Helmedau gwrth-bwled yn defnyddio ffibrau uwch.

Mae'r ffibrau polyamid aromatig a ddefnyddir ym maes amddiffyn balistig yn bennaf yn cynnwys para-aramid (aramid 2) ac aramid heterocyclic (aramid 3).

Cymhwyswyd para-aramid gyntaf gan Fyddin yr UD ym maes amddiffyniad balistig. Defnyddiwyd para-aramid fel ffibr atgyfnerthu i ddatblygu deunyddiau cyfansawdd, gan ddisodli deunyddiau metel ar gyfer gweithgynhyrchu helmedau gwrth-bwled. Mae arfer wedi dangos, oherwydd priodweddau rhagorol para-aramid ei hun, megis cryfder uwch-uchel, modwlws uchel, a dwysedd isel, mae perfformiad balistig ei ddeunyddiau cyfansawdd yn sylweddol well na helmedau dur, tra'n cyflawni helmedau gwrth-fwled ysgafn. .

Ar hyn o bryd, mae'r helmedau gwrth-bwled a ddefnyddir fwyaf yn y byd yn dal i gael eu gwneud o bara-aramid. Fodd bynnag, mae gan bara-aramid rai diffygion hefyd. Er enghraifft, o dan amlygiad golau uwchfioled, bydd cadwyni macromoleciwlaidd para-aramid yn torri, gan arwain at ostyngiad sylweddol mewn perfformiad amddiffynnol. Ar hyn o bryd, mae cynhyrchion para-aramid a gynhyrchir yn ddiwydiannol yn bennaf yn cynnwys Kevlar o DuPont yn yr Unol Daleithiau, Twaron o Teijin yn Japan, Heracron o Kolon yn Ne Korea, a Taparon o Yantai Tayho Advanced Materials Co, Ltd yn Tsieina.

Gellir addasu para-aramid yn strwythurol trwy gyflwyno strwythur benzimidazole i ddatblygu aramid heterocyclic. Mae gan aramid heterocyclic nid yn unig briodweddau mecanyddol gwell na phara-aramid ond mae hefyd yn gwella diffygion ymwrthedd gwael para-aramid i olau uwchfioled, gan ehangu ei ystod ymgeisio. Mae Tsieina wedi datblygu helmedau gwrth-bwled wedi'u gwneud o aramid heterocyclic. O'i gymharu â helmedau para-aramid sydd â'r un lefel o amddiffyniad, gellir lleihau eu pwysau 20% i 30%.

Daeth ffibr UHMWPE allan yn y 1970au. Ei gryfder tynnol yw'r uchaf ymhlith yr holl ffibrau perfformiad uchel diwydiannol. Mae ei gryfder yn fwy na aramid ac mae ei ddwysedd yn is nag aramid.

Ar ddechrau'r 21ain ganrif, er mwyn lleihau ymhellach y màs o helmedau bulletproof, dechreuodd y Fyddin yr Unol Daleithiau ddefnyddio ffibr UHMWPE i ymchwilio a datblygu helmedau bulletproof. Gan nad oes gan ffibr UHMWPE unrhyw rym mawr rhwng moleciwlau ffibr a dim grwpiau gweithredol ar yr wyneb, mae'n anodd ffurfio rhyngwyneb bondio da gyda'r matrics pan gaiff ei ddefnyddio fel atgyfnerthiad cyfansawdd. Felly, fe'i gwneir amlaf yn ffabrigau UD. Mae Karthikeyan et al. defnyddio ffibr UHMWPE a polywrethan i baratoi ffabrigau UD, a chanfod bod gan y ffabrig UD gyda phatrwm lamineiddio o 0 gradd /90 gradd y perfformiad balistig gorau.

Ar hyn o bryd, mae astudiaethau hefyd ar addasu wyneb ffibrau UHMWPE i wella priodweddau bondio'r rhyngwyneb â'r matrics resin. Defnyddiodd arbrofwyr amrywiaeth o ddulliau ffisegol a chemegol i addasu ffibrau UHMWPE. Canfu'r astudiaeth fod gan wahanol ddulliau addasu eu manteision a'u hanfanteision eu hunain: gall y dull triniaeth drydanol gyflawni triniaeth addasu parhaus, ond mae perfformiad bondio wyneb y ffibr UHMWPE wedi'i drin Mae'r gwanhad yn ddifrifol; mae'r dull trin plasma yn cael effaith addasu sylweddol, ond mae'n ddrud ac yn anodd ei brosesu'n barhaus; nid yw'r dull ysgythru cemegol yn gyfeillgar i'r amgylchedd a gall niweidio priodweddau mecanyddol y ffibr ei hun yn hawdd; nid yw'r dull addasu ffotograffio arwyneb yn cael fawr o effaith ar yr eiddo ffibr a'r addasiad Mae adlyniad wyneb y ffibr ôl-ffibr wedi'i wella'n sylweddol, ond mae problemau megis cost uchel ac anhawster prosesu parhaus.

Yn ogystal, mae ymwrthedd ymgripiad ffibr UHMWPE yn wael, a bydd gan y cynhyrchion gwrth-balistig a wneir ohonynt dolciau cefn difrifol ar ôl cael eu heffeithio gan falisteg. Hynny yw, bydd cefn y deunydd balistig-brawf yn cael ei doncio ar ôl cael ei ddadffurfio gan effaith arfben. Mewn ymateb i'r sefyllfa hon, cynyddir modwlws tynnol ffibr UHMWPE trwy gynyddu'r pwysau moleciwlaidd cymharol a newid y broses ddrafftio, ac mae'n lleihau problem concavity cefn yn ei gynhyrchion.

Mae ffibr PBO yn ddeunydd atgyfnerthu cyfansawdd a ddatblygwyd yn yr Unol Daleithiau yn yr 1980au ar gyfer datblygiad y diwydiant awyrofod.

Wrth gymharu amsugno ynni ffibr PBO, ffibr aramid, ffibr polyarylacetate a deunyddiau cyfansawdd ffibr carbon, canfuwyd y gall deunyddiau cyfansawdd PBO amsugno mwy o egni mewn effaith dreiddgar a bod ganddynt botensial mawr ym maes amsugno ynni bulletproof.

Ar ben hynny, mae ymwrthedd ymgripiad a modwlws ffibr PBO hefyd yn fwy na'r rhan fwyaf o ffibrau perfformiad uchel a ddefnyddir yn y maes atal bwled.

Fodd bynnag, mae gan ffibr PBO rai problemau hefyd fel ffibr atgyfnerthu ar gyfer deunyddiau cyfansawdd, megis anoddefiad i belydrau uwchfioled, ymwrthedd cywasgu gwael, a pherfformiad bondio gwael gyda'r rhyngwyneb resin. Felly, nid yw'n cael ei ddefnyddio'n eang yn y maes bulletproof.

Dangosir strwythurau moleciwlaidd ffibrau PIPD a ffibrau PBO yn Ffigur 4. Gellir gweld bod strwythurau moleciwlaidd y ddau yn debyg, ond mae strwythur grid bondio hydrogen tri dimensiwn unigryw ffibr PIPD yn rhoi gwell perfformiad bondio rhyngwyneb, echelinol. perfformiad cywasgu a modwlws tynnol mwy.

Dangosir cymhariaeth o brif baramedrau perfformiad sawl ffibr perfformiad uchel cyffredin yn Nhabl 1.

Gyda datblygiad a newidiadau'r amseroedd, mae gan bobl ofynion uwch ac uwch ar gyfer perfformiad bulletproof helmedau bulletproof, ac ni all deunyddiau cyfansawdd sengl atgyfnerthu ffibr ddiwallu anghenion diogelu cynhyrchion mwyach. Mae gan wahanol ffibrau perfformiad uchel nodweddion gwahanol, felly mae systemau ffibr hybrid wedi denu sylw yn raddol. Hybridization yw cymysgu ffibrau perfformiad uchel â nodweddion gwahanol i baratoi deunyddiau cyfansawdd, a all roi eiddo gwell i ddeunyddiau cyfansawdd. Gall cymhareb cymysgu ffibr da a system strwythurol hybrid wella ymwrthedd balistig deunyddiau cyfansawdd yn fawr.

Bydd profwyr yn cymysgu aramid para-aramid a heterocyclic mewn gwahanol gyfrannau, ac yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd sy'n cynnwys aramid heterocyclic fel yr wyneb balistig a'r wyneb cefn i gynnal profion perfformiad balistig.

Mae'r canlyniadau'n dangos, pan ddefnyddir y deunydd cyfansawdd sy'n cynnwys aramid heterocyclic fel yr wyneb balistig, mae'r cyflymder terfyn balistig V50 yn fwy, ac mae hyn yn fwy amlwg pan fo ffracsiwn màs yr aramid heterocyclic yn y cyfansawdd yn 30% i 70%. Wrth i faint o aramid heterocyclic gynyddu, mae anffurfiad yr helmed gwrth-bwled ar ôl cael ei tharo yn lleihau. Defnyddiodd y profwyr ddeunyddiau cyfansawdd UHMWPE a deunyddiau cyfansawdd ffibr para-aramid fel yr wyneb balistig a'r wyneb pen ôl yn y drefn honno i brofi'r perfformiad balistig. Dangosodd y canlyniadau, pan ddefnyddiwyd deunydd cyfansawdd UHMWPE fel wyneb pen y bêl a defnyddiwyd deunydd cyfansawdd para-aramid fel yr ochr gefn, , pan fydd y perfformiad amddiffyn balistig yn optimaidd, y gymhareb màs o gyfansoddion UHMWPE a chyfansoddion para-aramid yw 50:50;

Pan ddefnyddir y deunydd cyfansawdd para-aramid fel yr wyneb blaen a defnyddir y deunydd cyfansawdd UHMWPE fel yr wyneb cefn, cymhareb màs deunydd cyfansawdd UHMWPE a deunydd cyfansawdd para-aramid yw 70:30 pan fo'r perfformiad amddiffyn balistig yn optimaidd; cymhareb màs y strwythur hybrid deunydd cyfansawdd Mae'r perfformiad balistig yn well na pherfformiad deunyddiau cyfansawdd ffibr sengl.

Defnyddiwyd cyfansoddion ffibr carbon fel yr wyneb balistig, a defnyddiwyd cyfansoddion ffibr gwydr a chyfansoddion para-aramid fel yr wyneb cefn i baratoi ffabrigau cyfansawdd hybrid. Ar ôl profi, canfuwyd bod ymwrthedd balistig y deunyddiau cyfansawdd a gafwyd yn well na ffibr carbon pur, ffibr gwydr pur a chyfansawdd ffibr Sengl pur wedi'i wneud o bara-aramid.

Ar hyn o bryd, mae systemau hybrid ffibr wedi cael eu defnyddio mewn symiau mawr. Gall y system ffibr hybrid hon, a all fanteisio ar wahanol ffibrau perfformiad uchel, helpu i wella perfformiad amddiffynnol offer amddiffynnol balistig ymhellach.

(Mae V50 yn cyfeirio at gyflymder digwyddiad bwled pan fo'r tebygolrwydd o dreiddiad bwled i'r deunydd prawf yn 50%. Mae'n meintioli perfformiad gwrth-fwled y deunydd ac mae'n fynegai cyfeirio ar gyfer gwerthuso perfformiad gwrth-fwled y deunydd. Po fwyaf yw'r V50, y yn well perfformiad gwrth-fwled y deunydd.)