Die Faktoren, die die kugelsichere Leistung von Körperpanzerungen beeinflussen, können unter zwei Aspekten betrachtet werden: das interagierende Projektil (Geschoss oder Schrapnell) und das kugelsichere Material. Für das Geschoss sind seine kinetische Energie, Form und Material wichtige Faktoren, die seine Durchschlagskraft bestimmen.
Gewöhnliche Geschosse, insbesondere Geschosse mit Blei- oder Stahlkern, verformen sich, wenn sie mit kugelsicherem Material in Kontakt kommen. Bei diesem Vorgang wird ein beträchtlicher Teil der kinetischen Energie des Geschosses verbraucht, wodurch die Durchschlagskraft des Geschosses effektiv reduziert wird, was ein wichtiger Aspekt des Energieabsorptionsmechanismus des Geschosses ist. Bei Bomben, Granaten und anderen Schrapnells oder Sekundärsplittern, die von Kugeln gebildet werden, ist die Situation deutlich anders. Diese Splitter haben unregelmäßige Formen, scharfe Kanten, ein geringes Gewicht und eine geringe Größe und verformen sich nicht, nachdem sie auf kugelsichere Materialien getroffen wurden, insbesondere auf weiche kugelsichere Materialien. Im Allgemeinen ist die Geschwindigkeit dieser Art von Trümmern nicht hoch, aber die Menge ist groß und dicht.
Der Schlüssel zur Energieabsorption solcher Fragmente durch weiche Körperpanzerung liegt in der Tatsache, dass die Fragmente die Garne des ballistischen Gewebes schneiden, dehnen und brechen und die Interaktion zwischen den Garnen im Gewebe und den verschiedenen Schichten des Gewebes bewirken. was zur Gesamtverformung des Gewebes führt. Bei den oben genannten Prozessen verrichten die Fragmente Arbeit nach außen und verbrauchen dabei ihre eigene Energie. Bei den beiden oben genannten Arten der Körperenergieabsorption wird ein kleiner Teil der Energie durch Reibung (Faser/Faser, Faser/Kugel) in Wärmeenergie und durch Aufprall in Schallenergie umgewandelt. In Bezug auf kugelsichere Materialien müssen die kugelsicheren Materialien eine hohe Festigkeit, eine gute Zähigkeit und ein starkes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, um die Anforderungen von Körperpanzerungen zu erfüllen, die kinetische Energie von Kugeln und anderen Projektilen in höchstem Maße zu absorbieren. Als Materialien für Körperschutz, insbesondere Weichkörperschutz, werden hauptsächlich Hochleistungsfasern verwendet. Diese Hochleistungsfasern zeichnen sich durch hohe Festigkeit und hohen Modul aus. Obwohl einige Hochleistungsfasern wie Kohlefaser oder Borfaser eine hohe Festigkeit aufweisen, sind sie aufgrund geringer Flexibilität, geringer Bruchkraft, Schwierigkeiten beim Spinnen und Verarbeiten und des hohen Preises grundsätzlich nicht für Körperpanzer geeignet.
Insbesondere bei ballistischen Geweben hängt seine kugelsichere Wirkung hauptsächlich von folgenden Aspekten ab: Faserzugfestigkeit, Faserbruchdehnung und -brucharbeit, Fasermodul, Faserorientierung und Übertragungsgeschwindigkeit der Spannungswellen, Faser Feinheit der Faser, Art und Weise der Faserzusammenstellung, das Fasergewicht pro Flächeneinheit, die Struktur und Oberflächenbeschaffenheit des Garns, die Struktur des Gewebes, die Dicke der Fasergewebeschicht, die Anzahl der Schichten der Gewebeschicht oder der Gewebeschicht usw Die Leistung des verwendeten Fasermaterials für die Schlagzähigkeit hängt von der Bruchenergie der Faser und der Übertragungsgeschwindigkeit der Spannungswelle ab. Die Spannungswelle soll sich so schnell wie möglich ausbreiten und die Bruchenergie der Faser unter Hochgeschwindigkeitsaufprall sollte so hoch wie möglich sein. Die Zugbrucharbeit eines Materials ist die Energie, die das Material hat, um Schäden durch äußere Kräfte zu widerstehen, und ist eine Funktion, die mit der Zugfestigkeit und Dehnungsverformung zusammenhängt. Daher gilt theoretisch, je höher die Zugfestigkeit, desto stärker die Dehnungsverformungsfähigkeit des Materials, desto größer das Potenzial zur Energieabsorption.
In der Praxis darf das für Körperschutz verwendete Material jedoch keine übermäßige Verformung aufweisen, daher muss die für Körperschutz verwendete Faser auch eine höhere Verformungsbeständigkeit aufweisen, dh einen hohen Modul. Der Einfluss der Struktur des Garns auf die ballistische Widerstandsfähigkeit beruht auf der unterschiedlichen Nutzungsrate der Einzelfaserfestigkeit und der Gesamtdehnungsfähigkeit des Garns aufgrund unterschiedlicher Garngewebe. Der Reißvorgang des Garns hängt zunächst vom Reißprozess der Faser ab, da es sich jedoch um ein Aggregat handelt, gibt es einen großen Unterschied im Reißmechanismus. Wenn die Feinheit der Faser fein ist, ist die Verflechtung im Garn stärker und die Kraft gleichmäßiger, wodurch die Festigkeit des Garns erhöht wird. Darüber hinaus haben die Geradheit und Parallelität der Faseranordnung im Garn, die Anzahl der Übergänge der inneren und äußeren Lagen sowie die Drehung des Garns einen wichtigen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Garns, insbesondere auf die Zugfestigkeit und Dehnung in der Pause. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Garn und dem Garn und dem Garn und dem elastischen Körper während des Beschussvorgangs haben die Oberflächeneigenschaften des Garns außerdem den Effekt, die obigen beiden Effekte zu verstärken oder zu schwächen. Das Vorhandensein von Öl und Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Garns verringert den Widerstand von Kugeln oder Schrapnells, das Material zu durchdringen, so dass Menschen das Material oft reinigen und trocknen müssen und nach Wegen suchen, die Durchschlagsfestigkeit zu verbessern. Synthetische Fasern mit hoher Zugfestigkeit und hohem Modul sind in der Regel stark orientiert, sodass die Faseroberfläche glatt und der Reibungskoeffizient niedrig ist. Wenn diese Fasern in kugelsicheren Geweben verwendet werden, ist die Fähigkeit, Energie zwischen den Fasern nach dem Beschuss zu übertragen, schlecht, und die Spannungswelle kann sich nicht schnell ausbreiten, wodurch die Fähigkeit des Gewebes, Geschosse zu blockieren, verringert wird. Gewöhnliche Verfahren zur Erhöhung des Oberflächenreibungskoeffizienten, wie Aufrauen und Koronaveredelung, verringern die Festigkeit der Faser, während das Verfahren der Gewebebeschichtung leicht das"Schweißen" zwischen den Fasern und den Fasern, wodurch die Kugelstoßwelle im Garn entsteht. Die Reflexion erfolgt seitlich, wodurch die Faser vorzeitig bricht. Um diesen Widerspruch aufzulösen, haben sich die Menschen verschiedene Methoden einfallen lassen. AlliedSignal (AlliedSignal) hat eine luftgewickelte Behandlungsfaser auf den Markt gebracht, die den Kontakt zwischen Geschoss und Faser durch Verwicklung der Faser im Garn erhöht.
Im US-Patent Nr. 5,035,111 wird ein Verfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten von Garnen unter Verwendung von Mantel-Kern-Strukturfasern eingeführt. Das"Kern" dieser Faser ist eine hochfeste Faser, und die"Haut" verwendet eine Faser mit einer etwas geringeren Festigkeit und einem höheren Reibungskoeffizienten. Letztere machen 5 bis 25 % aus. Das von einem anderen US-Patent 5255241 erfundene Verfahren ist diesem ähnlich. Es überzieht die Oberfläche der hochfesten Faser mit einer dünnen Schicht aus einem Polymer mit hoher Reibung, um die Fähigkeit des Gewebes zu verbessern, dem Eindringen von Metall zu widerstehen. Diese Erfindung betont, dass das Beschichtungspolymer eine starke Haftung an der Oberfläche der hochfesten Faser aufweisen sollte, da ansonsten das Beschichtungsmaterial, das sich beim Beschuss ablöst, als Festschmierstoff zwischen den Fasern wirkt, wodurch die Oberfläche der Faser verringert wird. Reibungskoeffizient. Neben den Fasereigenschaften und den Garneigenschaften ist die Struktur des Gewebes ein wichtiger Faktor, der die Durchschusshemmung von Körperpanzern beeinflusst. Zu den Gewebestrukturtypen, die bei der Software-Schutzweste verwendet werden, gehören Gestricke, Webstoffe, Vliesstoffe, Nadelvliese usw. Gestrickte Stoffe haben eine höhere Dehnung, was den Tragekomfort verbessert. Aber diese Art von hoher Dehnung, die für die Schlagfestigkeit verwendet wird, führt zu großen nicht durchdringenden Schäden. Da Strickwaren außerdem anisotrope Eigenschaften aufweisen, weisen sie in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Schlagzähigkeitsgrade auf. Obwohl Strickwaren Vorteile hinsichtlich der Produktionskosten und der Produktionseffizienz aufweisen, sind sie daher im Allgemeinen nur für die Herstellung von stichfesten Handschuhen, Fechtanzügen usw. geeignet und können nicht vollständig für Körperschutz verwendet werden. Die am weitesten verbreiteten Körperschutzausrüstungen sind gewebte Stoffe, nicht schussfähige Stoffe und genadelte Vliesstoffe. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur haben diese drei Gewebearten unterschiedliche kugelsichere Mechanismen, und die Ballistik kann noch keine ausreichende Erklärung liefern. Im Allgemeinen erzeugt das Geschoss nach dem Auftreffen auf das Gewebe eine radiale Vibrationswelle im Bereich des Auftreffpunktes und breitet sich mit hoher Geschwindigkeit durch das Garn aus.
Wenn die Vibrationswelle den Verflechtungspunkt des Garns erreicht, wird ein Teil der Welle entlang des ursprünglichen Garns auf die andere Seite des Verwebungspunkts übertragen, ein anderer Teil wird auf die Innenseite des verflochtenen Garns übertragen und ein Teil wird reflektiert entlang des ursprünglichen Garns. Gehen Sie zurück und bilden Sie eine reflektierte Welle. Unter den obigen drei Arten von Stoffen weist der gewebte Stoff die meisten Verwebungspunkte auf. Nach dem Auftreffen des Geschosses kann die kinetische Energie des Geschosses durch das Zusammenwirken der Fäden an der Verflechtungsstelle übertragen werden, so dass die Aufprallkraft des Geschosses oder Schrapnells in einem größeren Bereich absorbiert werden kann. . Gleichzeitig spielt der Verflechtungspunkt jedoch unsichtbar die Rolle eines festen Endes. Die am festen Ende gebildete reflektierte Welle und die ursprünglich einfallende Welle überlagern sich in der gleichen Richtung, was die Streckwirkung des Garns stark verbessert und bricht, wenn seine Bruchfestigkeit überschritten wird. Außerdem können einige kleine Schrapnells ein einzelnes Garn im Gewebe wegdrücken, wodurch der Eindringwiderstand des Schrapnells verringert wird. Innerhalb eines bestimmten Bereichs kann, wenn die Dichte des Gewebes erhöht wird, die Möglichkeit der obigen Situation verringert und die Festigkeit des Gewebes verbessert werden, aber der negative Effekt der Reflexion und Überlagerung der Spannungswelle ist erweitert. Theoretisch besteht die beste Schlagzähigkeit darin, unidirektionale Materialien ohne Verflechtungspunkte zu verwenden. Dies ist auch der Ausgangspunkt des"Schild" Technologie."Schild" Technologie, oder"unidirektionales Array" Technologie, ist ein Verfahren zur Herstellung hochleistungsfähiger, kugelsicherer Verbundwerkstoffe, das 1988 von der United Signal Corporation eingeführt und patentiert wurde. Das Recht zur Nutzung dieser patentierten Technologie wurde auch dem niederländischen Unternehmen DSM eingeräumt. Das mit dieser Technologie hergestellte Gewebe ist ein schussfreies Gewebe. Der nicht schussfähige Stoff wird hergestellt, indem die Fasern parallel in einer Richtung angeordnet und mit einem thermoplastischen Harz verbunden werden. Gleichzeitig werden die Fasern zwischen den Schichten gekreuzt und mit einem thermoplastischen Harz verpresst.
Die meiste Energie einer Kugel oder eines Schrapnells wird durch das Strecken und Brechen der Fasern am oder in der Nähe des Einschlagpunkts absorbiert. Das"Schild" Gewebe kann die ursprüngliche Festigkeit der Faser weitestgehend beibehalten und die Energie schnell auf eine größere Fläche verteilen, und das Verarbeitungsverfahren ist relativ einfach. Das einlagige Nicht-Schuss-Gewebe kann nach dem Laminieren als Rückgratstruktur der weichen Körperpanzerung verwendet werden, und das mehrlagige Material kann als hartes kugelsicheres Material wie kugelsichere verstärkte Einsätze verwendet werden. Wenn bei den beiden oben genannten Gewebearten der größte Teil der Projektilenergie von den Fasern am Auftreffpunkt oder in der Nähe des Auftreffpunkts durch übermäßiges Strecken oder Durchstechen zum Brechen der Fasern absorbiert wird, dann ist der genadelte Vliesfilz Der kugelsichere Mechanismus des Strukturgewebe kann nicht erklärt werden.
Denn Versuche haben gezeigt, dass es beim Nadelvlies kaum zu Faserbrüchen kommt. Der genadelte Vliesstoff besteht aus einer großen Anzahl kurzer Fasern, es gibt keinen Verflechtungspunkt und es gibt fast keine Festpunktreflexion der Dehnungswelle. Die kugelsichere Wirkung hängt von der Diffusionsgeschwindigkeit der Kugelaufprallenergie im Filz ab. Es wurde beobachtet, dass sich nach einem Schrapnelltreffer eine Fasermaterialrolle an der Spitze des Fragment Simulating Projectile (FSP) befand. Daher wird vorhergesagt, dass der Projektilkörper oder Schrapnell im Anfangsstadium des Aufpralls stumpf wird, was das Durchdringen des Gewebes erschwert. Viele Forschungsmaterialien haben darauf hingewiesen, dass der Fasermodul und die Filzdichte die Hauptfaktoren sind, die die ballistische Wirkung des gesamten Gewebes beeinflussen. Nadelvliesfilze werden hauptsächlich in militärischen kugelsicheren Westen verwendet, die hauptsächlich aus kugelsicheren Blättern bestehen.
