Forsvarsteknologi——Eksperimentell studie av skuddsikkerhetsevner til Kevlar, av forskjellige vekter og antall lag, med 9 mm prosjektiler

2.1.Ballistisk gel

Den ballistiske gelen ble laget av gelatin uten smak.Tettheten og konsistensen til gelen må være den samme som brukes av Federal Bureau of Investigation (FBI).For å oppnå samme konsistens, instruksjoner gitt i Ref.[30] ble fulgt og den er testet mot standardene beskrevet i Ref.[31].

8 kopper (250 ml) gelatinpulver uten smak (ca. 1,25 kg) blandes med 8 L vann (1 del gelatin for hver 4 deler vann) til alt pulveret er oppløst.Etter at løsningen ble helt i beholderne (2 × 5 L beholdere ble brukt til blandingen ovenfor), ble 5 dråper essensiell olje (essensiell olje fra kanelblad) helt over løsningen og forsiktig rørt inn i den.Grunnen til den essensielle oljen er å la boblene i løsningen forsvinne, og for å gi den ballistiske gelen en forbedret lukt.Løsningen settes i beholderne plassert i kjøleskap.Den ballistiske gelen var klar til bruk 36 timer etter at den ble laget, og deretter ble den pakket inn i cellofan-innpakning.En video som viser detaljene for å lage den ballistiske gelen er tilgjengelig frahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Tettheten til den ballistiske gelen ble beregnet til 996 km/m3(99,6 % av vanntettheten).Gjennomsnittlig tetthet av menneskelig blod, fett og muskler [32], som er konsistensen til menneskekjøttet, er 1004 kg/m3.En 0,8 % forskjell i tetthetene anses som akseptabelt for at den ballistiske gelen skal gjenskape kjøttet til en menneskekropp.

2.2.Kevlar prøver

Tre vekter av Kevlar-stoff ble brukt i testene, nemlig 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM.Siden Kevlar kan brukes som et vevd materiale, kan den høyeste styrken til materialet brukes i en 0–90 orientering.Prøvene ble stablet med en -45/+45 (kvasi-isotropisk) orientering som absorberer mer energi ved støt enn 0–90 orienteringer stablet på hverandre [33].Prøvene som ble brukt i testene ble laget i multipler av 3 lag hvor hver prøve ble lagdelt i størrelsesorden 90/±45/90.Når to eller tre prøver ble plassert oppå hverandre, ble det gjort slik at det siste laget av en prøve ble plassert ved 45° til neste lag i neste prøve.

Kevlar-arkene ble delt og kuttet i ark i A4-størrelse for å forberede dem til å bindes sammen med den anbefalte epoksyharpiksen og herderen.Prøvene fikk tørke.Prøvene ble kuttet etter at harpiksen hadde stivnet og boltet til hverandre og ble plassert på plass for testene som skulle utføres.

Ballistiske tester ble utført ved bruk av to forskjellige typer ammunisjon, nemlig full metallkappe (FMJ) og jacketed hulspiss (JHP) av 9 mm Parabellum (P eller Para for kort) kaliber.Metoden som ble brukt for å teste prøvene er beskrevet nedenfor:

• 1)

• En skytevåpenkronograf ble satt opp for å måle kulehastigheter.Kronografen ble plassert 2 m fra munningen på skytevåpnene for å forhindre at munningsflammen ga unøyaktige avlesninger.

• 2)

• En grunnlinjetest ble utført for å bestemme kulehastigheten direkte inn i den ballistiske gelen.Den kinetiske energiligningen
  E=(1/2)mv2

  ble brukt til å bestemme energien og avstanden for penetrering i den ballistiske gelen.

• 3)

• DeKevlarprøver ble deretter plassert foran den ballistiske gelen og denne ble plassert 1 m unna kronografen.Årsaken til avstanden på 1 m er å gjenskape det verste tilfellet der en person eller gjenstand blir skutt på nær avstand.

• 4)

• Prøven ble skutt med prosjektilet som gikk gjennom kronografen for å bestemme starthastigheten.Etter dette penetreres prøven og prosjektilet festes i den ballistiske gelen.Hastighetene til testene ble brukt for å oppnå engjennomsnittlig hastighetlesing som ble brukt til å oppdatere verdiene i trinn 2.

• 5)

• Avstanden for penetrering i den ballistiske gelen ble målt og registrert.

• 6)

• Trinn 2 ble gjentatt for hver type ammunisjon som ble brukt i testene.Trinn 3 til trinn 5 ble gjentatt for hver Kevlar-prøve.En test med spesifikk ammunisjon ble gjentatt hvis prosjektilet ikke beveget seg rett innenfor den ballistiske gelen, eller hvis det penetrerte Kevlar-prøven i et område som ble ansett for ikke å være strukturelt forsvarlig.

Med 3-lagsprøvene reiste 9 mm Parabellum FMJ-prosjektilene litt mindre sammenlignet med tilfellet uten Kevlar.Hulpunktprosjektilene reiste lenger sammenlignet med no Kevlar-saken.9 mm Parabellum-prosjektilet (nummer 4) deformerte ikke mye, men messingkappen begynte å rive av prosjektilet.

Testene som ble utført med 6 lag 160 GSM Kevlar indikerte at 9 mm Parabellum hulpunktprosjektilene gikk lenger sammenlignet med ingen Kevlar-penetrasjonstester med prosjektil nummer 4 som gikk nesten samme avstand som et FMJ-prosjektil.

Med de 9 lagene med 160 GSM Kevlar, viste de tilsvarende avstandene som ble tilbakelagt av prosjektilene i gelen at prosjektil nummer 1, 3 og 4 gikk videre etter at det gikk gjennom de 9 lagene med 160 GSM Kevlar, sammenlignet med prosjektilene som ble skutt inn i ballistikken. gel (ingen Kevlar).

Testene utført med 12 lag 160 GSM Kevlar viser at alle prosjektiler viser en synkende trend for penetrasjonsdybde sammenlignet med 9 lag.

Som sett iFig. 3, penetrasjonsdybdene til prosjektilene svinger med dybden ettersom antall lag øker, likevel observeres en nedgang fra 9 til 12 lag i alle tilfeller.Det ble observert at hulpunktprosjektilene penetrerte Kevlar-lagene og i prosessen ble hulpunktet blokkert med Kevlar-materialet.Når disse hulpunktprosjektilene når den ballistiske gelen, fungerer de på samme måte som et FMJ-prosjektil.På grunn av den ovennevnte grunnen med Kevlar-prøvene som ble brukt, penetrerte prosjektilene lenger inn i den ballistiske gelen sammenlignet med testene utført uten Kevlar.Først når tilstrekkelige lag med Kevlar ble penetrert for å absorbere tilstrekkelig energi, viste prosjektilet karakteristikker av redusert penetrasjon inn i den ballistiske gelen.Denne egenskapen ble observert i de andre testene, med de forskjellige vektene Kevlar som presentert i denne artikkelen.

3.4.200 GSMKevlar

De 200 GSM Kevlar-testene ble utført med prøver på 3, 6, 9, 12 og 15 lag.Siden 200 GSM Kevlar ofte brukes til skuddsikre vester, ble det besluttet å utføre tester med 15 lag.Resultatene av penetreringen i den ballistiske gelen er vist iFig. 4.

Testene utført med 3 lag 200 GSM Kevlar viser at 9 mm Parabellum FMJ-prosjektilene gikk gjennom den ballistiske gelen og avstandene de reiste sammenlignet med no Kevlar-tilfellet ble ikke redusert.9 mm Parabellum hulpunktprosjektilene sopp ut som forventet, og 9 mm Parabellum prosjektil nummer 4 hadde messingkappen festet i den ballistiske gelen, men blyprosjektilet fortsatte og stoppet som registrert iFig. 4.

Med 6 lag med 200 GSM Kevlar ble det observert at penetrasjonsavstanden til prosjektil 1 inn i den ballistiske gelen ble redusert mens prosjektilene 2, 3 og 4 gikk lenger inn i den ballistiske gelen sammenlignet med tilfellet uten Kevlar.

Testene utført med 9 lag med 200 GSM Kevlar viser at prosjektil nummer 2 reiste lenger inn i den ballistiske gelen sammenlignet med no Kevlar-saken.Det ble observert at prosjektil 3 og 4 hadde kevlar blokkert i hulpunktet som hindret det i å danne sopp.Prosjektiler 3 og 4 reiste videre inn i den ballistiske gelen etter å ha penetrert 9 lag med 200 GSM Kevlar sammenlignet med no Kevlar-saken.

Med testene utført med 12 lag 200 GSM Kevlar, ble det observert at 9 mm Parabellum FMJ-prosjektiler, nummer 1 og 2, hadde et flatere hode etter penetrering.Prosjektil nummer 4, selv om det ikke var mye sopp med den hule spissen blokkert med Kevlar, ble mer flatet i hodet.Prosjektil nummer 3 soppte ikke mye, men det var tegn på at tuppen av hodet var deformert.

Testene utført med 15 lag med 200 GSM Kevlar, hadde begge FMJ-prosjektilene som indikerte tegn på soppdannelse.Prosjektilnummer 1 og 2 viser en reduksjon i penetrasjonsdybden i den ballistiske gelen sammenlignet med tilfellet uten Kevlar.I dette tilfellet ble prosjektil 3 og 4 stoppet av Kevlar-lagene.

Som sett iFig. 4Når gjennomsnittene mellom punktene vurderes, ser det ut til å indikere at en lineær gradient av avtagende penetrasjon inn i den ballistiske gelen vil oppstå når en topp ved ca. 6 lag med 200 GSM Kevlar er nådd.200 GSM Kevlar viser en bedre ytelse sammenlignet med 160 GSM Kevlar, som forventet.Ved 15 lag av 200 GSM Kevlar er prosjektil nummer 3 og 4 stoppet, men ikke prosjektil nummer 1 og 2. Etter gjennomsnittlig gradient er det beregnet at prosjektil nummer 1 og 2 vil bli stoppet ved bruk av muligens 18 og 21 lag med 200 GSM Kevlar, henholdsvis.

• De 400 GSM Kevlar-testene ble utført med prøver av 3, 6, 9 og 12 lag, som indikert av resultatene vist iFig. 5.

4. Analyse og diskusjon av resultater

Fig. 6viser sammenligning av penetrasjonsdybder til forskjellige prosjektiler i 3 lag med 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM Kevlar.Som sett iFig. 6, med 9 mm Parabellum hulpunktprosjektilene, stoppet 3 lag med 200 GSM Kevlar prosjektilene på den korteste avstanden.3 lag med 400 GSM og 160 GSM Kevlar stoppet henholdsvis prosjektil 1 og 2 mest.

Fig. 7,Fig. 9indikerer at det ikke er lignende egenskaper med forskjellige prosjektiler for to forskjellige antall lag med lignende GSM.Et eksempel er 12 lag med 200 GSM Kevlar og 6 lag med 400 GSM Kevlar.Begge disse prøvene har totalt 2400 GSM Kevlar hver.Når man sammenligner disse to forskjellige prøvene, reduserer de ikke avstanden til prosjektilene med en tilsvarende mengde.Lignende korrelasjoner og konklusjoner kan observeres fra 3 lag med 400 GSM Kevlar og 6 lag med 200 GSM Kevlar.Hver av disse sakene har 1200 GSM-prøver, men har ikke lignende egenskaper i resultatene.

Gjennomsnittskurver for prosjektil 1 og 2, vist iFig. 4, indikerer at prosjektilene ville stoppe med henholdsvis 6 og 7 multipler av 3 lag av 200 GSM Kevlar (dvs. 18 og 21 lag med 200 GSM Kevlar).Det er en trend som omtrent dobler antall lag med Kevlar som er nødvendig, sammenlignet med den faktiske skadede Kevlar for å stoppe prosjektilene.Med 18 og 21 lag med 200 GSM Kevlar, vil det resultere i at prosjektilene 1 og 2 stopper i omtrent 9 og 10 lag med Kevlar.Dette antallet lag korrelerer med antall lag med Kevlar som kommersielt tilgjengelige skuddsikre vester inneholder kun Kevlar.

Noen elementer for din referanse:

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

Videoer for din referanse:

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

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

5. Konklusjoner

Sammenligninger av 160 GSM, 200 GSM og 400 GSMKevlarunder ballistisk støt er gjort med de ballistiske testene utført med 9 mm Parabellum-ammunisjon og med forskjellig antall Kevlar-lag.Det ble observert at noen få lag med Kevlar ikke er effektive for å stoppe prosjektilene, men snarere tvinger prosjektilene til å reise videre inn i den ballistiske gelen.Først når antall lag er økt, ble nedgangen i prosjektilpenetrasjonen i den ballistiske gelen observert.Årsaken til denne penetrasjonstoppen, spesielt med hulspissprosjektilene, var på grunn av at hullet ble fylt opp med Kevlar-materiale og fikk det til å fungere som et FMJ-prosjektil.Lignende gjennomsnittlige negative gradienter ble observert mellom FMJ- og hulpunktprosjektilene når toppen er nådd.

Ved å oppsummere bidragene fra denne artikkelen kan den konkluderes:

• 1)

• Effektiviteten til forskjellige lag med 160 GSM, 200 GSM og 400 GSM kvaliteter av Kevlar lagdelt med ballistisk gel ble undersøkt, og det ble funnet at 200 GSM Kevlar var mer effektivt for å stoppe et 9 mm Parabellum-prosjektil.

• 2)

• Det ble funnet at det ikke er noen lineær sammenheng mellom to forskjellige typer kevlar med forskjellige vekter (som 200 GSM og 400 GSM Kevlar), lagdelt på en slik måte at de har samme kombinerte vekt.

• 3)

• Fire forskjellige typer 9 mm Parabellum-ammunisjon ble testet, og deres penetrasjonsdybder i den ballistiske gelen ble identifisert for forskjellige lag av Kevlar.

• 4)

• Det ble vurdert at for en 9 mm Parabellum-ammunisjon, som er mest brukt over hele verden, kreves det som et minimum 21 lag med 200 GSM Kevlar for å stoppe prosjektilet.Det foreslås at det som en sikkerhetsforanstaltning inkluderes en ekstra sikkerhetsfaktor da penetrasjonen også er avhengig av prosjektilprofilen.

Basert på resultatene presentert ovenfor for egenskapene til Kevlar-lag med forskjellig vekt, er det håp om at disse egenskapene kan brukes til å utvikle og designe sikre og effektive skuddsikre vester.

Den generelle trenden om at det er nødvendig med dobbel mengde lag med Kevlar sammenlignet med den faktiske mengden lag som er skadet, ville være verdt å utforske i videre forskning med forskjellig ammunisjon.Fremtidig forskning vil også kunne indikere penetrasjonseffekten som prosjektiler og ammunisjon av mindre kaliber har på Kevlar sammenlignet med 9 mm Para-ammunisjon.Tilsvarende vil fremtidig forskning kunne identifisere hvordan forskjellig ammunisjon og prosjektiler trenger gjennom 200 GSM Kevlar slik som Kevlar som kun brukes i skuddsikre vester.Med egenskapene observert med hulpunktprosjektilene som penetrerer dypere inn i den ballistiske gelen, etter at hulpunktet er blokkert med Kevlar, vil fremtidig forskning tillate å identifisere om en lignende effekt vil oppleves i et scenario der prosjektilet penetrerte klær, før det penetrerte kjøttet .

Anerkjennelser

Forskningen er delvis finansiert avNasjonal forskningsstiftelse.Følgende selskaper og enkeltpersoner er anerkjent for deres assistanse, veiledning og bruk av deres fasiliteter, i alfabetisk rekkefølge: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (våpenhandler og våpenmaker;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 og 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 og Leonie Stopforth.Det må bemerkes at meningene til forfatterne i denne artikkelen ikke nødvendigvis er meningene til selskapene, organisasjonene og enkeltpersonene nevnt ovenfor.Forfatterne fikk ingen økonomisk gevinst for de utførte testene.