Obrambna tehnologija——Eksperimentalna študija neprebojnih zmogljivosti kevlarja, različnih tež in števila plasti, z izstrelki 9 mm

2.1.Balistični gel

Balistični gel je bil izdelan iz želatine brez okusa.Gostota in konsistenca gela morata biti enaki tisti, ki jo uporablja Zvezni preiskovalni urad (FBI).Da bi dosegli enako doslednost, so navodila v ref.[30] in je bil preizkušen glede na standarde, opisane v ref.[31].

8 skodelic (250 ml) želatine v prahu brez okusa (približno 1,25 kg) zmešamo z 8 L vode (1 del želatine na vsake 4 dele vode), dokler se prašek ne raztopi.Ko smo raztopino vlili v posode (za zgornjo mešanico smo uporabili 2 × 5 L posode), smo v raztopino prelili 5 kapljic eteričnega olja (eterično olje cimetovih listov) in vanjo nežno vmešali.Razlog za eterično olje je omogočiti, da se mehurčki v raztopini razpršijo in da balističnemu gelu izboljšan vonj.Raztopino namestimo v posode, postavljene v hladilnik.Balistični gel je bil pripravljen za uporabo 36 ur po izdelavi, nato pa smo ga zavili v celofansko embalažo.Video, ki prikazuje podrobnosti za izdelavo balističnega gela, je na voljo nahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Gostota balističnega gela je bila izračunana na 996 km/m3(99,6 % gostote vode).Povprečna gostota človeške krvi, maščobe in mišic [32], kar je konsistenca človeškega mesa, je 1004 kg/m3.0,8-odstotna razlika v gostoti velja za sprejemljivo, da balistični gel posnema meso človeškega telesa.

2.2.Kevlar vzorcev

Pri testiranju so bile uporabljene tri teže kevlar tkanine, in sicer 160 GSM, 200 GSM in 400 GSM.Ker se kevlar lahko uporablja kot tkani material, se lahko največja trdnost materiala uporabi v orientaciji 0–90.Vzorci so bili zloženi z orientacijo −45/+45 (kvazi-izotropno), ki absorbira več energije ob udarcu kot orientacije 0–90, zložene drug na drugega [33].Vzorci, ki so bili uporabljeni v preskusih, so bili izdelani v večplastnih 3 slojih, pri čemer je bil vsak vzorec slojen v vrstnem redu 90/±45/90.Ko sta bila dva ali trije vzorci postavljeni drug na drugega, je bila zadnja plast enega vzorca postavljena pod kotom 45° glede na naslednjo plast naslednjega vzorca.

Listi kevlarja so bili razdeljeni in razrezani na liste velikosti A4, da so bili pripravljeni za povezovanje s priporočeno epoksi smolo in trdilcem.Vzorce smo pustili, da se posušijo.Vzorci so bili odrezani, potem ko se je smola strdila, in pritrjeni drug na drugega ter postavljeni na mesto za izvedbo preskusov.

Balistični testi so bili izvedeni z uporabo dveh različnih vrst streliva, in sicer s polnim kovinskim plaščem (FMJ) in z votlo točko (JHP) kalibra 9 mm Parabellum (P ali kratko Para).Metoda, uporabljena za testiranje vzorcev, je opisana v nadaljevanju:

• 1)

• Kronograf strelnega orožja je bil postavljen za merjenje hitrosti krogle.Kronograf je bil postavljen 2 m od ustnika strelnega orožja, da bi preprečil, da bi ustni plamen dal netočne odčitke.

• 2)

• Izveden je bil osnovni test za določitev hitrosti krogle neposredno v balistični gel.Enačba kinetične energije
  E=(1/2)mv2

  smo uporabili za določitev energije in razdalje prodiranja v balistični gel.

• 3)

• TheKevlarvzorce smo nato postavili pred balistični gel in tega postavili 1 m stran od kronografa.Razlog za razdaljo 1 m je ponovitev najslabšega možnega scenarija, ko je oseba ali predmet ustreljen na blizu.

• 4)

• Vzorec je bil izstreljen z izstrelkom, ki je šel skozi kronograf, da se določi njegova začetna hitrost.Po tem se vzorec predre in projektil se vstavi v balistični gel.Hitrosti testov so bile uporabljene za pridobitevpovprečna hitrostbranje, ki je bilo uporabljeno za posodobitev vrednosti v 2. koraku.

• 5)

• Razdalja prodiranja v balistični gel je bila izmerjena in zapisana.

• 6)

• 2. korak je bil ponovljen za vsako vrsto streliva, uporabljenega v testih.Korak 3 do korak 5 smo ponovili za vsak vzorec kevlarja.Preizkus s specifičnim strelivom je bil ponovljen, če izstrelek ni potoval naravnost znotraj balističnega gela ali če je predrl vzorec kevlarja na območju, za katerega se je štelo, da ni strukturno zdravo.

Pri 3-slojnih vzorcih so izstrelki 9 mm Parabellum FMJ potovali nekoliko manj v primerjavi s primerom brez kevlarja.Votli izstrelki so potovali dlje v primerjavi z ohišjem brez kevlarja.Izstrelek 9 mm Parabellum (številka 4) se ni veliko deformiral, vendar se je medeninasti plašč začel trgati z izstrelka.

Preizkusi, ki so bili izvedeni s 6 plastmi 160 GSM kevlarja, so pokazali, da so izstrelki z votlo konico 9 mm Parabellum šli dlje v primerjavi z nobenim preizkusom penetracije kevlarja z izstrelkom številka 4, ki je šel skoraj na enako razdaljo kot izstrelek FMJ.

Z 9 plastmi kevlarja 160 GSM so ustrezne razdalje, ki so jih prepotovali izstrelki v gelu, pokazale, da so izstrelki številke 1, 3 in 4 šli dlje, potem ko so šli skozi 9 plasti kevlarja 160 GSM, v primerjavi z izstrelki, izstreljenimi v balistično gel (brez kevlarja).

Preizkusi, opravljeni z 12 plastmi 160 GSM kevlarja, kažejo, da vsi izstrelki kažejo padajoč trend globine prodiranja v primerjavi z 9 plastmi.

Kot je razvidno izSlika 3, globine prodiranja izstrelkov nihajo z globino, ko se število plasti poveča, vendar je v vseh primerih opaziti zmanjšanje z 9 na 12 plasti.Opazili so, da so izstrelki z votlo konico prodrli skozi plasti kevlarja in pri tem je bila votla konica blokirana z materialom iz kevlarja.Ko ti votli izstrelki dosežejo balistični gel, delujejo na enak način kot izstrelek FMJ.Zaradi zgoraj omenjenega razloga so izstrelki pri uporabljenih vzorcih kevlarja prodrli dlje v balistični gel v primerjavi s testi, opravljenimi brez kevlarja.Šele ko je bilo predrtih dovolj plasti kevlarja, da je absorbirala dovolj energije, je projektil pokazal značilnosti zmanjšanega prodiranja v balistični gel.Ta lastnost je bila opažena pri drugih testih z različnimi utežmi kevlarja, kot je predstavljeno v tem dokumentu.

3.4.200 GSMKevlar

Testi 200 GSM kevlarja so bili izvedeni z vzorci 3, 6, 9, 12 in 15 plasti.Ker se 200 GSM kevlar običajno uporablja za neprebojne jopiče, je bilo odločeno, da se preizkusi izvedejo s 15 plastmi.Rezultati prodiranja v balistični gel so prikazani vSlika 4.

Preizkusi, opravljeni s 3 plastmi 200 GSM kevlarja, kažejo, da so 9 mm izstrelki Parabellum FMJ šli skozi balistični gel in razdalje, ki so jih prepotovali v primerjavi z ohišjem brez kevlarja, se niso zmanjšale.9-milimetrski votli koničasti izstrelki Parabellum so po pričakovanjih poskočili kot gobe, 9-milimetrski izstrelek Parabellum številka 4 pa je imel medeninasti plašč zagozden v balistični gel, vendar je svinčeni izstrelek nadaljeval in se ustavil, kot je zapisano vSlika 4.

S 6 plastmi 200 GSM kevlarja je bilo ugotovljeno, da se je razdalja prodiranja projektila 1 v balistični gel zmanjšala, medtem ko so projektili 2, 3 in 4 šli dlje v balistični gel v primerjavi s primerom brez kevlarja.

Preizkusi, izvedeni z 9 plastmi 200 GSM kevlarja, kažejo, da je projektil številka 2 potoval dlje v balistični gel v primerjavi z ohišjem brez kevlarja.Ugotovljeno je bilo, da sta imela izstrelka 3 in 4 v votli točki blokiran kevlar, ki je preprečil, da bi skočila kot goba.Projektila 3 in 4 sta potovala dlje v balistični gel, potem ko sta predrla 9 plasti 200 GSM kevlarja v primerjavi z ohišjem brez kevlarja.

S testi, opravljenimi z 12 plastmi 200 GSM kevlarja, so opazili, da so imeli 9 mm izstrelki Parabellum FMJ, številka 1 in 2, po preboju bolj ploščato glavo.Izstrelek številka 4, čeprav ni bil preveč gobast z votlo konico blokirano s kevlarjem, je bil bolj sploščen v glavi.Projektil številka 3 ni veliko gob, vendar so bili dokazi o deformaciji konice glave.

Preizkusi, izvedeni s 15 plastmi 200 GSM kevlarja, so imeli oba izstrelka FMJ, ki sta kazala znake rasti.Projektila številka 1 in 2 kažeta zmanjšanje globine prodiranja v balistični gel v primerjavi z ohišjem brez kevlarja.V tem primeru so izstrelke 3 in 4 zaustavile plasti kevlarja.

Kot je razvidno izSlika 4, ko se upoštevajo povprečja med točkami, se zdi, da kaže na linearni gradient padajočega prodiranja v balistični gel, ko je dosežen vrh pri približno 6 slojih 200 GSM kevlarja.200 GSM kevlar kaže boljšo zmogljivost v primerjavi s 160 GSM kevlarjem, kot je bilo pričakovano.Pri 15 slojih 200 GSM kevlarja sta bila ustavljena izstrelka številka 3 in 4, ne pa izstrelka številka 1 in 2. Po povprečnem gradientu se ocenjuje, da bosta izstrelka številka 1 in 2 ustavljena z morebitnimi 18 in 21 plastmi 200 GSM kevlar oz.

• Preizkusi 400 GSM kevlarja so bili izvedeni z uporabo vzorcev s 3, 6, 9 in 12 plastmi, kot kažejo rezultati, prikazani vSlika 5.

4. Analiza in razprava o rezultatih

Slika 6prikazuje primerjavo globin preboja različnih izstrelkov v 3 plasti 160 GSM, 200 GSM in 400 GSM kevlarja.Kot je razvidno izSlika 6, pri izstrelkih 9 mm Parabellum hollow point so 3 plasti 200 GSM kevlarja zaustavile izstrelke na najkrajši razdalji.3 plasti 400 GSM in 160 GSM kevlarja so najbolj ustavile projektile 1 oziroma 2.

Slika 7,Slika 9kažejo, da ni podobnih značilnosti z različnimi projektili za dve različni števili plasti podobnega GSM.Primer je 12 plasti 200 GSM kevlarja in 6 plasti 400 GSM kevlarja.Oba vzorca imata skupaj 2400 GSM kevlarja.Pri primerjavi teh dveh različnih vzorcev ne zmanjšajo razdalje izstrelkov za podobno količino.Podobne korelacije in sklepe lahko opazimo iz 3 plasti 400 GSM kevlarja in 6 plasti 200 GSM kevlarja.Vsak od teh primerov ima 1200 vzorcev GSM, vendar nimajo podobnih značilnosti v rezultatih.

Povprečne krivulje za izstrelke 1 in 2, prikazane vSlika 4, kažejo, da bi se izstrelki ustavili s 6 oziroma 7 večkratniki 3 plasti 200 GSM kevlarja (tj. 18 in 21 plasti 200 GSM kevlarja).Obstaja trend, da se število plasti kevlarja, ki je potrebno, približno podvoji v primerjavi z dejansko poškodovanim kevlarjem, da zaustavi izstrelke.Z 18 in 21 plastmi 200 GSM kevlarja se bosta izstrelka 1 in 2 ustavila v približno 9 in 10 plasti kevlarja.To število plasti je v korelaciji s številom plasti kevlarja, ki ga vsebujejo komercialno dostopni neprebojni jopiči samo iz kevlarja.

Nekaj ​​predmetov za vašo referenco:

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

Videoposnetki za vašo referenco:

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

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

5. Sklepi

Primerjava 160 GSM, 200 GSM in 400 GSMKevlarpod balističnim udarcem so bili narejeni z balističnimi testi, izvedenimi s strelivom 9 mm Parabellum in z različnim številom plasti kevlarja.Ugotovljeno je bilo, da nekaj plasti kevlarja ni učinkovito pri zaustavljanju izstrelkov, temveč prisili izstrelke, da potujejo dlje v balistični gel.Šele ko se število plasti poveča, so opazili zmanjšanje prodiranja projektila v balistični gel.Razlog za to največjo penetracijo, zlasti pri izstrelkih z votlo konico, je bila luknja, ki se je zapolnila z materialom kevlar, zaradi česar je deloval kot izstrelek FMJ.Podobni povprečni negativni gradienti so bili opaženi med FMJ in izstrelki z votlo točko, ko je bil dosežen vrh.

Če povzamemo prispevke tega dokumenta, lahko sklepamo:

• 1)

• Raziskana je bila učinkovitost različnih plasti kevlarja 160 GSM, 200 GSM in 400 GSM, prevlečenih z balističnim gelom, in ugotovljeno je bilo, da je 200 GSM kevlar učinkovitejši za zaustavitev 9 mm izstrelka Parabellum.

• 2)

• Ugotovljeno je bilo, da ni linearnega razmerja med dvema različnima vrstama kevlarja z različno težo (kot sta 200 GSM in 400 GSM kevlar), razporejeni tako, da imata enako skupno težo.

• 3)

• Preizkušeni so bili štirje različni tipi streliva 9 mm Parabellum in njihova globina prodiranja v balistični gel je bila določena za različne plasti kevlarja.

• 4)

• Ocenjeno je bilo, da je za 9 mm strelivo Parabellum, ki se najpogosteje uporablja po svetu, potrebnih najmanj 21 plasti 200 GSM kevlarja za zaustavitev izstrelka.Predlaga se, da se kot varnostni ukrep vključi dodaten varnostni faktor, saj je preboj odvisen tudi od profila projektila.

Na podlagi zgoraj predstavljenih rezultatov za značilnosti slojev kevlarja različnih tež, upamo, da bo mogoče te lastnosti uporabiti za razvoj in načrtovanje varnih in učinkovitih neprebojnih jopičev.

Splošni trend, da je potrebna podvojitev količine plasti kevlarja v primerjavi z dejansko količino poškodovanih plasti, bi bilo vredno raziskati v nadaljnjih raziskavah z različnimi strelivi.Prihodnje raziskave bi prav tako lahko pokazale učinek preboja, ki ga imajo projektili in strelivo manjšega kalibra na kevlar v primerjavi s strelivom 9 mm Para.Podobno bodo prihodnje raziskave lahko ugotovile, kako različno strelivo in izstrelki prebijejo 200 GSM kevlar, kot je kevlar, ki se uporablja samo v neprebojnih jopičih.Z značilnostmi, opaženimi pri izstrelkih z votlo konico, ki prodrejo globlje v balistični gel, potem ko je votla konica blokirana s kevlarjem, bi prihodnje raziskave omogočile ugotoviti, ali bi se podoben učinek pojavil v scenariju, ko bi izstrelek predrl oblačila, preden bi prodrl v meso .

Zahvala

Raziskavo je delno financiralNacionalna raziskovalna fundacija.Naslednjim podjetjem in posameznikom se zahvaljujemo za pomoč, usmerjanje in uporabo svojih objektov po abecednem vrstnem redu: Borrie Bornman, John Evans, Center za ocenjevanje in usposabljanje za strelno orožje (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (trgovec s strelnim orožjem in orožar;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), kmetija in naravni rezervat River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David in 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 in Leonie Stopforth.Opozoriti je treba, da mnenja avtorjev v tem prispevku niso nujno tudi mnenja zgoraj omenjenih podjetij, organizacij in posameznikov.Avtorji za opravljene teste niso prejeli nobene finančne koristi.