Försvarsteknik——Experimentell studie av skottsäkringsförmåga hos Kevlar, av olika vikter och antal lager, med 9 mm projektiler

2.1.Ballistisk gel

Den ballistiska gelén var gjord av gelatin utan smak.Geléns densitet och konsistens måste vara densamma som den som används av Federal Bureau of Investigation (FBI).För att uppnå samma konsistens, instruktioner i Ref.[30] följdes och den har testats mot de standarder som beskrivs i Ref.[31].

8 koppar (250 ml) gelatinpulver utan smak (cirka 1,25 kg) blandas med 8 L vatten (1 del gelatin för var 4:e delar vatten) tills allt pulvret är upplöst.Efter att lösningen hällts i behållarna (2 × 5 L behållare användes för ovanstående blandning), hälldes 5 droppar eterisk olja (eterisk olja från kanelblad) över lösningen och rördes försiktigt in i den.Anledningen till den eteriska oljan är att låta bubblorna i lösningen försvinna och ge den ballistiska gelen en förbättrad lukt.Lösningen sätts i behållarna placerade i kylen.Den ballistiska gelén var klar att användas 36 timmar efter att den tillverkats och sedan slogs den in i cellofanförpackning.En video som visar detaljerna för att göra den ballistiska gelén finns tillgänglig frånhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Densiteten för den ballistiska gelén beräknades till 996 km/m3(99,6 % av vattnets densitet).Den genomsnittliga tätheten av mänskligt blod, fett och muskler [32], vilket är människoköttets konsistens, är 1004 kg/m3.En skillnad på 0,8 % i densiteterna anses vara acceptabel för den ballistiska gelén för att replikera köttet av en människokropp.

2.2.Kevlar prover

Tre vikter av Kevlar-tyg användes i testerna, nämligen 160 GSM, 200 GSM och 400 GSM.Eftersom Kevlar kan användas som ett vävt material, kan den högsta styrkan av materialet användas i en 0–90 orientering.Proverna staplades med en -45/+45 (kvasiisotropisk) orientering som absorberar mer energi vid stöten än 0–90 orienteringar staplade på varandra [33].Proverna som användes i testerna gjordes i multipler om 3 skikt där varje prov skiktades i storleksordningen 90/±45/90.När två eller tre prover placerades ovanpå varandra gjordes det så att det sista lagret av ett prov placerades vid 45° till nästa lager av nästa prov.

Kevlar-arken delades upp och skars till A4-ark för att förbereda dem för att bindas samman med det rekommenderade epoxihartsen och härdaren.Proverna lämnades att torka.Proverna skars efter att hartset hade stelnat och bultats till varandra och placerades på plats för att testerna skulle utföras.

Ballistiska tester utfördes med två olika typer av ammunition, nämligen helmetallmantel (FMJ) och mantlad ihålig spets (JHP) av 9 mm Parabellum (P eller Para för kort) kaliber.Metoden som används för att testa proverna beskrivs nedan:

• 1)

• En skjutvapenkronograf sattes upp för att mäta kulhastigheter.Kronografen placerades 2 m från skjutvapnens mynning för att förhindra att mynningslågan skulle ge felaktiga avläsningar.

• 2)

• Ett baslinjetest utfördes för att bestämma kulhastigheten direkt in i den ballistiska gelén.Den kinetiska energiekvationen
  E=(1/2)mv2

  användes för att bestämma energin och avståndet för penetration in i den ballistiska gelén.

• 3)

• DeKevlarprover placerades sedan framför den ballistiska gelén och denna placerades 1 m från kronografen.Anledningen till avståndet på 1 m är att replikera det värsta scenariot där en person eller ett föremål skjuts på nära avstånd.

• 4)

• Provet sköts med projektilen som gick genom kronografen för att bestämma dess initiala hastighet.Efter detta penetreras provet och projektilen placeras i den ballistiska gelén.Hastigheterna för testerna användes för att erhålla engenomsnittlig hastighetläsning som användes för att uppdatera värdena i steg 2.

• 5)

• Avståndet för penetration in i den ballistiska gelén mättes och registrerades.

• 6)

• Steg 2 upprepades för varje typ av ammunition som användes i testerna.Steg 3 till steg 5 upprepades för varje Kevlar-prov.Ett test med specifik ammunition upprepades om projektilen inte färdades rakt in i den ballistiska gelén, eller om den penetrerade Kevlar-provet i ett område som ansågs inte vara strukturellt sunt.

Med 3-skiktsproverna färdades 9 mm Parabellum FMJ-projektilerna något mindre jämfört med fallet utan Kevlar.De ihåliga spetsprojektilerna reste längre jämfört med fallet utan Kevlar.9 mm Parabellum-projektilen (nummer 4) deformerades inte mycket, men mässingsmanteln började slita av projektilen.

Testerna som utfördes med 6 lager av 160 GSM Kevlar indikerade att 9 mm Parabellum-hålspetsprojektilerna gick längre jämfört med inga Kevlar-penetrationstester med projektil nummer 4 som gick nästan samma sträcka som en FMJ-projektil.

Med de 9 skikten av 160 GSM Kevlar visade motsvarande avstånd som projektilerna i gelén tillryggalagt att projektilnummer 1, 3 och 4 gick längre efter att den gick igenom de 9 skikten av 160 GSM Kevlar, jämfört med projektilerna som sköts in i ballistiken. gel (ingen Kevlar).

Testerna utförda med 12 lager av 160 GSM Kevlar visar att alla projektiler visar en minskande trend av penetrationsdjup jämfört med 9 lager.

Som sett iFig. 3, inträngningsdjupen för projektilerna fluktuerar med djupet när antalet lager ökar, men ändå observeras en minskning från 9 till 12 lager i alla fall.Det observerades att hålspetsprojektilerna penetrerade kevlarskikten och i processen blockerades hålspetsen med kevlarmaterialet.När dessa ihåliga spetsprojektiler når den ballistiska gelén, fungerar de på samma sätt som en FMJ-projektil.På grund av det ovan nämnda skälet med Kevlar-proverna som användes, penetrerade projektilerna längre in i den ballistiska gelén jämfört med testerna som utfördes utan Kevlar.Först när tillräckligt med lager av Kevlar penetrerades för att absorbera tillräcklig energi, visade projektilen egenskaperna för en minskad penetration in i den ballistiska gelen.Denna egenskap observerades i de andra testerna, med de olika vikterna Kevlar som presenteras i detta dokument.

3.4.200 GSMKevlar

De 200 GSM Kevlar-testerna utfördes med prover av 3, 6, 9, 12 och 15 lager.Eftersom 200 GSM Kevlar är vanligt förekommande för skottsäkra västar beslutades det att utföra tester med 15 lager.Resultaten av penetrationen i den ballistiska gelén visas iFig. 4.

Testerna som utfördes med 3 lager av 200 GSM Kevlar visar att 9 mm Parabellum FMJ-projektilerna gick igenom den ballistiska gelen och avstånden de reste jämfört med fallet utan Kevlar minskades inte.9 mm Parabellum-projektilerna med ihåliga spetsar växte ut som förväntat, och 9 mm Parabellum-projektilen nummer 4 hade mässingsmanteln fast i den ballistiska gelén, men blyprojektilen fortsatte och stannade som registrerats iFig. 4.

Med 6 lager av 200 GSM Kevlar observerades att penetrationsavståndet för projektil 1 in i den ballistiska gelén minskade medan projektilerna 2, 3 och 4 gick längre in i den ballistiska gelén i jämförelse med fallet utan Kevlar.

Testerna som utfördes med 9 lager av 200 GSM Kevlar visar att projektil nummer 2 reste längre in i den ballistiska gelen jämfört med fallet utan Kevlar.Det observerades att projektilerna 3 och 4 hade kevlar blockerad i den ihåliga spetsen som hindrade den från att bilda svamp.Projektilerna 3 och 4 färdades längre in i den ballistiska gelén efter att ha penetrerat 9 lager av 200 GSM Kevlar i jämförelse med fallet utan Kevlar.

Med testerna utförda med 12 lager av 200 GSM Kevlar, observerades att 9 mm Parabellum FMJ-projektiler, nummer 1 och 2, hade ett plattare huvud efter penetrering.Projektil nummer 4, även om den inte hade svampat mycket med den ihåliga spetsen blockerad med Kevlar, var tillplattad mer i huvudet.Projektil nummer 3 svampade inte mycket, men det fanns tecken på att spetsen på huvudet var deformerad.

Testerna som utfördes med 15 lager av 200 GSM Kevlar, hade båda FMJ-projektilerna som tydde på tecken på svampbildning.Projektil nummer 1 och 2 visar en minskning av penetrationsdjupet i den ballistiska gelén jämfört med fallet utan Kevlar.I det aktuella fallet stoppades projektilerna 3 och 4 av kevlarskikten.

Som sett iFig. 4När medelvärdena mellan punkterna beaktas, tycks det indikera att en linjär gradient av minskande penetration in i den ballistiska gelen inträffar, när en topp vid ungefär 6 lager av 200 GSM Kevlar har uppnåtts.200 GSM Kevlar visar bättre prestanda jämfört med 160 GSM Kevlar, som förväntat.Vid 15 lager av 200 GSM Kevlar har projektiler nummer 3 och 4 stoppats, men inte projektiler nummer 1 och 2. Efter den genomsnittliga gradienten beräknas projektilerna nummer 1 och 2 stoppas med möjligen 18 och 21 lager av 200 GSM Kevlar, respektive.

• De 400 GSM Kevlar-testerna utfördes med prover av 3, 6, 9 och 12 lager, vilket indikeras av resultaten som visas iFig. 5.

4. Analys och diskussion av resultat

Fig. 6visar jämförelsen av penetrationsdjup för olika projektiler i 3 lager av 160 GSM, 200 GSM och 400 GSM Kevlar.Som sett iFig. 6, med 9 mm Parabellum ihåliga spetsprojektiler, stoppade 3 lager av 200 GSM Kevlar projektilerna på det kortaste avståndet.3 lager av 400 GSM och 160 GSM Kevlar stoppade projektilerna 1 respektive 2 mest.

Fig. 7,Fig. 9indikerar att det inte finns några liknande egenskaper med olika projektiler för två olika antal lager av liknande GSM.Ett exempel är 12 lager med 200 GSM Kevlar och 6 lager med 400 GSM Kevlar.Båda dessa prover har totalt 2400 GSM Kevlar vardera.När man jämför dessa två olika prover, minskar de inte avståndet mellan projektilerna lika mycket.Liknande korrelationer och slutsatser kan observeras från 3 lager av 400 GSM Kevlar och 6 lager av 200 GSM Kevlar.Vart och ett av dessa fall har 1200 GSM-prover, men har inte liknande egenskaper i resultaten.

Medelkurvor för projektil 1 och 2, visas iFig. 4, indikerar att projektilerna skulle stanna med 6 och 7 multiplar av 3 lager av 200 GSM Kevlar respektive (dvs. 18 och 21 lager av 200 GSM Kevlar).Det finns en trend som ungefär fördubblar antalet lager av Kevlar som behövs, i jämförelse med den faktiska skadade Kevlar för att stoppa projektilerna.Med 18 och 21 lager av 200 GSM Kevlar kommer det att resultera i att projektilerna 1 och 2 stannar i cirka 9 och 10 lager av Kevlar.Detta antal lager korrelerar med antalet lager av Kevlar som kommersiellt tillgängliga skottsäkra västar innehåller endast Kevlar.

Några artiklar för din referens:

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

Videor för din referens:

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

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

5. Slutsatser

Jämförelser av 160 GSM, 200 GSM och 400 GSMKevlarunder ballistisk stöt har gjorts med de ballistiska testerna utförda med 9 mm Parabellum-ammunition och med olika antal Kevlar-lager.Det observerades att några lager av Kevlar inte är effektiva för att stoppa projektilerna, utan snarare tvingar projektilerna att resa längre in i den ballistiska gelen.Först när antalet lager ökat, observerades minskningen av projektilens penetration in i den ballistiska gelén.Anledningen till denna topp i penetration, särskilt med ihåliga spetsprojektiler, berodde på att hålet fylldes upp med Kevlar-material och fick det att fungera som en FMJ-projektil.Liknande genomsnittliga negativa gradienter observerades mellan FMJ och hålpunktsprojektiler, när toppen har nåtts.

Genom att sammanfatta bidragen från denna artikel kan man dra slutsatsen:

• 1)

• Effektiviteten av olika lager av 160 GSM, 200 GSM och 400 GSM kvaliteter av Kevlar skiktade med ballistisk gel undersöktes, och det visade sig att 200 GSM Kevlar var mer effektivt för att stoppa en 9 mm Parabellum-projektil.

• 2)

• Det visade sig att det inte finns något linjärt samband mellan två olika typer av Kevlar med olika vikt (som 200 GSM och 400 GSM Kevlar), skiktade på ett sådant sätt att de har samma sammanlagda vikt.

• 3)

• Fyra olika typer av 9 mm Parabellum-ammunition testades, och deras penetrationsdjup i den ballistiska gelen identifierades för olika lager av Kevlar.

• 4)

• Det bedömdes att för en 9 mm Parabellum-ammunition, som är vanligast i världen, krävs minst 21 lager av 200 GSM Kevlar för att stoppa projektilen.Det föreslås att, som en säkerhetsåtgärd, en extra säkerhetsfaktor inkluderas eftersom penetrationen också är beroende av projektilprofilen.

Baserat på de resultat som presenterats ovan för egenskaperna hos kevlarlager med olika vikt, hoppas man att dessa egenskaper kan användas för att utveckla och designa säkra och effektiva skottsäkra västar.

Den allmänna trenden att dubbla mängden lager av Kevlar behövs jämfört med den faktiska mängden lager som skadats, skulle vara värt att utforska i ytterligare forskning med annan ammunition.Framtida forskning skulle också kunna indikera penetrationseffekten som projektiler och ammunition av mindre kaliber har på Kevlar jämfört med 9 mm Para-ammunition.På liknande sätt kommer framtida forskning att kunna identifiera hur olika ammunition och projektiler penetrerar 200 GSM Kevlar som Kevlar som endast används i skottsäkra västar.Med de egenskaper som observerats med ihåliga spetsprojektiler som penetrerar djupare in i den ballistiska gelén, efter att den ihåliga spetsen blockerats med Kevlar, skulle framtida forskning göra det möjligt att identifiera om en liknande effekt skulle upplevas i ett scenario där projektilen penetrerade kläder, innan den penetrerade köttet .

Erkännanden

Forskningen har delvis finansierats avNational Research Foundation.Följande företag och individer är tacksamma för deras hjälp, vägledning och användning av deras anläggningar, i alfabetisk ordning: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (skjutvapenhandlare och vapenslagare;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 och 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 och Leonie Stopforth.Det måste noteras att åsikterna från författarna i denna artikel inte nödvändigtvis är åsikterna från de företag, organisationer och individer som nämns ovan.Författarna fick ingen ekonomisk vinst för de genomförda testerna.