Oglekļa šķiedras pielietojumi ballistiskos kompozītmateriālos

Ballistiskie kompozītmateriāli ir dažādās formās un piedāvā dažādus veiktspējas līmeņus. Starp tiem ar šķiedru-pastiprināti kompozītmateriāli izceļas ar savu vieglo svaru un spēcīgo pretestību pret iespiešanos. Tie ir mūsdienās visplašāk pētītie ballistikas materiāli un arī visstraujāk{3}}augošais segments tirgū.

Augstas -veiktspējas šķiedras, ko parasti izmanto šķiedru- armētos ballistiskos kompozītos, ietver kevlāra šķiedru, oglekļa šķiedru, īpaši -augstas-molekulāro- polietilēna (UHMWPE) šķiedru un stikla šķiedru. Viens no rūpniecībā bieži apspriestajiem jautājumiem ir par to, vai pašu oglekļa šķiedru var izmantot ballistiskai aizsardzībai.

Ballistisko kompozītmateriālu darbības principi

Kad šāviņš iekļūst kompozītmateriālā, vienlaikus rodas vairāki bojājumu mehānismi. Tie ietver lamināta atslāņošanos, šķiedru un sveķu atdalīšanu, šķiedras stiepes atteici un aizmugures virsmas deformāciju. Šo procesu laikā šāviņa kinētiskā enerģija tiek pakāpeniski samazināta, kas noved pie ballistikas aizsardzības.

Pēc trieciena kontaktpunktā tiek ģenerēti stresa viļņi. Šie viļņi izplatās divos galvenajos veidos. Pirmkārt, tie pārvietojas pa šķiedras asi. Šķiedras krustošanās punktos savieno ar sveķiem. Kad stresa viļņi sasniedz šos punktus, tie pāriet uz citām šķiedrām. Tas palielina stresa sadales zonu un palīdz izkliedēt enerģiju. Otrkārt, kad stresa viļņi sasniedz šķiedru un sveķu saskarni, notiek atstarošana un veidojas atslāņošanās. Šis process absorbē papildu enerģiju.

Ar šķiedru-pastiprinātu ballistisko kompozītmateriālu trieciena virsma galvenokārt cieš no bīdes, bet aizmugures virsma galvenokārt cieš no stiepes. Šī iemesla dēļ kompozītmateriāli, kas pastiprināti ar viena veida šķiedru, bieži vien nevar sasniegt optimālu ballistisko veiktspēju. Apvienojot dažādas šķiedras un veidojot slāņainu struktūru, var panākt labāku ballistisko aizsardzību.

Oglekļa šķiedras pārskats

Oglekļa šķiedra attiecas uz šķiedrām, kurās ogleklis veido vairāk nekā 90% no kopējās masas. Tas tiek ražots no organiskām šķiedrām cietās fāzes reakcijās un veido šķiedru polimēra oglekļa materiālu. Oglekļa šķiedra ir pazīstama ar savu zemo svaru, augstu izturību, augstu moduli, karstumizturību, triecienizturību, ķīmisko stabilitāti un zemu termisko izplešanos.

Tomēr oglekļa šķiedrai ir mazs pagarinājums lūzuma vietā un ierobežota izturība. Šī iemesla dēļ to reti izmanto vienu pašu un galvenokārt izmanto kā pastiprinošu materiālu kompozītmateriālos.

Ballistiskās vestes un citas aizsargbruņas balstās uz slāņveida materiāliem, kas spēj absorbēt un sadalīt trieciena enerģiju. Šiem materiāliem parasti ir augsta stiepes izturība un tie var deformēties spriedzes ietekmē, kas palīdz izkliedēt lodes enerģiju.

Lai gan oglekļa šķiedrai ir ļoti augsta izturība, tai ir slikta elastība un ierobežota spēja absorbēt un izkliedēt kinētisko enerģiju. Tas ir arī trausls un pakļauts lūzumam trieciena vai atkārtotas slodzes rezultātā. Rezultātā oglekļa šķiedru kompozītmateriāli, kas izgatavoti tikai no sveķiem un oglekļa šķiedras, nav efektīvi ballistiskai aizsardzībai. Praksē oglekļa šķiedras parasti tiek kombinētas ar citām augstas veiktspējas šķiedrām, lai panāktu ballistisko veiktspēju.

Ja oglekļa šķiedra nav piemērota kā galvenais ložu{0}}apturēšanas materiāls, kāpēc to joprojām izmanto dažos ballistiskos kompozītmateriālos?

Oglekļa šķiedra tiek novērtēta tās augstās īpatnējās stiprības un izturības dēļ. Lietojot kā pastiprinošu sastāvdaļu ballistiskos materiālos, īpaši kombinācijā ar kevlaru vai citām ballistiskajām šķiedrām, tas uzlabo izturību pret caurduršanu un sadrumstalotību. Tajā pašā laikā tas samazina kopējo svaru, kas uzlabo valkāšanas komfortu un mobilitāti.

Oglekļa šķiedra galvenokārt veicina šādos veidos:

Struktūras pastiprināšana:
Oglekļa šķiedra piešķir kompozītmateriāliem strukturālu integritāti. Ja tas ir pārklāts ar kevlaru vai citām ballistiskajām šķiedrām, tas palīdz saglabāt materiāla integritāti pēc trieciena un atbalsta trieciena enerģijas sadalījumu, samazinot iespiešanās risku.

Svara samazināšana:
Ballistiskie kompozītmateriāli parasti balstās uz vairāku{0}}slāņu konstrukcijām, lai apturētu šāviņus. Zemais oglekļa šķiedras blīvums palīdz samazināt kopējo svaru, uzlabojot lietotāja komfortu un elastību.

Oglekļa šķiedrai ir augsta izturība un mazs svars, taču tās trausluma un ierobežotās enerģijas absorbcijas spējas dēļ tā pati par sevi nav ballistiska. Tā stingrība un tendence salauzt trieciena rezultātā samazina tā efektivitāti ložu apturēšanā. Tomēr, ja to izmanto kā daļu no saliktas sistēmas, oglekļa šķiedra var atbalstīt ballistisko veiktspēju. Apvienojot tā strukturālo izturību ar citām šķiedrām, kas absorbē un izkliedē enerģiju, var panākt efektīvu ballistisko aizsardzību.

Daļa satura iegūta tiešsaistē; lūdzu, sazinieties ar mums, lai saņemtu noņemšanas pieprasījumus, ja tādi ir.