Puolustustekniikka – kokeellinen tutkimus kevlarin luodinkestokyvystä, eri painoista ja kerrosten lukumäärästä 9 mm:n ammusten kanssa

2.1.Ballistinen geeli

Ballistinen geeli oli valmistettu maustamattomasta gelatiinista.Geelin tiheyden ja koostumuksen on oltava sama kuin Federal Bureau of Investigationin (FBI) käyttämä.Saman johdonmukaisuuden saavuttamiseksi noudata kohdassa Ref.[30] noudatettiin ja se on testattu viitejulkaisussa kuvattujen standardien mukaisesti.[31].

8 kupillista (250 ml) maustamatonta gelatiinijauhetta (noin 1,25 kg) sekoitetaan 8 litraan vettä (1 osa gelatiinia jokaista 4 osaa vettä kohti), kunnes kaikki jauhe on liuennut.Kun liuos oli kaadettu astioihin (edellä olevaan seokseen käytettiin 2 x 5 litran astioita), liuoksen päälle kaadettiin 5 tippaa eteeristä öljyä (kanelilehden eteeristä öljyä) ja sekoitettiin varovasti siihen.Eteerisen öljyn syynä on antaa liuoksessa olevien kuplien haihtua ja antaa ballistiselle geelille paremman tuoksun.Liuos asetetaan jääkaappiin sijoitettuihin astioihin.Ballistinen geeli oli käyttövalmis 36 tuntia valmistuksen jälkeen ja sitten se käärittiin sellofaanikääreeseen.Video, joka näyttää ballistisen geelin valmistamisen yksityiskohdat, on saatavilla osoitteestahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Ballistisen geelin tiheydeksi laskettiin 996 km/m3(99,6 % veden tiheydestä).Ihmisen veren, rasvan ja lihasten keskimääräinen tiheys [32], joka on ihmislihan koostumus, on 1004 kg/m3.0,8 %:n eroa tiheyksissä pidetään hyväksyttävänä ballistisen geelin jäljittelemään ihmiskehon lihaa.

2.2.Kevlar näytteet

Testeissä käytettiin kolmea Kevlar-kangaspainoa, 160 GSM, 200 GSM ja 400 GSM.Koska kevlaria voidaan käyttää kudottavana materiaalina, materiaalin lujuutta voitaisiin hyödyntää 0-90 suunnassa.Näytteet pinottiin -45/+45 (quasi-isotrooppinen) orientaatiolla, joka absorboi enemmän energiaa törmäyksessä kuin 0-90 suuntausta pinottuina päällekkäin [33].Testeissä käytetyt näytteet tehtiin 3 kerroksen kerrannaisina, jolloin jokainen näyte kerrostettiin järjestyksessä 90/±45/90.Kun kaksi tai kolme näytettä asetettiin päällekkäin, tehtiin se niin, että yhden näytteen viimeinen kerros asetettiin 45° kulmaan seuraavan näytteen seuraavaan kerrokseen nähden.

Kevlar-arkit jaettiin ja leikattiin A4-kokoisiksi arkeiksi, jotta ne valmistettiin sitomaan yhteen käyttämällä suositeltua epoksihartsia ja kovetinta.Näytteet jätettiin kuivumaan.Näytteet leikattiin hartsin kovettumisen jälkeen ja pultattiin toisiinsa ja asetettiin paikoilleen suoritettavia kokeita varten.

Ballistiset testit suoritettiin käyttämällä kahta erilaista ammusta, nimittäin 9 mm Parabellum (lyhyesti P tai Para) kaliiperin täysmetallivaippaa (FMJ) ja vaipallista onttoa kärkeä (JHP).Näytteiden testaamiseen käytetty menetelmä kuvataan seuraavassa:

• 1)

• Ampuma-aseiden kronografi asennettiin mittaamaan luodin nopeuksia.Kronografi sijoitettiin 2 metrin päähän ampuma-aseiden suusta, jotta suonliekki ei antaisi virheellisiä lukemia.

• 2)

• Perusviivatesti suoritettiin luodin nopeuden määrittämiseksi suoraan ballistiseen geeliin.Kineettisen energian yhtälö
  E=(1/2)mv2

  Käytettiin määrittämään ballistiseen geeliin tunkeutuvan energian ja etäisyyden.

• 3)

• TheKevlarnäytteet asetettiin sitten ballistisen geelin eteen ja tämä sijoitettiin 1 metrin päähän kronografista.Syy 1 m:n etäisyydelle on toistaa pahin tapaus, jossa henkilö tai esine ammutaan lähietäisyydeltä.

• 4)

• Näyte ammuttiin niin, että ammus meni kronografin läpi sen alkunopeuden määrittämiseksi.Tämän jälkeen näyte tunkeutuu ja ammus asetetaan ballistiseen geeliin.Testien nopeuksia käytettiin ankeskinopeuslukema, jota käytettiin arvojen päivittämiseen vaiheessa 2.

• 5)

• Ballistiseen geeliin tunkeutumisetäisyys mitattiin ja kirjattiin.

• 6)

• Vaihe 2 toistettiin jokaiselle testeissä käytetylle ammustyypille.Vaihe 3 - vaihe 5 toistettiin jokaiselle Kevlar-näytteelle.Testi tietyllä ammuksella toistettiin, jos ammus ei kulkenut suoraan ballistisen geelin sisällä tai jos se tunkeutui Kevlar-näytteeseen alueella, jota ei pidetty rakenteellisesti terveenä.

Kolmikerroksisilla näytteillä 9 mm Parabellum FMJ -ammukset kulkivat hieman vähemmän verrattuna koteloon, jossa ei ollut Kevlaria.Onttokärkiset ammukset kulkivat pidemmälle verrattuna kevlar-koteloon.9 mm:n Parabellum-ammus (numero 4) ei muotoutunut paljon, mutta messinkivaippa alkoi repiä ammusta irti.

Testit, jotka suoritettiin kuudella 160 GSM Kevlar-kerroksella, osoittivat, että 9 mm:n Parabellum onttokärkiset ammukset menivät pidemmälle verrattuna Kevlar-läpäisytesteihin, joissa ammus numero 4 meni lähes samalla etäisyydellä kuin FMJ-ammus.

160 GSM Kevlarin 9 kerroksen kanssa geelissä olevien ammusten kulkemat vastaavat etäisyydet osoittivat, että ammukset numerot 1, 3 ja 4 menivät pidemmälle sen jälkeen, kun se oli läpäissyt 9 160 GSM Kevlar-kerrosta verrattuna ballistiseen ammukseen ammuttuihin ammuksiin. geeli (ei kevlaria).

Testit, jotka suoritettiin 12 kerroksella 160 GSM Kevlaria, osoittavat, että kaikkien ammusten tunkeutumissyvyyden trendi on laskeva verrattuna 9 kerrokseen.

Kuten näkyyKuva 3, ammusten tunkeutumissyvyydet vaihtelevat syvyyden mukaan kerrosten lukumäärän kasvaessa, mutta laskua havaitaan 9 kerroksesta 12 kerrokseen kaikissa tapauksissa.Havaittiin, että onttokärkiset ammukset tunkeutuivat Kevlar-kerrosten läpi ja prosessissa ontto kärki tukkeutui Kevlar-materiaalilla.Kun nämä onttokärkiset ammukset saavuttavat ballistisen geelin, ne toimivat samalla tavalla kuin FMJ-ammus.Edellä mainitusta syystä käytettyjen Kevlar-näytteiden kanssa ammukset tunkeutuivat syvemmälle ballistiseen geeliin verrattuna ilman kevlaria tehtyihin testeihin.Ainoastaan ​​kerran, kun riittävä määrä Kevlar-kerroksia tunkeutui riittävän energian absorboimiseksi, ammus osoitti ballistiseen geeliin heikentyneen tunkeutumisen ominaisuuksia.Tämä ominaisuus havaittiin muissa testeissä eri painoilla Kevlarilla, kuten tässä artikkelissa on esitetty.

3.4.200 GSMKevlar

200 GSM Kevlar -testiä suoritettiin näytteillä, joissa oli 3, 6, 9, 12 ja 15 kerrosta.Koska luodinkestävissä liiveissä käytetään yleisesti 200 GSM Kevlaria, päätettiin tehdä testit 15 kerroksella.Ballistiseen geeliin tunkeutumisen tulokset on esitetty kohdassaKuva 4.

Kolmella 200 GSM Kevlar-kerroksella tehdyt testit osoittavat, että 9 mm:n Parabellum FMJ -ammukset menivät ballistisen geelin läpi ja niiden kulkemat etäisyydet verrattuna no Kevlar -koteloon eivät vähentyneet.9 mm:n onttokärkiset Parabellum-ammukset levisivät odotetusti, ja 9 mm:n Parabellum-ammuksessa numero 4 oli messinkivaippa työnnettynä ballistiseen geeliin, mutta lyijyammus jatkui ja pysähtyi kuten kuvattiinKuva 4.

Kuuden kerroksen 200 GSM Kevlarilla havaittiin, että ammuksen 1 tunkeutumisetäisyys ballistiseen geeliin pieneni, kun taas ammukset 2, 3 ja 4 menivät pidemmälle ballistiseen geeliin verrattuna ei-kevlar-koteloon.

Testit, jotka suoritettiin 9 kerroksella 200 GSM Kevlaria, osoittavat, että ammus numero 2 kulki syvemmälle ballistiseen geeliin verrattuna ei-kevlar-koteloon.Havaittiin, että ammusten 3 ja 4 kevlar oli tukkeutunut onttoon kärkeen, mikä esti sitä leviämästä.Ammus 3 ja 4 kulki syvemmälle ballistiseen geeliin läpäistyään 9 kerrosta 200 GSM-kevlaria verrattuna ei-kevlar-koteloon.

Testeissä, jotka suoritettiin 12 kerroksella 200 GSM Kevlaria, havaittiin, että 9 mm:n Parabellum FMJ -ammukset, numerot 1 ja 2, olivat läpäisyn jälkeen litteämpiä.Ammus numero 4, vaikka se ei paljon levinnyt Kevlarilla tukkeutuneen onton kärjen kanssa, litistyi enemmän päähän.Ammus numero 3 ei sieni juurikaan, mutta oli näyttöä pään kärjen muodonmuutoksesta.

Testeissä, jotka suoritettiin 15 kerroksella 200 GSM Kevlaria, molemmat FMJ-ammukset osoittivat sienikasvun merkkejä.Ammusnumerot 1 ja 2 osoittavat ballistiseen geeliin tunkeutumissyvyyden pienenemistä verrattuna kevlar-koteloon.Tässä tapauksessa Kevlar-kerrokset pysäyttivät ammukset 3 ja 4.

Kuten näkyyKuva 4, kun otetaan huomioon pisteiden väliset keskiarvot, se näyttää osoittavan lineaarista gradienttia, jossa ballistiseen geeliin tunkeutuminen vähenee, kun noin 6 200 GSM Kevlarin kerroksen huippu on saavutettu.200 GSM Kevlar näyttää parempaa suorituskykyä verrattuna 160 GSM Kevlariin, kuten odotettiin.200 GSM Kevlarin 15 kerroksessa ammukset 3 ja 4 on pysäytetty, mutta ei ammuksia 1 ja 2. Keskimääräisen gradientin jälkeen on arvioitu, että ammukset numero 1 ja 2 pysäytetään käyttämällä mahdollisesti 18 ja 21 kerrosta. 200 GSM Kevlar, vastaavasti.

• 400 GSM Kevlar -testit suoritettiin käyttämällä 3-, 6-, 9- ja 12-kerroksisia näytteitä, kuten julkaisussa esitetyt tulokset osoittavat.Kuva 5.

4. Tulosten analysointi ja keskustelu

Kuva 6näyttää erilaisten ammusten tunkeutumissyvyyden vertailun 3 kerrokseen 160 GSM, 200 GSM ja 400 GSM Kevlar.Kuten näkyyKuva 69 mm Parabellum onttokärkisten ammusten kanssa 3 kerrosta 200 GSM Kevlar pysäytti ammukset lyhimmälle etäisyydelle.3 kerrosta 400 GSM ja 160 GSM Kevlar pysäytti ammukset 1 ja 2 vastaavasti eniten.

Kuva 7,Kuva 9osoittavat, että eri ammuksilla ei ole samanlaisia ​​ominaisuuksia kahdelle eri määrälle samanlaisen GSM:n kerroksia.Esimerkki on 12 kerrosta 200 GSM kevlaria ja 6 kerrosta 400 GSM kevlaria.Molemmissa näytteissä on yhteensä 2400 GSM-kevlaria.Näitä kahta erilaista näytettä verrattaessa ne eivät vähennä ammusten etäisyyttä saman verran.Samanlaisia ​​korrelaatioita ja johtopäätöksiä voidaan havaita 3 kerroksesta 400 GSM Kevlar ja 6 kerrosta 200 GSM Kevlar.Jokaisessa näistä tapauksista on 1200 GSM-näytettä, mutta niillä ei ole samanlaisia ​​ominaisuuksia tuloksissa.

Keskimääräiset käyrät ammuksille 1 ja 2, esitetty kohdassaKuva 4, osoittavat, että ammukset pysähtyvät 6 ja 7 kerrannaisina 200 GSM Kevlarin 3 kerroksen kanssa (eli 18 ja 21 kerrosta 200 GSM Kevlaria).On olemassa suuntaus, joka noin kaksinkertaistaa tarvittavien Kevlar-kerrosten lukumäärän verrattuna todelliseen vaurioituneeseen Kevlariin ammusten pysäyttämiseksi.Kun 200 GSM-kevlaria on 18 ja 21 kerrosta, ammukset 1 ja 2 pysähtyvät noin 9 ja 10 kevlar-kerrokseen.Tämä kerrosten määrä korreloi niiden Kevlar-kerrosten lukumäärän kanssa, jotka kaupallisesti saatavilla olevat Kevlar-luotiliivit sisältävät.

Muutamia kohteita viitteellesi:

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-vip-police-concealable-light-weight.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/high-quality-military-use-tactical-armor.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-ballistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/bulletproof-vest-fdy3r-sk15.html

Videoita viitteellesi:

https://www.youtube.com/watch?v=Zc-HYAXSaqs

https://www.youtube.com/watch?v=YtBaebU7CTw

5. Johtopäätökset

160 GSM, 200 GSM ja 400 GSM vertailutKevlarballistisen iskun alla on tehty ballistisilla testeillä, jotka on suoritettu 9 mm Parabellum-ammuksilla ja eri kevlar-kerroksilla.Havaittiin, että muutama kerros Kevlaria ei pysäytä ammuksia, vaan pikemminkin pakottaa ammukset kulkemaan syvemmälle ballistiseen geeliin.Vasta kun kerrosten lukumäärää on lisätty, havaittiin ammuksen tunkeutumisen lasku ballistiseen geeliin.Syy tähän tunkeutumishuippuun, erityisesti onttokärkisten ammusten kohdalla, johtui siitä, että reikä täyttyi Kevlar-materiaalilla ja sai sen toimimaan FMJ-ammuksena.Samanlaisia ​​keskimääräisiä negatiivisia gradientteja havaittiin FMJ:n ja onton pisteen ammusten välillä, kun huippu oli saavutettu.

Yhteenvetona tämän asiakirjan panoksesta voidaan päätellä:

• 1)

• Ballistisella geelillä kerrostetun 160 GSM, 200 GSM ja 400 GSM Kevlarin eri kerrosten tehokkuutta tutkittiin ja havaittiin, että 200 GSM Kevlar oli tehokkaampi pysäyttämään 9 mm Parabellum-ammus.

• 2)

• Havaittiin, että ei ole lineaarista suhdetta kahden erityyppisen kevlarin välillä, joilla on eri painot (kuten 200 GSM ja 400 GSM Kevlar), jotka on kerrostettu siten, että niillä on sama yhdistetty paino.

• 3)

• Testattiin neljää eri tyyppiä 9 mm:n Parabellum-ammuksia, ja niiden tunkeutumissyvyydet ballistiseen geeliin tunnistettiin eri kevlar-kerroksille.

• 4)

• Arvioitiin, että 9 mm:n Parabellum-ammuksista, joita käytetään yleisimmin ympäri maailmaa, ammuksen pysäyttämiseen tarvitaan vähintään 21 kerrosta 200 GSM Kevlaria.On ehdotettu, että varotoimenpiteenä sisällytetään ylimääräinen turvallisuustekijä, koska tunkeutuminen riippuu myös ammuksen profiilista.

Edellä esitettyjen eripainoisten Kevlar-kerrosten ominaisuuksien tulosten perusteella toivotaan, että näitä ominaisuuksia voidaan käyttää turvallisten ja tehokkaiden luodinkestäviä liivejä kehitettäessä ja suunniteltaessa.

Yleinen suuntaus, että kevlar-kerrosten määrää tarvitaan kaksinkertainen verrattuna todelliseen vaurioituneiden kerrosten määrään, kannattaisi tutkia jatkotutkimuksissa eri ammusten kanssa.Tulevaisuuden tutkimukset pystyisivät myös osoittamaan pienemmän kaliiperin ammusten ja ammusten tunkeutumisvaikutuksen Kevlariin verrattuna 9 mm:n para-ammuksiin.Vastaavasti tuleva tutkimus pystyy tunnistamaan, kuinka erilaiset ammukset ja ammukset läpäisevät 200 GSM Kevlarin, kuten vain luodinkestävissä liiveissä käytetyn kevlarin.Onttokärkisten ammusten tunkeutuessa syvemmälle ballistiseen geeliin sen jälkeen, kun ontto kärki on tukkeutunut Kevlarilla, havaitut ominaisuudet mahdollistaisivat tulevaisuuden tutkimusten avulla selvittämisen, koittaisiko vastaava vaikutus skenaariossa, jossa ammus tunkeutuisi vaatteiden läpi ennen lihan tunkeutumista. .

Kiitokset

Tutkimus on osittain rahoitettuKansallinen tutkimussäätiö.Seuraavia yrityksiä ja henkilöitä kiitämme avusta, opastuksesta ja tilojensa käytöstä aakkosjärjestyksessä: Borrie Bornman, John Evans, ampuma-aseiden pätevyyden arviointi- ja koulutuskeskus (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (tuliasekauppias ja aseseppä;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), River Valley Farm & Nature Reserve (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David ja Natasha Robert, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Southern Sky Operations (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis ja Leonie Stopforth.On huomattava, että tämän artikkelin kirjoittajien mielipiteet eivät välttämättä ole edellä mainittujen yritysten, organisaatioiden ja henkilöiden mielipiteitä.Kirjoittajat eivät saaneet taloudellista hyötyä suoritetuista testeistä.