Defensietechnologie—Experimentele studie van kogelwerende mogelijkheden van Kevlar, van verschillende gewichten en aantal lagen, met projectielen van 9 mm

2.1.Ballistische gel

De ballistische gel was gemaakt van niet-gearomatiseerde gelatine.De dichtheid en consistentie van de gel moeten dezelfde zijn als die gebruikt door het Federal Bureau of Investigation (FBI).Om dezelfde consistentie te bereiken, moeten de instructies in Ref.[30] werden gevolgd en het is getest tegen de normen beschreven in Ref.[31].

8 kopjes (250 ml) niet-gearomatiseerd gelatinepoeder (ongeveer 1,25 kg) wordt gemengd met 8 L water (1 deel gelatine voor elke 4 delen water) totdat al het poeder is opgelost.Nadat de oplossing in de containers was gegoten (2 x 5 L containers werden gebruikt voor het bovenstaande mengsel), werden 5 druppels etherische olie (etherische olie van kaneelblad) over de oplossing gegoten en er voorzichtig in geroerd.De reden voor de etherische olie is om de bubbels in de oplossing te laten verdwijnen en om de ballistische gel een verbeterde geur te geven.De oplossing wordt geplaatst in de containers die in een koelkast zijn geplaatst.De ballistische gel was 36 uur nadat hij gemaakt was klaar voor gebruik en daarna werd hij in cellofaanverpakking gewikkeld.Een video die de details toont om de ballistische gel te maken, is verkrijgbaar bij:https://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

De dichtheid van de ballistische gel werd berekend als 996 km/m3(99,6% van de waterdichtheid).De gemiddelde dichtheid van menselijk bloed, vet en spieren [32], dat is de consistentie van het menselijk vlees, is 1004 kg/m3.Een verschil van 0,8% in de dichtheden wordt acceptabel geacht voor de ballistische gel om het vlees van een menselijk lichaam te repliceren.

2.2.Kevlar monsters

Bij de tests werden drie gewichten Kevlar-stof gebruikt, namelijk 160 GSM, 200 GSM en 400 GSM.Omdat Kevlar kan worden gebruikt als geweven materiaal, kan de hoogste sterkte van het materiaal worden gebruikt in een 0-90-oriëntatie.De monsters werden gestapeld met een −45/+45 (quasi-isotrope) oriëntatie die meer energie absorbeert bij impact dan 0-90 oriëntaties die op elkaar zijn gestapeld [33].De monsters die in de tests werden gebruikt, werden gemaakt in veelvouden van 3 lagen, waarbij elk monster was gelaagd in de orde van 90/±45/90.Wanneer twee of drie monsters op elkaar werden geplaatst, werd dit zo gedaan dat de laatste laag van het ene monster op 45° ten opzichte van de volgende laag van het volgende monster werd geplaatst.

De Kevlar-vellen werden verdeeld en in vellen van A4-formaat gesneden om ze voor te bereiden om aan elkaar te worden gebonden met behulp van de aanbevolen epoxyhars en verharder.De monsters werden gelaten om te drogen.De monsters werden gesneden nadat de hars was uitgehard en aan elkaar vastgeschroefd en op hun plaats geplaatst om de tests uit te voeren.

Ballistische tests werden uitgevoerd met twee verschillende soorten munitie, namelijk full metal jacket (FMJ) en jacketed hollow point (JHP) van het 9 mm Parabellum (kortweg P of Para).De methode die wordt gebruikt om de monsters te testen, wordt hierna beschreven:

• 1)

• Een vuurwapenchronograaf werd opgezet om de kogelsnelheden te meten.De chronograaf werd op 2 m van de snuit van de vuurwapens geplaatst om te voorkomen dat de snuitvlam onnauwkeurige aflezingen zou geven.

• 2)

• Een basislijntest werd uitgevoerd om de kogelsnelheid direct in de ballistische gel te bepalen.De kinetische energievergelijking
  E=(1/2)mv2

  werd gebruikt om de energie en de afstand van penetratie in de ballistische gel te bepalen.

• 3)

• DeKevlarmonsters werden vervolgens voor de ballistische gel geplaatst en deze werd op 1 m afstand van de chronograaf geplaatst.De reden voor de afstand van 1 m is om het worstcasescenario na te bootsen waarbij een persoon of object op korte afstand wordt neergeschoten.

• 4)

• Het monster werd geschoten terwijl het projectiel door de chronograaf ging om de beginsnelheid te bepalen.Hierna wordt het monster gepenetreerd en wordt het projectiel in de ballistische gel geplaatst.De snelheden van de tests werden gebruikt om eengemiddelde snelheidwaarde die werd gebruikt om de waarden in stap 2 bij te werken.

• 5)

• De penetratie-afstand in de ballistische gel werd gemeten en geregistreerd.

• 6)

• Stap 2 werd herhaald voor elk type munitie dat in de tests werd gebruikt.Stap 3 tot stap 5 werd herhaald voor elk Kevlar-monster.Een test met specifieke munitie werd herhaald als het projectiel niet recht in de ballistische gel reisde of als het het Kevlar-monster binnendrong in een gebied dat structureel niet als gezond werd beschouwd.

Met de 3-laagse monsters reisden de 9 mm Parabellum FMJ-projectielen iets minder in vergelijking met het geval zonder Kevlar.De holle puntprojectielen reisden verder in vergelijking met het geval zonder Kevlar.Het 9 mm Parabellum-projectiel (nummer 4) vervormde niet veel, maar de koperen mantel begon het projectiel af te scheuren.

De tests die werden uitgevoerd met 6 lagen 160 GSM Kevlar gaven aan dat de 9 mm Parabellum-holle puntprojectielen verder gingen in vergelijking met geen Kevlar-penetratietests waarbij projectiel nummer 4 bijna dezelfde afstand aflegde als die van een FMJ-projectiel.

Met de 9 lagen van 160 GSM Kevlar toonden de corresponderende afstanden die de projectielen in de gel aflegden aan dat projectielnummers 1, 3 en 4 verder gingen nadat het door de 9 lagen van 160 GSM Kevlar was gegaan, vergeleken met de projectielen die in de ballistische gel (geen Kevlar).

De tests uitgevoerd met 12 lagen 160 GSM Kevlar tonen aan dat alle projectielen een afnemende trend van penetratiediepte vertonen in vergelijking met 9 lagen.

Zoals gezien inAfb. 3, de penetratiediepte van de projectielen fluctueert met de diepte naarmate het aantal lagen toeneemt, toch wordt in alle gevallen een afname waargenomen van 9 naar 12 lagen.Er werd waargenomen dat de holle puntprojectielen de Kevlar-lagen binnendrongen en daarbij werd de holle punt geblokkeerd met het Kevlar-materiaal.Zodra deze holle puntprojectielen de ballistische gel bereiken, werken ze op dezelfde manier als een FMJ-projectiel.Vanwege de bovengenoemde reden met de gebruikte Kevlar-monsters, drongen de projectielen verder in de ballistische gel in vergelijking met de tests die zonder Kevlar werden uitgevoerd.Pas toen er voldoende lagen Kevlar waren gepenetreerd om voldoende energie te absorberen, vertoonde het projectiel kenmerken van een verminderde penetratie in de ballistische gel.Dit kenmerk werd waargenomen in de andere tests, met de verschillende gewichten van Kevlar zoals gepresenteerd in dit artikel.

3.4.200 gsmKevlar

De 200 GSM Kevlar-tests werden uitgevoerd met monsters van 3, 6, 9, 12 en 15 lagen.Aangezien 200 GSM Kevlar veel wordt gebruikt voor kogelwerende vesten, is besloten om testen uit te voeren met 15 lagen.De resultaten van de penetratie in de ballistische gel zijn weergegeven in:Afb. 4.

De tests uitgevoerd met 3 lagen 200 GSM Kevlar tonen aan dat de 9 mm Parabellum FMJ-projectielen door de ballistische gel gingen en dat de afstanden die ze aflegden in vergelijking met het geval zonder Kevlar niet werden verminderd.De 9 mm holle puntprojectielen van Parabellum schoten als paddenstoelen uit de grond zoals verwacht, en bij het 9 mm Parabellum-projectiel nummer 4 zat de koperen mantel vast in de ballistische gel, maar het loden projectiel ging door en stopte zoals vastgelegd inAfb. 4.

Met 6 lagen van 200 GSM Kevlar werd waargenomen dat de penetratieafstand van projectiel 1 in de ballistische gel afnam terwijl projectielen 2, 3 en 4 verder in de ballistische gel gingen in vergelijking met het geval zonder Kevlar.

De tests uitgevoerd met 9 lagen 200 GSM Kevlar tonen aan dat projectiel nummer 2 verder in de ballistische gel reisde in vergelijking met het geval zonder Kevlar.Er werd waargenomen dat de projectielen 3 en 4 Kevlar in de holle punt hadden geblokkeerd, waardoor ze niet als paddestoelen uit de grond konden schieten.Projectielen 3 en 4 reisden verder in de ballistische gel nadat ze 9 lagen van 200 GSM Kevlar hadden gepenetreerd in vergelijking met het geval zonder Kevlar.

Bij de tests uitgevoerd met 12 lagen 200 GSM Kevlar, werd waargenomen dat 9 mm Parabellum FMJ-projectielen, nummer 1 en 2, een plattere kop hadden na penetratie.Projectiel nummer 4, hoewel niet veel paddestoelen uit de grond met de holle punt geblokkeerd met Kevlar, was meer in de kop afgeplat.Projectiel nummer 3 zwom niet veel, maar er waren aanwijzingen dat de punt van het hoofd vervormd was.

De tests uitgevoerd met 15 lagen van 200 GSM Kevlar, vertoonden beide FMJ-projectielen die tekenen van paddestoelen uit de grond schoten.Projectielnummers 1 en 2 tonen een afname van de penetratiediepte in de ballistische gel vergeleken met het geval zonder Kevlar.In het onderhavige geval werden projectielen 3 en 4 tegengehouden door de Kevlar-lagen.

Zoals gezien inAfb. 4Wanneer de gemiddelden tussen de punten worden beschouwd, lijkt het erop te wijzen dat er een lineaire gradiënt van afnemende penetratie in de ballistische gel optreedt, zodra een piek bij ongeveer 6 lagen van 200 GSM Kevlar is bereikt.De 200 GSM Kevlar presteert zoals verwacht beter dan de 160 GSM Kevlar.Op 15 lagen van de 200 GSM Kevlar zijn projectielen nummer 3 en 4 gestopt, maar niet projectielen nummer 1 en 2. Volgens de gemiddelde gradiënt wordt geschat dat projectielen nummer 1 en 2 zullen worden gestopt met mogelijk 18 en 21 lagen van 200 GSM Kevlar, respectievelijk.

• De 400 GSM Kevlar-tests werden uitgevoerd met monsters van 3, 6, 9 en 12 lagen, zoals blijkt uit de resultaten inAfb. 5.

4. Analyse en bespreking van resultaten

Afb. 6toont de vergelijking van penetratiedieptes van verschillende projectielen in 3 lagen van 160 GSM, 200 GSM en 400 GSM Kevlar.Zoals gezien inAfb. 6, met de 9 mm Parabellum holle punt projectielen, 3 lagen van 200 GSM Kevlar stopten de projectielen op de kortste afstand.3 lagen van 400 GSM en 160 GSM Kevlar hielden respectievelijk projectielen 1 en 2 het meest tegen.

Afb. 7,Afb. 9geven aan dat er geen vergelijkbare kenmerken zijn met verschillende projectielen voor twee verschillende aantallen lagen van vergelijkbare GSM.Een voorbeeld is 12 lagen van 200 GSM Kevlar en 6 lagen van 400 GSM Kevlar.Beide monsters hebben elk in totaal 2400 GSM Kevlar.Bij het vergelijken van deze twee verschillende monsters, verkleinen ze de afstand van de projectielen niet met een vergelijkbare hoeveelheid.Soortgelijke correlaties en conclusies kunnen worden waargenomen bij 3 lagen van 400 GSM Kevlar en 6 lagen van 200 GSM Kevlar.Elk van deze gevallen heeft 1200 GSM-monsters, maar heeft geen vergelijkbare kenmerken in de resultaten.

Gemiddelde curven voor projectielen 1 en 2, weergegeven inAfb. 4, geven aan dat de projectielen zouden stoppen met respectievelijk 6 en 7 veelvouden van 3 lagen van de 200 GSM Kevlar (dwz 18 en 21 lagen van 200 GSM Kevlar).Er is een trend dat het aantal lagen Kevlar dat nodig is ongeveer verdubbelt in vergelijking met de daadwerkelijk beschadigde Kevlar om de projectielen te stoppen.Met 18 en 21 lagen van 200 GSM Kevlar, zal het ertoe leiden dat de projectielen 1 en 2 stoppen in ongeveer 9 en 10 lagen Kevlar.Dit aantal lagen komt overeen met het aantal lagen Kevlar dat in de handel verkrijgbare kogelvrije vesten met Kevlar bevat.

Sommige items voor uw referentie:

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

Video's voor uw referentie:

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

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

5. Conclusies

Vergelijkingen van 160 GSM, 200 GSM en 400 GSMKevlaronder ballistische impact zijn gemaakt met de ballistische tests die zijn uitgevoerd met 9 mm Parabellum-munitie en met een ander aantal Kevlar-lagen.Er werd waargenomen dat een paar lagen Kevlar niet effectief zijn in het stoppen van de projectielen, maar eerder de projectielen dwingen om verder in de ballistische gel te reizen.Pas toen het aantal lagen werd verhoogd, werd de afname van de projectielpenetratie in de ballistische gel waargenomen.De reden voor deze piek in penetratie, vooral bij de holle puntprojectielen, was te wijten aan het feit dat het gat zich opvulde met Kevlar-materiaal en het als een FMJ-projectiel deed werken.Vergelijkbare gemiddelde negatieve gradiënten werden waargenomen tussen de FMJ en holle puntprojectielen, zodra de piek is bereikt.

De bijdragen van dit artikel samenvattend, kan worden geconcludeerd:

• 1)

• De effectiviteit van verschillende lagen van 160 GSM, 200 GSM en 400 GSM kwaliteiten Kevlar gelaagd met ballistische gel werd onderzocht, en er werd gevonden dat 200 GSM Kevlar effectiever was voor het stoppen van een 9 mm Parabellum-projectiel.

• 2)

• Het bleek dat er geen lineair verband bestaat tussen twee verschillende soorten Kevlar met verschillende gewichten (zoals 200 GSM en 400 GSM Kevlar), zodanig gelaagd dat ze samen hetzelfde gewicht hebben.

• 3)

• Vier verschillende soorten 9 mm Parabellum-munitie werden getest en hun penetratiedieptes in de ballistische gel werden geïdentificeerd voor verschillende lagen Kevlar.

• 4)

• Er werd vastgesteld dat voor een 9 mm Parabellum-munitie, die wereldwijd het meest wordt gebruikt, minimaal 21 lagen van 200 GSM Kevlar nodig zijn om het projectiel te stoppen.Er wordt gesuggereerd om als veiligheidsmaatregel een extra veiligheidsfactor op te nemen, aangezien de penetratie ook afhankelijk is van het projectielprofiel.

Op basis van de hierboven gepresenteerde resultaten voor de kenmerken van Kevlar-lagen van verschillend gewicht, is het te hopen dat deze kenmerken kunnen worden gebruikt om veilige en effectieve kogelwerende vesten te ontwikkelen en te ontwerpen.

De algemene trend dat het aantal lagen Kevlar verdubbelt in vergelijking met het werkelijke aantal beschadigde lagen, zou de moeite waard zijn om in verder onderzoek met verschillende munitie te onderzoeken.Toekomstig onderzoek zou ook het penetratie-effect kunnen aangeven dat projectielen en munitie van kleiner kaliber op Kevlar hebben in vergelijking met dat van 9 mm Para-munitie.Evenzo zal toekomstig onderzoek kunnen identificeren hoe verschillende munitie en projectielen 200 GSM Kevlar binnendringen, zoals de Kevlar die alleen in kogelvrije vesten wordt gebruikt.Met de kenmerken die zijn waargenomen met de holle puntprojectielen die dieper in de ballistische gel doordringen, nadat de holle punt is geblokkeerd met Kevlar, zou toekomstig onderzoek het mogelijk maken om vast te stellen of een soortgelijk effect zou worden ervaren in een scenario waarin het projectiel kleding binnendrong, voordat het vlees penetreerde .

Dankbetuigingen

Het onderzoek is gedeeltelijk gefinancierd door deNationale Onderzoeksstichting.De volgende bedrijven en personen worden erkend voor hun hulp, begeleiding en gebruik van hun faciliteiten, in alfabetische volgorde: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (vuurwapendealer en wapensmid;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 en 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 en Leonie Stopforth.Opgemerkt moet worden dat de meningen van de auteurs in dit artikel niet noodzakelijk de meningen zijn van de hierboven genoemde bedrijven, organisaties en individuen.De auteurs ontvingen geen financiële winst voor de uitgevoerde tests.