Obranná technológia – experimentálna štúdia nepriestrelných schopností kevlaru, s rôznou hmotnosťou a počtom vrstiev, s 9 mm projektilmi

2.1.Balistický gél

Balistický gél bol vyrobený z neochutenej želatíny.Hustota a konzistencia gélu musia byť rovnaké ako tie, ktoré používa Federálny úrad pre vyšetrovanie (FBI).Aby sa dosiahla rovnaká konzistencia, pokyny uvedené v Ref.[30] boli dodržané a bol testovaný podľa noriem opísaných v Ref.[31].

8 šálok (250 ml) neochuteného želatínového prášku (približne 1,25 kg) sa zmieša s 8 l vody (1 diel želatíny na 4 diely vody), kým sa všetok prášok nerozpustí.Po naliatí roztoku do nádob (na uvedenú zmes boli použité 2 x 5 l nádoby) sa do roztoku nalialo 5 kvapiek esenciálneho oleja (silica z listov škorice) a jemne sa do neho vmiešalo.Dôvodom pre esenciálny olej je umožniť rozptýlenie bubliniek v roztoku a poskytnúť balistickému gélu vylepšenú vôňu.Roztok sa naleje do nádob umiestnených v chladničke.Balistický gél bol pripravený na použitie 36 hodín po jeho výrobe a potom bol zabalený do celofánového obalu.Video s podrobnosťami o výrobe balistického gélu je dostupné zhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Hustota balistického gélu bola vypočítaná ako 996 km/m3(99,6 % hustoty vody).Priemerná hustota ľudskej krvi, tuku a svalov [32], čo je konzistencia ľudského mäsa, je 1004 kg/m3.0,8 % rozdiel v hustotách sa považuje za prijateľný pre balistický gél na replikáciu mäsa ľudského tela.

2.2.Kevlar vzorky

V testoch boli použité tri závažia kevlarovej tkaniny, a to 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM.Keďže Kevlar môže byť použitý ako tkaný materiál, najvyššia pevnosť materiálu by mohla byť použitá v orientácii 0-90.Vzorky boli naskladané s orientáciou −45/+45 (kváziizotropná), ktorá absorbuje viac energie pri náraze ako 0–90 orientácií naskladaných na sebe [33].Vzorky, ktoré boli použité v testoch, boli vyrobené v násobkoch 3 vrstiev, kde každá vzorka bola vrstvená v poradí 90/±45/90.Keď boli dve alebo tri vzorky umiestnené na seba, bolo to urobené tak, že posledná vrstva jednej vzorky bola umiestnená pod uhlom 45° k ďalšej vrstve ďalšej vzorky.

Kevlarové listy boli rozdelené a narezané na listy veľkosti A4, aby sa pripravili na spojenie pomocou odporúčanej epoxidovej živice a tvrdidla.Vzorky sa nechali vysušiť.Vzorky boli odrezané po vytvrdnutí živice a navzájom zoskrutkované a boli umiestnené na miesto na vykonanie testov.

Balistické testy boli vykonané s použitím dvoch rôznych druhov munície, a to celokovového plášťa (FMJ) a plášťového dutého hrotu (JHP) kalibru 9 mm Parabellum (skrátene P alebo Para).Metóda použitá na testovanie vzoriek je opísaná ďalej:

• 1)

• Na meranie rýchlosti strely bol nastavený chronograf strelnej zbrane.Chronograf bol umiestnený 2 m od ústia strelných zbraní, aby sa predišlo tomu, že plameň z ústia zbrane poskytoval nepresné údaje.

• 2)

• Uskutočnil sa základný test na určenie rýchlosti strely priamo do balistického gélu.Rovnica kinetickej energie
  E=(1/2)mv2

  sa použila na určenie energie a vzdialenosti prieniku do balistického gélu.

• 3)

• TheKevlarvzorky sa potom umiestnili pred balistický gél a ten sa umiestnil 1 m od chronografu.Dôvodom pre vzdialenosť 1 m je zopakovať najhorší scenár, keď je osoba alebo predmet zastrelený z blízkej vzdialenosti.

• 4)

• Vzorka bola vystrelená projektilom prechádzajúcim cez chronograf, aby sa určila jej počiatočná rýchlosť.Potom je vzorka penetrovaná a projektil je uložený v balistickom géli.Rýchlosti testov sa použili na získanie anpriemerná rýchlosťčítanie, ktoré sa použilo na aktualizáciu hodnôt v kroku 2.

• 5)

• Merala a zaznamenávala sa vzdialenosť prieniku do balistického gélu.

• 6)

• Krok 2 sa opakoval pre každý typ munície použitej v testoch.Krok 3 až krok 5 sa opakovali pre každú vzorku kevlaru.Test so špecifickou muníciou sa opakoval, ak strela necestovala priamo v balistickom géli alebo ak prenikla kevlarovou vzorkou v oblasti, ktorá sa nepovažovala za štrukturálne v poriadku.

S 3-vrstvovými vzorkami sa 9 mm projektily Parabellum FMJ pohybovali o niečo menej v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.Projektily s dutým hrotom cestovali ďalej v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.Strela 9 mm Parabellum (číslo 4) sa veľmi nedeformovala, ale mosadzný plášť začal strhnúť strelu.

Testy, ktoré boli vykonané so 6 vrstvami 160 GSM Kevlaru ukázali, že 9 mm projektily s dutým hrotom Parabellum išli ďalej v porovnaní s žiadnymi penetračnými testami kevlaru, pričom projektil číslo 4 prešiel takmer na rovnakú vzdialenosť ako projektil FMJ.

S 9 vrstvami 160 GSM kevlaru zodpovedajúce vzdialenosti, ktoré prešli projektily v géli, ukázali, že projektil s číslami 1, 3 a 4 išiel ďalej po tom, čo prešiel cez 9 vrstiev 160 GSM kevlaru, v porovnaní s projektilmi vystrelenými do balistických striel. gél (bez kevlaru).

Testy vykonané s 12 vrstvami 160 GSM Kevlaru ukazujú, že všetky strely vykazujú klesajúci trend hĺbky prieniku v porovnaní s 9 vrstvami.

Ako je vidieť vObrhĺbka prieniku projektilov kolíše s hĺbkou, keď sa počet vrstiev zvyšuje, no vo všetkých prípadoch sa pozoruje pokles z 9 na 12 vrstiev.Bolo pozorované, že projektily s dutými hrotmi prenikli kevlarovými vrstvami a v tomto procese bol dutý hrot zablokovaný kevlarovým materiálom.Keď tieto projektily s dutým bodom dosiahnu balistický gél, fungujú rovnakým spôsobom ako projektily FMJ.Z vyššie uvedeného dôvodu pri použitých vzorkách kevlaru prenikli projektily ďalej do balistického gélu v porovnaní s testami vykonanými bez kevlaru.Až keď boli preniknuté dostatočné vrstvy Kevlaru na absorbovanie dostatočnej energie, projektil vykazoval charakteristiky zníženého prieniku do balistického gélu.Táto charakteristika bola pozorovaná v iných testoch s rôznymi hmotnosťami Kevlaru, ako je uvedené v tomto článku.

3.4.200 GSMKevlar

200 GSM kevlarových testov bolo vykonaných so vzorkami s 3, 6, 9, 12 a 15 vrstvami.Keďže 200 GSM Kevlar sa bežne používa na nepriestrelné vesty, bolo rozhodnuté vykonať testy s 15 vrstvami.Výsledky prieniku do balistického gélu sú uvedené vObr.

Testy vykonané s 3 vrstvami 200 GSM Kevlaru ukázali, že 9 mm projektily Parabellum FMJ prešli balistickým gélom a vzdialenosti, ktoré prešli v porovnaní s bez Kevlarovým puzdrom, sa neznížili.9 mm projektily s dutým hrotom Parabellum vyskočili podľa očakávania a 9 mm projektil Parabellum číslo 4 mal mosadzný plášť uložený v balistickom géli, ale olovený projektil pokračoval a zastavil sa, ako bolo zaznamenané v r.Obr.

Pri 6 vrstvách 200 GSM Kevlaru sa pozorovalo, že vzdialenosť prieniku projektilu 1 do balistického gélu sa zmenšila, zatiaľ čo projektily 2, 3 a 4 išli ďalej do balistického gélu v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.

Testy vykonané s 9 vrstvami 200 GSM Kevlaru ukázali, že projektil číslo 2 putoval ďalej do balistického gélu v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.Bolo pozorované, že projektily 3 a 4 mali kevlar zablokovaný v dutom hrote, čo mu bránilo v hríbikoch.Projektily 3 a 4 putovali ďalej do balistického gélu po preniknutí 9 vrstiev 200 GSM Kevlaru v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.

Pri testoch vykonaných s 12 vrstvami 200 GSM Kevlaru sa zistilo, že 9 mm projektily Parabellum FMJ, číslo 1 a 2, mali po preniknutí plochejšiu hlavu.Projektil číslo 4, aj keď s dutým hrotom zablokovaným kevlarom nebol veľmi hríbovitý, bol v hlave viac sploštený.Projektil číslo 3 nemal veľa hríbov, ale existovali dôkazy o deformácii špičky hlavy.

Testy vykonané s 15 vrstvami 200 GSM Kevlaru mali oba FMJ projektily indikujúce známky hríbov.Projektil číslo 1 a 2 ukazuje zníženie hĺbky prieniku do balistického gélu v porovnaní s puzdrom bez kevlaru.V tomto prípade boli projektily 3 a 4 zastavené kevlarovými vrstvami.

Ako je vidieť vObrKeď sa berú do úvahy priemery medzi bodmi, zdá sa, že to naznačuje lineárny gradient klesajúceho prieniku do balistického gélu, keď sa dosiahne vrchol približne v 6 vrstvách 200 GSM Kevlaru.Kevlar 200 GSM vykazuje lepší výkon v porovnaní s kevlarom 160 GSM, ako sa očakávalo.Na 15 vrstvách 200 GSM Kevlaru boli zastavené strely číslo 3 a 4, ale nie strely číslo 1 a 2. Na základe priemerného gradientu sa odhaduje, že strely číslo 1 a 2 budú zastavené pomocou možno 18 a 21 vrstiev 200 GSM Kevlar, resp.

• 400 GSM kevlarových testov sa uskutočnilo s použitím vzoriek 3, 6, 9 a 12 vrstiev, ako ukazujú výsledky uvedené vObr.

4. Analýza a diskusia výsledkov

Obrukazuje porovnanie hĺbok prieniku rôznych projektilov do 3 vrstiev 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM Kevlar.Ako je vidieť vObr, s 9 mm projektilmi Parabellum s dutým hrotom, 3 vrstvy 200 GSM Kevlaru zastavili projektily v najkratšej vzdialenosti.3 vrstvy 400 GSM a 160 GSM Kevlar zastavili strely 1 a 2 najviac.

Obr. 7,Obr. 9naznačujú, že neexistujú žiadne podobné charakteristiky s rôznymi projektilmi pre dva rôzne počty vrstiev podobného GSM.Príkladom je 12 vrstiev 200 GSM Kevlar a 6 vrstiev 400 GSM Kevlar.Obe tieto vzorky majú spolu 2400 GSM kevlarov.Pri porovnaní týchto dvoch rôznych vzoriek nezmenšujú vzdialenosť projektilov o podobnú hodnotu.Podobné korelácie a závery možno pozorovať z 3 vrstiev 400 GSM Kevlaru a 6 vrstiev 200 GSM Kevlaru.Každý z týchto prípadov má 1200 vzoriek GSM, ale vo výsledkoch nemajú podobné charakteristiky.

Priemerné krivky pre strely 1 a 2, zobrazené vObr, naznačujú, že projektily by sa zastavili so 6 a 7 násobkami 3 vrstiev 200 GSM Kevlaru, v tomto poradí (tj 18 a 21 vrstiev 200 GSM Kevlaru).Existuje trend približne zdvojnásobiť počet vrstiev kevlaru, ktorý je potrebný v porovnaní so skutočne poškodeným kevlarom na zastavenie projektilov.S 18 a 21 vrstvami 200 GSM Kevlaru to povedie k tomu, že projektily 1 a 2 sa zastavia v približne 9 a 10 vrstvách Kevlaru.Tento počet vrstiev koreluje s počtom vrstiev Kevlaru, ktoré obsahujú komerčne dostupné nepriestrelné vesty len z Kevlaru.

Niektoré položky pre vašu referenciu:

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

Videá pre vašu referenciu:

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

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

5. Závery

Porovnanie 160 GSM, 200 GSM a 400 GSMKevlarpri balistickom náraze boli vykonané balistickými testami vykonanými s 9 mm muníciou Parabellum as rôznym počtom vrstiev kevlaru.Bolo pozorované, že niekoľko vrstiev Kevlaru nie je účinných pri zastavení projektilov, ale skôr núti projektily cestovať ďalej do balistického gélu.Až po zvýšení počtu vrstiev sa pozoroval pokles prieniku projektilu do balistického gélu.Dôvodom tohto vrcholu v penetrácii, najmä pri projektiloch s dutým hrotom, bolo vyplnenie otvoru kevlarovým materiálom, vďaka čomu fungoval ako projektil FMJ.Podobné spriemerované negatívne gradienty boli pozorované medzi FMJ a projektilmi s dutým bodom, keď bol dosiahnutý vrchol.

Ak zhrnieme príspevky tohto článku, možno dospieť k záveru:

• 1)

• Skúmala sa účinnosť rôznych vrstiev kevlaru 160 GSM, 200 GSM a 400 GSM povrstvených balistickým gélom a zistilo sa, že 200 GSM Kevlar bol účinnejší na zastavenie 9 mm projektilu Parabellum.

• 2)

• Zistilo sa, že neexistuje lineárny vzťah medzi dvoma rôznymi typmi kevlaru s rôznymi hmotnosťami (ako je 200 GSM a 400 GSM Kevlar), vrstvenými takým spôsobom, že majú rovnakú kombinovanú hmotnosť.

• 3)

• Testovali sa štyri rôzne typy 9 mm munície Parabellum a určila sa ich hĺbka prieniku do balistického gélu pre rôzne vrstvy Kevlaru.

• 4)

• Zistilo sa, že pre 9 mm muníciu Parabellum, ktorá sa najčastejšie používa na celom svete, je potrebných minimálne 21 vrstiev 200 GSM Kevlaru na zastavenie strely.Ako bezpečnostné opatrenie sa odporúča zahrnúť dodatočný bezpečnostný faktor, pretože prienik závisí aj od profilu strely.

Na základe vyššie uvedených výsledkov pre charakteristiky kevlarových vrstiev rôznej hmotnosti sa predpokladá, že tieto vlastnosti môžu byť použité na vývoj a navrhovanie bezpečných a účinných nepriestrelných viest.

Všeobecný trend, že je potrebné zdvojnásobiť množstvo vrstiev Kevlaru v porovnaní so skutočným množstvom poškodených vrstiev, by stálo za to preskúmať v ďalšom výskume s inou muníciou.Budúci výskum by tiež mohol naznačiť prienikový efekt, ktorý majú na kevlar strely a munícia menšieho kalibru v porovnaní s 9 mm para muníciou.Podobne bude budúci výskum schopný identifikovať, ako rôzne strelivo a projektily prenikajú do 200 GSM kevlaru, ako je kevlar používaný len v nepriestrelných vestách.S charakteristikami pozorovanými pri projektiloch s dutým hrotom, ktoré prenikajú hlbšie do balistického gélu, po zablokovaní dutého hrotu kevlarom, by budúci výskum umožnil identifikovať, či by k podobnému efektu došlo v scenári, keď projektil prenikol odevom skôr, ako prenikne mäsom. .

Poďakovanie

Výskum čiastočne financovalNárodná výskumná nadácia.Nasledujúce spoločnosti a jednotlivci sú ocenení za pomoc, poradenstvo a používanie ich zariadení v abecednom poradí: Borrie Bornman, John Evans, Centrum hodnotenia a výcviku spôsobilosti strelných zbraní (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (obchodník so strelnými zbraňami a zbrojár;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 a 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 a Leonie Stopforth.Je potrebné poznamenať, že názory autorov v tomto článku nemusia byť nevyhnutne názormi spoločností, organizácií a jednotlivcov uvedených vyššie.Autori za vykonané testy nezískali žiadny finančný zisk.