Védelmi technológia – Kísérleti tanulmány a különböző súlyú és rétegszámú kevlár golyóálló képességeiről 9 mm-es lövedékekkel

2.1.Ballisztikus gél

A ballisztikus gél ízesítetlen zselatinból készült.A gél sűrűségének és konzisztenciájának meg kell egyeznie a Szövetségi Nyomozó Iroda (FBI) által használttal.Ugyanezen konzisztencia elérése érdekében kövesse a Ref.[30] követték, és tesztelték a Ref.[31].

8 csésze (250 ml) ízesítetlen zselatinport (körülbelül 1,25 kg) 8 l vízzel (1 rész zselatin minden 4 rész vízhez) elkeverünk, amíg az összes por fel nem oldódik.Miután az oldatot a tartályokba öntöttük (a fenti keverékhez 2 × 5 literes edényeket használtunk), 5 csepp illóolajat (fahéjlevél illóolaj) öntöttünk az oldatra, és óvatosan kevertük bele.Az illóolaj célja az, hogy lehetővé tegye az oldatban lévő buborékok eloszlását, és a ballisztikus gél jobb illatát adja.Az oldatot a hűtőszekrénybe helyezett tartályokba állítják.A ballisztikus gél az elkészítése után 36 órával készen állt a használatra, majd celofánba csomagoltuk.A ballisztikus gél elkészítésének részleteit bemutató videó elérhető itt:https://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

A ballisztikus gél sűrűsége 996 km/m volt3(a vízsűrűség 99,6%-a).Az emberi vér, zsír és izom átlagos sűrűsége [32], ami az emberi hús konzisztenciája, 1004 kg/m3.A 0,8%-os sűrűségkülönbség elfogadhatónak tekinthető ahhoz, hogy a ballisztikus gél lemásolja az emberi test húsát.

2.2.Kevlár minták

A tesztekhez három súlyú kevlár szövetet használtak, nevezetesen 160 GSM, 200 GSM és 400 GSM.Mivel a kevlár szőtt anyagként használható, az anyag legnagyobb szilárdsága 0-90 tájolásban használható.A mintákat –45/+45 (kváziizotróp) orientációval helyezték egymásra, amely több energiát nyel el ütközéskor, mint az egymásra helyezett 0–90.33].A tesztekhez felhasznált minták 3 réteg többszörösében készültek, ahol minden minta 90/±45/90 nagyságrendben került rétegezésre.Ha két vagy három mintát helyeztek egymásra, azt úgy végezték el, hogy az egyik minta utolsó rétegét 45°-ban helyezték el a következő minta következő rétegéhez képest.

A kevlár lapokat felosztottuk és A4-es méretű lapokra vágtuk, hogy az ajánlott epoxigyanta és keményítő segítségével összekössük őket.A mintákat hagytuk megszáradni.A mintákat a gyanta megkötése után levágtuk, és egymáshoz csavaroztuk, majd a vizsgálatok elvégzéséhez megfelelő helyre helyeztük.

A ballisztikai teszteket két különböző lőszerrel végezték, nevezetesen a 9 mm-es Parabellum (röviden P vagy Para) kaliberű full metal köpeny (FMJ) és köpenyes üreges csúcs (JHP) felhasználásával.A minták vizsgálatához használt módszer leírása a következő:

• 1)

• Lőfegyver-kronográfot állítottak fel a golyók sebességének mérésére.A kronográfot a lőfegyverek csőtorkolatától 2 m-re helyezték el, nehogy a csőtorkolat lángja pontatlan leolvasást adjon.

• 2)

• Alapvonali tesztet végeztünk a golyó sebességének közvetlenül a ballisztikus gélbe történő meghatározására.A kinetikus energia egyenlet
  E=(1/2)mv2

  a ballisztikus gélbe való behatolás energiájának és távolságának meghatározására szolgált.

• 3)

• AzKevlárA mintákat ezután a ballisztikus gél elé helyezték, és ezt a kronográftól 1 m-re helyezték el.Az 1 m-es távolság oka a legrosszabb forgatókönyv megismétlése, amikor egy személyt vagy tárgyat közelről lőnek le.

• 4)

• A mintát úgy lőtték ki, hogy a lövedék áthaladt a kronográfon, hogy meghatározzák a kezdeti sebességét.Ezt követően a mintát behatolják, és a lövedéket a ballisztikus gélbe helyezik.A tesztek sebességét használtuk fel egy anátlagos sebességleolvasás, amelyet a 2. lépésben az értékek frissítésére használtunk.

• 5)

• Megmértük és feljegyeztük a ballisztikus gélbe való behatolás távolságát.

• 6)

• A 2. lépést megismételtük a tesztekben használt valamennyi lőszertípusnál.A 3. lépést az 5. lépésig megismételtük minden kevlar mintánál.A specifikus lőszerrel végzett tesztet megismételték, ha a lövedék nem haladt egyenesen a ballisztikus gélen belül, vagy ha olyan területen hatolt be a kevlár mintán, amelyet szerkezetileg nem tartottak megfelelőnek.

A 3 rétegű mintákkal a 9 mm-es Parabellum FMJ lövedékek valamivel kevesebbet utaztak, mint a kevlár nélküli tokkal.Az üreges hegyű lövedékek messzebbre haladtak a kevlár nélküli házhoz képest.A 9 mm-es Parabellum lövedék (4-es) nem nagyon deformálódott, de a sárgaréz köpeny elkezdte letépni a lövedéket.

A 6 rétegű, 160 GSM kevlárral végzett tesztek azt mutatták, hogy a 9 mm-es Parabellum üreges hegyű lövedékek tovább mentek ahhoz képest, hogy a 4-es számú lövedék majdnem ugyanolyan távolságra ment, mint egy FMJ lövedék.

A 9 rétegű 160 GSM kevlárral a gélben lévő lövedékek által megtett megfelelő távolságok azt mutatták, hogy az 1-es, 3-as és 4-es számú lövedék tovább ment, miután áthaladt a 160 GSM kevlár 9 rétegén, összehasonlítva a ballisztikusba lőtt lövedékekkel. gél (nincs kevlár).

A 12 rétegű 160 GSM kevlárral végzett tesztek azt mutatják, hogy az összes lövedék behatolási mélysége csökkenő tendenciát mutat a 9 réteghez képest.

Mint látható3. ábra, a lövedékek behatolási mélysége a rétegek számának növekedésével a mélységgel ingadozik, mégis minden esetben 9-ről 12 rétegre csökkenés figyelhető meg.Megfigyelték, hogy az üreges hegyű lövedékek áthatoltak a kevlár rétegeken, és a folyamat során az üreges pontot elzárták a kevlár anyaggal.Amint ezek az üreges pontú lövedékek elérik a ballisztikus gélt, ugyanúgy működnek, mint az FMJ lövedékek.A fent említett ok miatt a felhasznált kevlár mintákkal a lövedékek jobban behatoltak a ballisztikus gélbe, összehasonlítva a kevlár nélküli tesztekkel.Csak ha elegendő kevlárréteget hatoltak át ahhoz, hogy elegendő energia elnyelje, a lövedék csökkentett behatolást mutatott a ballisztikus gélbe.Ezt a jellemzőt a többi tesztben is megfigyelték, az ebben a cikkben bemutatott különböző súlyú kevlarokkal.

3.4.200 GSMKevlár

A 200 GSM Kevlar tesztet 3, 6, 9, 12 és 15 rétegű mintákkal végeztük.Mivel a golyóálló mellényekhez általában 200 GSM kevlart használnak, úgy döntöttek, hogy 15 réteggel tesztelnek.A ballisztikus gélbe való behatolás eredményeit az alábbi ábrán mutatjuk be4. ábra.

A 3 rétegű 200 GSM kevlárral végzett tesztek azt mutatják, hogy a 9 mm-es Parabellum FMJ lövedékek átjutottak a ballisztikus gélen, és a megtett távolságuk a no Kevlar tokkal összehasonlítva nem csökkent.A 9 mm-es Parabellum üreges hegyű lövedékek a vártnak megfelelően gombamód szaporodtak, és a 4-es számú 9 mm-es Parabellum lövedék sárgaréz köpenyét a ballisztikus gélbe helyezte, ennek ellenére az ólomlövedék folytatódott és megállt a4. ábra.

A 6 rétegű 200 GSM kevlár esetében megfigyelhető, hogy az 1. lövedék behatolási távolsága a ballisztikus gélbe csökkent, míg a 2., 3. és 4. lövedékek tovább mentek a ballisztikus gélbe, összehasonlítva a kevlár nélküli esettel.

A 9 rétegű 200 GSM kevlárral végzett tesztek azt mutatják, hogy a 2-es számú lövedék messzebbre került a ballisztikus gélbe, mint a kevlár nélküli esethez képest.Megfigyelték, hogy a 3-as és 4-es lövedékek üreges pontjában elzáródott a Kevlár, ami megakadályozta, hogy gombamód szaporodjon.A 3. és 4. lövedékek továbbhaladtak a ballisztikus gélben, miután áthatoltak 9 réteg 200 GSM kevlárt, összehasonlítva a kevlar nélküli tokkal.

A 12 rétegű, 200 GSM kevlárral végzett tesztek során megfigyelték, hogy a 9 mm-es Parabellum FMJ lövedékek (1. és 2. számú) behatolás után laposabb fejjel rendelkeztek.A 4-es számú lövedék, bár a kevlárral blokkolt üreges hegyével nem sok gombamód szaporodott, jobban ellapult a fejben.A 3-as számú lövedék nem gombagombázott sokat, de volt bizonyíték arra, hogy a fej hegye deformálódott.

A 15 rétegű, 200 GSM kevlárral végzett tesztek mindkét FMJ lövedék gombásodás jeleit jelezték.Az 1-es és 2-es számú lövedék a ballisztikus gélbe való behatolási mélység csökkenését mutatja a kevlar nélküli esethez képest.Jelen esetben a 3. és 4. lövedéket a kevlár rétegek állították meg.

Mint látható4. ábra, ha a pontok közötti átlagokat vesszük figyelembe, úgy tűnik, hogy a ballisztikus gélbe való behatolás csökkenésének lineáris gradiense következik be, ha a 200 GSM kevlar körülbelül 6 rétegében elért csúcsot elérjük.A 200 GSM kevlár a várakozásoknak megfelelően jobb teljesítményt mutat a 160 GSM kevlárhoz képest.A 200-as GSM kevlár 15 rétegénél a 3-as és 4-es számú lövedéket leállították, de az 1-es és 2-es lövedékeket nem. Az átlagos gradienst követve a becslések szerint az 1-es és 2-es számú lövedékeket esetleg 18 és 21 rétegű lövedékek segítségével állítják meg. 200 GSM kevlár, ill.

• A 400 GSM kevlár tesztet 3, 6, 9 és 12 rétegű minták felhasználásával végezték, amint azt az alábbi eredmények mutatják.5. ábra.

4. Az eredmények elemzése és megvitatása

6. ábraKülönböző lövedékek behatolási mélységének összehasonlítását mutatja 3 réteg 160 GSM, 200 GSM és 400 GSM kevlárban.Mint látható6. ábra, a 9 mm-es Parabellum üreges hegyű lövedékekkel 3 réteg 200 GSM kevlár állította meg a lövedékeket a legrövidebb távolságban.3 réteg 400 GSM és 160 GSM Kevlar állította meg leginkább az 1. és 2. lövedéket.

7. ábra,9. ábraazt jelzik, hogy nincsenek hasonló jellemzők a különböző lövedékeknél a hasonló GSM két különböző számú rétegénél.Példa erre: 12 réteg 200 GSM kevlár és 6 réteg 400 GSM kevlár.Mindkét minta összesen 2400 GSM kevlárral rendelkezik.Ha ezt a két különböző mintát összehasonlítjuk, akkor nem csökkentik hasonló mértékben a lövedékek távolságát.Hasonló összefüggések és következtetések figyelhetők meg 3 réteg 400 GSM kevlárból és 6 réteg 200 GSM kevlárból.Ezen esetek mindegyike 1200 GSM-mintával rendelkezik, de az eredményekben nincsenek hasonló jellemzők.

Átlagos görbék az 1. és 2. lövedékekhez, a képen látható4. ábra, azt jelzik, hogy a lövedékek a 200 GSM kevlár 3 rétegének 6, illetve 7 többszörösével (azaz 200 GSM kevlár 18 és 21 rétegével) állnának meg.Van egy olyan tendencia, hogy a lövedékek megállításához szükséges kevlár rétegek száma megközelítőleg megkétszereződik a ténylegesen sérült kevlarhoz képest.A 18 és 21 rétegű 200 GSM kevlárral az 1. és 2. lövedék körülbelül 9 és 10 rétegű kevlárban fog megállni.Ez a rétegszám korrelál a kereskedelemben kapható, csak kevlar golyóálló mellényekben található kevlár rétegek számával.

Néhány cikk referenciaként:

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

Videók referenciaként:

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

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

5. Következtetések

A 160 GSM, 200 GSM és 400 GSM összehasonlításaKevlárballisztikus ütközés alatt a ballisztikai vizsgálatokat 9 mm-es Parabellum lőszerrel és különböző számú kevlár réteggel végezték.Megfigyelték, hogy néhány réteg kevlár nem hatékonyan állítja meg a lövedékeket, hanem arra kényszeríti a lövedékeket, hogy továbbhaladjanak a ballisztikus gélbe.Csak ha a rétegek számát növeltük, a lövedék ballisztikus gélbe való behatolása csökken.Ennek a behatolási csúcsnak az oka, különösen az üreges hegyű lövedékeknél, az volt, hogy a lyuk kevlár anyaggal feltöltődött, és FMJ lövedékként működött.Hasonló átlagolt negatív gradienseket figyeltek meg az FMJ és az üreges pontú lövedékek között, miután elérte a csúcsot.

Összefoglalva e cikk hozzászólásait, levonható a következtetés:

• 1)

• A ballisztikus géllel rétegzett 160 GSM, 200 GSM és 400 GSM kevlár különböző rétegeinek hatékonyságát vizsgálták, és azt találták, hogy a 200 GSM kevlár hatékonyabb egy 9 mm-es Parabellum lövedék megállítására.

• 2)

• Megállapítást nyert, hogy nincs lineáris kapcsolat két különböző típusú, eltérő súlyú kevlár között (például 200 GSM és 400 GSM kevlár), amelyek úgy vannak rétegezve, hogy azonos súlyúak legyenek.

• 3)

• Négy különböző típusú 9 mm-es Parabellum lőszert teszteltek, és meghatározták a ballisztikus gélbe való behatolási mélységüket a kevlár különböző rétegeinél.

• 4)

• Megállapították, hogy a világon leggyakrabban használt 9 mm-es Parabellum lőszerhez legalább 21 réteg 200 GSM kevlar szükséges a lövedék megállításához.Javasoljuk, hogy biztonsági óvintézkedésként egy további biztonsági tényezőt is beépítsenek, mivel a behatolás a lövedék profiljától is függ.

A különböző súlyú kevlár rétegek jellemzőire fent bemutatott eredmények alapján remélhetőleg ezek a jellemzők felhasználhatók biztonságos és hatékony golyóálló mellények kifejlesztésére és tervezésére.

Azt az általános tendenciát, hogy a kevlárrétegek kétszeresére van szükség a tényleges sérült rétegmennyiséghez képest, érdemes lenne további kutatások során feltárni különböző lőszerekkel.A jövőbeli kutatások azt is kimutathatják, hogy a kisebb kaliberű lövedékek és lőszerek milyen áthatoló hatást gyakorolnak a Kevlarra a 9 mm-es para lőszerekhez képest.Hasonlóképpen, a jövőbeli kutatások képesek lesznek azonosítani, hogy a különböző lőszerek és lövedékek hogyan hatolnak át a 200 GSM kevlaron, például a csak golyóálló mellényekben használt kevlárokon.A ballisztikus gélbe mélyebben behatoló üreges hegyű lövedékeknél megfigyelt jellemzőkkel, miután az üreges pontot kevlárral blokkolták, a jövőbeli kutatások lehetővé tennék annak meghatározását, hogy hasonló hatás tapasztalható-e olyan forgatókönyvben, amikor a lövedék áthatol a ruházaton, mielőtt a húsba hatolna. .

Köszönetnyilvánítás

A kutatást részben finanszírozta aNemzeti Kutatási Alapítvány.Köszönetet mondunk a következő cégeknek és magánszemélyeknek segítségükért, útmutatásukért és létesítményeik használatáért, ábécé sorrendben: Borrie Bornman, John Evans, Lőfegyver-kompetenciaértékelő és -képző Központ (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (lőfegyverkereskedő és fegyverkovács);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 és 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 és Leonie Stopforth.Megjegyzendő, hogy a cikk szerzőinek véleménye nem feltétlenül a fent említett cégek, szervezetek és magánszemélyek véleménye.A szerzők nem részesültek anyagi haszonban az elvégzett tesztekért.