Obrambena tehnologija——Eksperimentalna studija sposobnosti otpornosti na metke od kevlara, različitih težina i broja slojeva, s projektilima od 9 mm

2.1.Balistički gel

Balistički gel napravljen je od želatine bez okusa.Gustoća i konzistencija gela moraju biti jednaki onima koje koristi Federalni istražni ured (FBI).Kako bi se postigla ista konzistencija, upute dane u Ref.[30] su slijedili i testiran je prema standardima opisanim u Ref.[31].

8 šalica (250 ml) želatine u prahu bez okusa (približno 1,25 kg) pomiješa se s 8 L vode (1 dio želatine na svaka 4 dijela vode) dok se sav prah ne otopi.Nakon što je otopina ulivena u posude (za gornju smjesu korištene su posude od 2 × 5 L), u otopinu je preliveno 5 kapi eteričnog ulja (eterično ulje lista cimeta) i lagano umiješano.Razlog za eterično ulje je da omogući raspršivanje mjehurića u otopini i da balističkom gelu da bolji miris.Otopina se stavi u posude postavljene u hladnjak.Balistički gel je bio spreman za korištenje 36 sati nakon izrade, a zatim je zamotan u celofanski omot.Video koji prikazuje detalje za izradu balističkog gela dostupan je nahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Gustoća balističkog gela izračunata je na 996 km/m3(99,6% gustoće vode).Prosječna gustoća ljudske krvi, masti i mišića [32], što je konzistencija ljudskog mesa, iznosi 1004 kg/m3.Razlika od 0,8% u gustoći smatra se prihvatljivom za balistički gel za repliciranje mesa ljudskog tijela.

2.2.Kevlar uzorci

U testovima su korištene tri težine kevlarske tkanine, i to 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Budući da se kevlar može koristiti kao tkani materijal, najveća čvrstoća materijala mogla bi se iskoristiti u orijentaciji 0-90.[33].Uzorci koji su korišteni u ispitivanjima izrađeni su u višestrukim slojevima od 3 sloja, pri čemu je svaki uzorak slojevit u omjeru 90/±45/90.Kada su dva ili tri uzorka postavljena jedan na drugi, to je učinjeno tako da je zadnji sloj jednog uzorka postavljen pod 45° u odnosu na sljedeći sloj sljedećeg uzorka.

Listovi kevlara podijeljeni su i izrezani na listove veličine A4 kako bi se pripremili za međusobno povezivanje pomoću preporučene epoksidne smole i učvršćivača.Uzorci su ostavljeni da se osuše.Uzorci su izrezani nakon što se smola stvrdnula i pričvršćeni jedan za drugi te su postavljeni na mjesto za provođenje testova.

Balistička ispitivanja provedena su s dvije različite vrste streljiva, naime, punim metalnim omotačem (FMJ) i omotanim šupljim vrhom (JHP) kalibra 9 mm Parabellum (P ili skraćeno Para).Metoda korištena za testiranje uzoraka opisana je u nastavku:

• 1)

• Kronograf za vatreno oružje postavljen je za mjerenje brzine metaka.Kronograf je postavljen 2 m od cijevi vatrenog oružja kako bi se spriječilo da plamen cijevi da netočna očitanja.

• 2)

• Proveden je osnovni test kako bi se odredila brzina metka izravno u balistički gel.Jednadžba kinetičke energije
  E=(1/2)mv2

  korišten je za određivanje energije i udaljenosti prodiranja u balistički gel.

• 3)

• TheKevlaruzorci su zatim stavljeni ispred balističkog gela i on je postavljen 1 m od kronografa.Razlog za udaljenost od 1 m je repliciranje najgoreg mogućeg scenarija u kojem je osoba ili objekt pogođen na maloj udaljenosti.

• 4)

• Uzorak je ispaljen s projektilom koji je prolazio kroz kronograf kako bi se odredila njegova početna brzina.Nakon toga, uzorak se probija i projektil se nalazi u balističkom gelu.Brzine testova korištene su za dobivanjeProsječna brzinaočitanje koje je korišteno za ažuriranje vrijednosti u koraku 2.

• 5)

• Izmjerena je i zabilježena udaljenost prodiranja u balistički gel.

• 6)

• Korak 2 je ponovljen za svaku vrstu streljiva korištenog u testovima.Korak 3 do korak 5 ponovljen je za svaki uzorak kevlara.Ispitivanje sa specifičnim streljivom je ponovljeno ako projektil nije putovao ravno unutar balističkog gela ili ako je probio uzorak kevlara u području za koje se smatralo da nije strukturalno zdravo.

S uzorcima od 3 sloja, projektili Parabellum FMJ od 9 mm putovali su nešto manje u usporedbi sa slučajem bez kevlara.Projektili sa šupljim vrhom putovali su dalje u usporedbi s kućištem bez kevlara.Projektil 9 mm Parabellum (broj 4) nije se puno deformirao, ali je mesingani omotač počeo trgati projektil.

Testovi koji su provedeni sa 6 slojeva 160 GSM kevlara pokazali su da su projektili sa šupljom točkom od 9 mm Parabellum otišli dalje u usporedbi s testovima probojnosti bez kevlara s projektilom broj 4 koji je prošao gotovo istu udaljenost kao projektil FMJ.

S 9 slojeva kevlara od 160 GSM, odgovarajuće udaljenosti koje su priješli projektili u gelu pokazale su da su projektili brojevi 1, 3 i 4 otišli dalje nakon što su prošli kroz 9 slojeva kevlara od 160 GSM, u usporedbi s projektilima ispaljenima u balističku gel (bez kevlara).

Testovi provedeni s 12 slojeva 160 GSM kevlara pokazuju da svi projektili pokazuju trend pada dubine prodiranja u usporedbi s 9 slojeva.

Kao što se vidi uSlika 3, dubine prodiranja projektila fluktuiraju s dubinom kako se broj slojeva povećava, a opaža se smanjenje s 9 na 12 slojeva u svim slučajevima.Uočeno je da projektili sa šupljim točkama prodiru kroz slojeve kevlara iu tom procesu šuplji vrh je blokiran materijalom od kevlara.Kada ovi projektili sa šupljim točkama dođu do balističkog gela, ponašaju se na isti način kao FMJ projektili.Zbog gore navedenog razloga s korištenim uzorcima kevlara, projektili su prodrli dublje u balistički gel u usporedbi s testovima obavljenim bez kevlara.Tek nakon što je probijeno dovoljno slojeva kevlara da apsorbira dovoljno energije, projektil je pokazao karakteristike smanjenog prodiranja u balistički gel.Ova je karakteristika uočena u drugim testovima, s različitim težinama kevlara kako je prikazano u ovom radu.

3.4.200 GSMKevlar

Ispitivanja 200 GSM kevlara provedena su s uzorcima od 3, 6, 9, 12 i 15 slojeva.Budući da se 200 GSM kevlar obično koristi za pancirne prsluke, odlučeno je provesti testove s 15 slojeva.Rezultati prodiranja u balistički gel prikazani su uSlika 4.

Testovi provedeni s 3 sloja 200 GSM kevlara pokazuju da su projektili Parabellum FMJ od 9 mm prošli kroz balistički gel i da udaljenosti koje su putovali u usporedbi s kućištem bez kevlara nisu smanjene.Projektili sa šupljim vrhom od 9 mm Parabellum izronili su kao gljiva kao što se očekivalo, a projektil od 9 mm Parabellum broj 4 imao je mesingani omotač zaglavljen u balističkom gelu, ali je vodeći projektil nastavio i stao kao što je zabilježeno uSlika 4.

Sa 6 slojeva kevlara od 200 GSM, uočeno je da se udaljenost prodiranja projektila 1 u balistički gel smanjila dok su projektili 2, 3 i 4 otišli dublje u balistički gel u usporedbi sa slučajem bez kevlara.

Testovi provedeni s 9 slojeva 200 GSM kevlara pokazuju da je projektil broj 2 putovao dublje u balistički gel u usporedbi s kućištem bez kevlara.Uočeno je da su projektili 3 i 4 imali kevlar blokiran u šupljoj točki što ih je spriječilo da se pojave kao gljive.Projektili 3 i 4 putovali su dalje u balistički gel nakon što su probili 9 slojeva kevlara od 200 GSM u usporedbi s kućištem bez kevlara.

S testovima provedenim s 12 slojeva 200 GSM kevlara, uočeno je da su projektili Parabellum FMJ od 9 mm, broj 1 i 2, imali ravniju glavu nakon probijanja.Projektil broj 4, iako nije mnogo izrastao u obliku gljive sa šupljim vrhom blokiranim kevlarom, bio je više spljošten u glavi.Projektil broj 3 nije se mnogo penjao, ali bilo je dokaza da je vrh glave deformiran.

Testovi provedeni s 15 slojeva 200 GSM kevlara, imali su oba FMJ projektila koji pokazuju znakove nicanja.Projektili brojevi 1 i 2 pokazuju smanjenje dubine prodiranja u balistički gel u usporedbi s kućištem bez kevlara.U ovom slučaju, projektili 3 i 4 su zaustavljeni slojevima kevlara.

Kao što se vidi uSlika 4, kada se uzmu u obzir prosjeci između točaka, čini se da ukazuje na linearni gradijent opadajućeg prodiranja u balistički gel koji će se dogoditi nakon što se postigne vrhunac na približno 6 slojeva 200 GSM kevlara.200 GSM Kevlar pokazuje bolje performanse u usporedbi s 160 GSM Kevlarom, kao što se i očekivalo.Na 15 slojeva kevlara od 200 GSM, projektili broj 3 i 4 su zaustavljeni, ali ne i projektili broj 1 i 2. Prateći prosječni gradijent, procjenjuje se da će projektili broj 1 i 2 biti zaustavljeni korištenjem mogućih 18 i 21 sloja 200 GSM kevlar, odnosno.

• Testovi 400 GSM kevlara provedeni su pomoću uzoraka od 3, 6, 9 i 12 slojeva, kao što pokazuju rezultati prikazani uSlika 5.

4. Analiza i rasprava rezultata

Slika 6prikazuje usporedbu dubina prodiranja različitih projektila u 3 sloja kevlara od 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Kao što se vidi uSlika 6, s 9 mm Parabellum šupljim projektilima, 3 sloja 200 GSM kevlara zaustavila su projektile na najkraćoj udaljenosti.3 sloja 400 GSM i 160 GSM kevlara najviše su zaustavila projektile 1, odnosno 2.

Slika 7,Slika 9pokazuju da ne postoje slične karakteristike s različitim projektilima za dva različita broja slojeva sličnog GSM-a.Primjer je 12 slojeva 200 GSM kevlara i 6 slojeva 400 GSM kevlara.Oba ova uzorka imaju ukupno 2400 GSM kevlara svaki.Kada se uspoređuju ova dva različita uzorka, oni ne smanjuju udaljenost projektila za sličan iznos.Slične korelacije i zaključci mogu se uočiti iz 3 sloja 400 GSM kevlara i 6 slojeva 200 GSM kevlara.Svaki od ovih slučajeva ima 1200 GSM uzoraka, ali nemaju slične karakteristike u rezultatima.

Prosječne krivulje za projektile 1 i 2, prikazane naSlika 4, pokazuju da bi se projektili zaustavili sa 6 odnosno 7 višestrukih slojeva 200 GSM kevlara (tj. 18 i 21 sloj 200 GSM kevlara).Postoji trend da se približno udvostruči broj slojeva kevlara koji je potreban, u usporedbi sa stvarno oštećenim kevlarom za zaustavljanje projektila.S 18 i 21 slojem kevlara od 200 GSM, projektili 1 i 2 će se zaustaviti u približno 9 i 10 slojeva kevlara.Ovaj broj slojeva korelira s brojem slojeva kevlara koje sadrže komercijalno dostupni pancirni prsluci samo od kevlara.

Neke stavke za vašu referencu:

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/bulletproof-vest/bulletproof-vest-fdy3r-sk15.html

Videozapisi za vašu referencu:

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

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

5. Zaključci

Usporedbe 160 GSM, 200 GSM i 400 GSMKevlarpod balističkim udarom napravljeni su balističkim testovima provedenim sa 9 mm Parabellum streljivom i s različitim brojem slojeva kevlara.Uočeno je da nekoliko slojeva kevlara nije učinkovito u zaustavljanju projektila, već tjera projektile da putuju dalje u balistički gel.Tek kada se poveća broj slojeva, opaženo je smanjenje prodiranja projektila u balistički gel.Razlog za ovu vrhunsku penetraciju, posebno kod projektila sa šupljim vrhom, bio je zbog toga što se rupa ispunila materijalom od kevlara i omogućila mu da funkcionira kao FMJ projektil.Slični prosječni negativni gradijenti primijećeni su između FMJ i projektila sa šupljom točkom, nakon što je dosegnut vrhunac.

Rezimirajući doprinose ovog rada, može se zaključiti:

• 1)

• Istraživana je učinkovitost različitih slojeva kevlara od 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM preslojenih balističkim gelom, te je utvrđeno da je kevlar od 200 GSM bio učinkovitiji za zaustavljanje 9 mm Parabellum projektila.

• 2)

• Utvrđeno je da ne postoji linearni odnos između dvije različite vrste kevlara s različitim težinama (kao što su 200 GSM i 400 GSM kevlar), složenih na takav način da imaju istu kombiniranu težinu.

• 3)

• Ispitana su četiri različita tipa 9 mm Parabellum streljiva, a njihove dubine prodiranja u balistički gel identificirane su za različite slojeve kevlara.

• 4)

• Procijenjeno je da je za 9 mm Parabellum streljivo, koje se najčešće koristi u svijetu, potreban minimalno 21 sloj 200 GSM kevlara za zaustavljanje projektila.Predlaže se da se, kao mjera predostrožnosti, uključi dodatni faktor sigurnosti budući da probijanje također ovisi o profilu projektila.

Na temelju gore prikazanih rezultata za karakteristike slojeva kevlara različite težine, nadamo se da se te karakteristike mogu koristiti za razvoj i dizajn sigurnih i učinkovitih pancirnih prsluka.

Opći trend da je potrebna udvostručena količina slojeva kevlara u usporedbi sa stvarnom količinom oštećenih slojeva, isplatilo bi se istražiti u daljnjim istraživanjima s različitim streljivom.Buduća bi istraživanja također mogla ukazati na učinak proboja koji projektili i streljivo manjeg kalibra imaju na Kevlar u usporedbi s onim 9 mm Para streljiva.Slično tome, buduća istraživanja moći će utvrditi kako različito streljivo i projektili probijaju 200 GSM kevlar kao što je kevlar koji se koristi samo u pancirnim prslucima.Sa karakteristikama uočenim kod projektila sa šupljim točkama koji prodiru dublje u balistički gel, nakon što je šuplji vrh blokiran kevlarom, buduća bi istraživanja omogućila da se utvrdi bi li se sličan učinak doživio u scenariju u kojem projektil prodire kroz odjeću, prije nego što prodre u meso .

Priznanja

Istraživanje je djelomično financiraloNacionalna zaklada za istraživanje.Sljedećim tvrtkama i pojedincima zahvaljujemo na pomoći, usmjeravanju i korištenju svojih objekata, abecednim redom: Borrie Bornman, John Evans, Centar za ocjenu sposobnosti i obuku za vatreno oružje (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (trgovac vatrenim oružjem i oružar;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Farma i prirodni rezervat River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David i 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 i Leonie Stopforth.Potrebno je napomenuti da mišljenja autora u ovom radu nisu nužno i mišljenja gore navedenih tvrtki, organizacija i pojedinaca.Autori nisu dobili nikakvu financijsku dobit za provedena ispitivanja.