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防弹材料的优化设计?
  • 发布:更新:2015-08-19 09:08:39
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传统的防弹材料多为金属板和陶瓷板等单一材料,该类防弹材料需利用增加材料厚度或叠层使用等手段保证其防护效果,这给配备对象造成较大的质量负担,制约了战术的有效发挥。现今防弹材料发展的主要目标是实现防弹材料的“质量轻、成本低、功能强且使用寿命长”的性能统一。
  金属板防弹材料强度高、韧性好,主要应用于防爆车和装甲战车等特种车辆。当遇到高速冲击侵彻时,金属板防弹材料具有较高塑性变形能力且形变均匀,既能吸收高速子弹的动能,又可以避免材料的塑性变形局部集中而引起的开裂。但是,金属防弹材料质量大、易锈蚀、制造及处理工艺复杂、难于制作异型结构件,且在减轻负重与增强防护性能两者之间很难取得平衡。陶瓷板材料具有极高的强硬度、弹性模量和相对金属较低的密度,化学稳定性良好,耐高温、耐冲蚀和耐磨损,能在减轻装甲质量的基础上很好地抵御高速穿甲弹的侵蚀。然而由于陶瓷板材断裂韧性低、常温下热膨胀系数小、对加工工艺要求较高和抗多发弹打击能力差等缺点,均质陶瓷材料还不能单独用于防弹装甲的制造。
  由于单一材料已经不能完全满足使用要求,将两种或多种不同材料组合在一起制成多层组合防弹材料成为研究的突破点。组合防弹材料各组分在性能上相互取长补短,产生协同效应,可使其综合性能相对于单一均质材料有明显提高,如在船用钢装甲上附加一层陶瓷面板,可以显著降低弹体的侵彻、钝化及碎裂能,并在将其结构质量降低1/4的基础上还可以将抗冲击板的单位面密度吸能量提高35%以上;将陶瓷板材料作为高性能纤维复合防弹材料的抗冲击前板,可以代替笨重的合金材料应用在防弹装甲上;在玻璃钢中间夹入增韧聚丙烯制备的复合板材,其防弹效果明显比单一板材更加优越;在烧结合金颗粒的钢板基体上覆盖混合均匀的塑料粉末,然后通过模压成型获得的金属塑料组合材料,既具有金属材料的力学性能,又具有较好的阻尼减振性能,且使用寿命较长。用陶瓷材料作夹层板与钢板组合使用,其防弹性能甚至超过同等厚度下均质钢装甲的2倍,该复合防弹材料已广泛应用于轻型装甲车辆中。
  防弹复合材料组分的选择与配比的优化是制备性能完善的防弹材料的基础。基体材料既应具有良好的韧性,又要满足制备工艺和使用环境的特殊要求;增强材料应具有足够的强度和模量,与基体材料的性能相匹配且两者间应具有良好的界面结合。如将高模量的纤维与高模量的基体树脂配合,其纤维增强防弹复合材料的抗冲击强度将提高。对于层状复合材料,层间粘合的优化设计也是增强材料防弹性能的重要方面,层间胶粘剂需具备高的剪切强度、剥离强度及优良的韧性。

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