различни форми като плоски, извити и наклонени повърхности.
(3) Може да се ремонтира и използва повторно.След като бъдат ударени от куршум, кръглите дупки от куршуми на повърхността могат да бъдат запълнени с керамични бронирани тела и рекомбинирани с бронирано лепило, за да се възвърне ефективността на оригиналния материал.
(4) Висока надеждност при използване.Този материал изчерпателно използва балистичните свойства на високопроизводителни керамични плочи, UHWMPE плочи и TC4 плочи, което прави балистичната устойчивост по-добра от тази на отделните материали и може ефективно да блокира различни спецификации на пистолети и свързани малки и среднокалибрени проникващи бомби.
(5) Технологията има висока зрялост и силна възможност за проектиране.Този материал вече има доста зрял производствен процес и може да бъде проектиран според индивидуалните нужди според действителните нужди, за да отговори на различни бронирани нужди.
1.4 Проблеми с настоящите бронеустойчиви композитни материали
Тъй като бронираните композитни материали са съставени от различни материали, нехомогенността, анизотропията, сложните конститутивни връзки, сложните механизми на повреда и сложните критерии за якост на композитните материали са основната механика на композитните материали и техните структури. характеристики, като по този начин увеличава сложността и трудността на анализа, изчисляването, изпитването и проектирането на композитни материали, техните структури и защитни механизми. Досега бронираните композитни материали все още имат следните проблеми.
(1) Недостатъчно усвояване на енергия.Непогълнатата енергия на бронираните материали по време на употреба ще причини загуби на персонала и имуществото, а разрушителната сила на оръжията също ще се увеличи с надграждането на оръжията. Следователно бъдещите изследвания и приложения трябва да се съсредоточат върху подобряването на бронеустойчивостта и безопасността на материалите в този аспект. .
(2) Тежестта не е достатъчно лека.Теглото на бронираните композитни материали е важен фактор за това дали те могат да бъдат рекламирани и използвани. Следователно, теглото на бронираните композитни материали трябва да бъде намалено възможно най-много, като същевременно се осигури добра устойчивост срещу куршуми.
(3) Засилване и втвърдяване на противоречията.Особено за бронираните керамични композитни материали, това противоречие често е трудно за преодоляване. Добавянето на определени заздравяващи материали към устойчивите на балистични композитни материали може да намали здравината на материала. Въпреки това, ако здравината на материала се увеличи, издръжливостта на материала може да намалее. Следователно са необходими много тестове, за да се намери най-подходящата якост и издръжливост на балистично устойчивия материал. .
(4) По отношение на съвместимостта на композитните материали, включително физични, химични, механични и други характеристики на материала, композитните материали могат да интегрират различни характеристики, за да осигурят по-добра защита.
Освен това има и проблеми като интерфейс и цена, които не са напълно разрешени.
02
Арамиден бронеустойчив композитен материал
2.1 Бронеустойчив механизъм
Когато влакнестият бронеустойчив материал е подложен на ударна енергия, той ще се разтегне и деформира. Енергията, погълната от влакното, ще се превърне в работата, необходима за неговата деформация. Работата, необходима за неговата деформация на опън и счупване, е енергията на счупване, известна още като работа на счупване. , енергията на счупване на влакното е свързана с броя на влакната, участващи в счупването на деформация на опън. Параметърът, който измерва антибалистичните свойства на влакната, е степента на поглъщане на енергия от влакното (енергия на скъсване на единица маса влакно).
Когато влакнестите бронирани материали са засегнати от външен удар, надлъжното напрежение, генерирано от удара, ще се разпространи бързо във всички посоки във влакнестия материал, образувайки "ударна вълна" (т.е. звукова вълна). Скоростта на звука във влакнестите бронирани материали ще повлияе на мигновената дифузия на енергия, която определя количеството влакна, участващи в абсорбцията на енергия, като по този начин влияе на бронирания ефект на материала. Следователно скоростта на звука във влакното е друг важен параметър, който влияе върху балистичните характеристики на влакното.
Формите на влакната в бронираните материали включват прави и извити. Ако формата на влакното на материала е права, енергията ще се разпространява по аксиалната посока на влакното без отражение и следователно енергията ще се разпространи далеч и бързо; ако формата на влакното е извита или влакното. Ако има счупвания във влакното, точките на огъване или счупванията във влакното ще отразяват част от енергията, намалявайки моментния обхват на дифузия и бронираният ефект на материала също ще бъде намален . Може да се види, че бронираният ефект на влакнестия двуизмерен двуизмерен плат ще бъде по-добър от този на обикновения плат.
Преносът на енергия често е придружен от контакт между влакната в рамките на един и същи слой или между слоевете. По време на предаването на енергията на удара, отражението на енергията се случва в интерфейсите на всички материали и ситуациите са разнообразни и сложни. Следователно най-ефективният път на разпространение на енергията на удара е дифузията по оста на влакното.
2.2 Основни фактори, влияещи върху характеристиките на арамидни бронеустойчиви композитни материали
Ефективността на бронираните композитни материали се влияе главно от модула и съдържанието на матрицата, свойствата на влакнестия материал, метода на тъкане и процеса на влакното.
2.2.1 Ефект на модула на матричната смола върху балистичните свойства на композитните материали
Тъй като нискомодулната матрична смола има добри амортисьорни свойства и е благоприятна за поглъщане на енергия, ламинатите, направени от нискомодулна матрична смола, имат по-добри бронеустойчиви ефекти от високомодулната матрична смола.
2.2.2 Ефект на съдържанието на матрична смола върху балистичните свойства на композитните материали
Съдържанието на матрична смола има много важно влияние върху балистичните свойства на композитните материали. Увеличаването на обемното съдържание на влакна в композитните материали ще подобри балистичните свойства, но ако обемното съдържание на влакна е твърде високо, балистичните свойства ще се понижат. Тъй като матричната смола в композитния материал може да предаде напрежение в структурната единица, но ако обемното съдържание на влакна е твърде високо, съдържанието на матрицата в композитния материал ще бъде твърде малко, което води до намаляване на ефективността на свързване между смолата и влакното и между влакното и влакното, като по този начин засягат целостта на ламината, еластичните свойства на композитния материал също ще намалеят. Обемното съдържание на влакната се отнася до процента на обема на влакната в тъканта спрямо целия обем на тъканта, което може да се преобразува в плътност на площта. Плътността на площта е важен фактор при измерването на действителната приложимост на бронираните панели. Ако може да изпълни изискванията за защита, плътността на площта трябва да бъде възможно най-малка по време на проектирането и прилагането, така че цената и теглото да могат да бъдат значително намалени.
2.2.3 Ефект на плътността на площта на ламината върху балистичните характеристики на ламината
Ще има тенденция влакната да се плъзгат, когато снаряди проникнат в ламината, а някои влакна няма да могат да намалят проникването на снаряди. Ако повърхностната плътност се увеличи, абсорбираната енергия на ламината ще се увеличи, което показва, че неговата балистична устойчивост се увеличава с увеличаването на площната плътност. Балистичните характеристики на ламината без вътък са по-добри от тези на ламината с гладка тъкан.
2.2.4 Ефект на структурата на влакнеста тъкан върху балистичните свойства на ламинати
В сравнение със сатенените и обикновени тъкани, двуизмерните двуизмерни тъкани имат най-ниска степен на обработка и най-малка загуба на здравина на влакната. Влакната на тъканта ще бъдат подредени успоредно в прави линии, с най-голяма стойност на запазване на якостта. Тъй като няма директни точки на припокриване между влакната, степента на свиване е основно нула, което ефективно намалява отразяването на вълните на деформация и избягва концентрацията на напрежение в локалните точки при удар на снаряди. Следователно енергията на поглъщане на разкъсване на двуизмерния двуизмерен плат е висока. Тъй като структурата на тъканта на двуизмерната двуизмерна тъкан е хлабава, тя благоприятства абсорбцията на енергия, което я прави най-добрата бронеустойчива производителност.
2.2.5 Влияние на броя на слоевете плат върху балистичните свойства на ламинатите
Тъканите с ниска повърхностна плътност имат по-добри балистични свойства. Балистичната устойчивост на композитните материали се определя от плетените нишки, използвани за влакната в материала, тъканта на тъканта, броя на слоевете във всеки слой и разположението на влакната. При дадено тегло, колкото по-тънка и по-стегната е оплетката и колкото повече слоеве има материалът, толкова по-добри ще бъдат балистичните свойства на материала. Когато повърхностната плътност на балистичния материал е постоянна, трябва да се имат предвид тъкани с повече слоеве и по-малка плътност на единична повърхност. В същото време подобряването на работата на самото влакно също ще подобри балистичната устойчивост на материала.
03
Приложения и тенденции в развитието
Усъвършенстваните балистично устойчиви композитни материали имат висока специфична якост, специфичен модул, дизайн и гъвкавост и са незаменими в много военни приложения. Те са основни фактори в дизайна и ключови технологии за лична защита и съвременни оръжия и въоръжения. Следователно, ако една организация може да навлезе в тази изследователска и приложна област и да стане квалифициран доставчик на определен тип продукт, това ще бъде от голямо стратегическо значение по отношение както на социални, така и на икономически ползи.
Композитните материали имат добра производителност, тъй като съчетават съответните предимства на армировъчните материали и матриците. Те са и най-бързо развиващите се и най-обещаващите бронирани материали. Бронеустойчивите материали постепенно се развиват в диверсификация и комбиниране и се появиха различни нови бронирани материали с висока твърдост и висока издръжливост, за да се справят с по-сложни проблеми със защитата. С разработването на леки и ефективни бронирани системи, предимствата на бронираната керамика и подсилените с влакна бронирани композитни материали стават все по-видни. Новите композитни керамични бронирани панели имат несравними предимства с традиционните бронирани панели, но съществуващите проблеми не могат да бъдат пренебрегнати, така че ние се съсредоточаваме върху За да разрешим проблемите, съществуващи в бронираните композитни материали, непрекъснатото оптимизиране на свойствата на материала е текущият фокус на изследването.
