軍事戦争における先端技術の応用に伴い、人員と財産の損失状況はますます複雑になっています。そのため、防弾材料の徹底的な研究と応用も行う必要があります。セラミック装甲と繊維強化複合材料は、重要な研究と応用の方向です。新しい複合防弾セラミック板とアラミド防弾複合材料の概要を示し、新しい複合防弾セラミック板と従来の防弾板を比較し、その特徴と現在の研究と応用にまだ存在するいくつかの問題を分析します。アラミド防弾複合材料の防弾メカニズムを詳細に説明し、アラミド弾道複合材料の性能に影響を与える主な要因を指摘します。
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新型複合セラミック防弾板
セラミック装甲の研究は、防弾複合材料の開発と応用の重要な部分です。 セラミック装甲の防弾効果は通常の装甲鋼よりも優れています。 現在、パッシブアーマーとリアクティブアーマーが最も広く研究され、応用されています。 防弾の仕組みとしては、リアクティブアーマーは装甲素材が弾丸によって励起されて運動エネルギーを発生し、その運動エネルギーが弾丸に反応するのに対し、パッシブアーマーはその特性により弾丸の衝撃に抵抗します。 現在、米国、ロシアなどは、セラミックや複合材料を使用して重量効率の高い装甲システムを開発し、セラミックパネル装甲を開発し、広く使用されています。
1.1 防弾機構
弾丸が複合セラミック製防弾板に高速で衝突すると、作用力と反力の原理を利用して弾丸が高速で防弾板内に進入し、内部で反対の力を受けて高速で跳ね返り、およその弾丸を形成します。表面にある円形の弾痕。 複合防弾板全体に致命的な損傷を与えることなく、防弾板の表面のみを破壊するという目的を達成し、防弾を達成する。
1.2 新しい複合セラミック防弾板の性能パラメータ
セラミック材料の主な特性を表1に示します。
セラミック材料は、多くの環境で比剛性、比強度、化学的不活性が高く、同時に金属に比べて密度が低く、硬度が高く、圧縮強度が高いため、より広く使用されています。高純度アルミニウムは密度が高く、硬度と破壊靭性が低いため、弾性抵抗が低くなります。炭化ケイ素セラミックの構造により、強度、硬度、耐摩耗性、耐腐食性、熱伝導率が高く、二ホウ化チタンは弾性率が高く、炭化ホウ素は融点が高く、硬度と機械的特性に優れ、密度は一般的に使用されているいくつかのセラミック材料の中で最も低くなっています。また、弾性率が高いため、軍用装甲に最適です。宇宙分野での材料として最適です。
複合材料の主な特性を表2に示します。
防弾複合材料は、一定の弾性率を有することに加えて、良好な伸び、破壊靱性、高い比強度を備え、ひずみ速度下でも良好な性能を維持できなければなりません。 E ガラスは引張強度は高いものの、靭性が低いのに対し、ケブラー材料は低密度、高強度、優れた靭性、高温耐性を備え、加工や成形が容易です。 ホウ素は、低密度、高比強度、高弾性率という特徴を持っています。
1.3 新複合セラミックス防弾板材の特徴
新しい複合セラミック防弾パネルは、従来の防弾パネルに比べて比類のない利点を持っています。 具体的な比較については、表 3 を参照してください。
（１）複数回の銃弾の攻撃に耐えられる。この材料は、複数の弾丸が同じ表面に同時に連続的に当たっても、全体が破損することなく耐えることができます。 材料の他の部分の防弾効果には影響を与えることなく、表面にほぼ円形の弾痕のみが形成されます。
(2) 構造意匠性に優れています。複合セラミックプレートは、対応する角度で曲げ変形を生じさせることができ、変形後に元の形状に戻ることができます。 平面、曲面、傾斜面などさまざまな形状の複合セラミック防弾材料に設計できます。
（３）修理して再利用できる。弾丸が当たった後、表面の円形の弾痕をセラミック製の防弾体で埋め、防弾接着剤で再結合させることで元の素材の性能を取り戻すことができます。
(4) 使用上の信頼性が高い。この材料は、高性能セラミック板、UHWMPE板、TC4板の弾道特性を総合的に利用しており、単体の材料よりも耐弾性が優れており、各種仕様の拳銃および関連する中口径貫通弾を効果的に阻止することができます。
(5) 技術の完成度が高く、デザイン性も高い。この材料にはすでにかなり成熟した製造プロセスがあり、さまざまな防弾ニーズを満たすために、実際のニーズに応じて個別のニーズに応じて設計できます。
1.4 現在の防弾複合材料の問題点
防弾複合材料はさまざまな材料で構成されているため、複合材料の不均質性、異方性、複雑な構成関係、複雑な破損メカニズム、および複雑な強度基準が複合材料とその構造の主な力学です。 そのため、複合材料、その構造、保護メカニズムの分析、計算、テスト、設計の複雑さと困難さが増します。 現在に至るまで、防弾複合材料には次のような問題が残されています。
（１）エネルギー吸収が不十分である。使用中に吸収されなかった防弾材料のエネルギーは人員と財産に損失をもたらし、武器の破壊力も武器のアップグレードに応じて増加します。 したがって、将来の研究と応用は、この側面における材料の防弾性能と安全性の向上に焦点を当てる必要があります。 。
（２）重量が軽すぎる。防弾複合材料の重量は、それが普及し使用されるかどうかの重要な要素です。したがって、防弾複合材料の重量は、良好な防弾性能を確保しながら、可能な限り軽減する必要があります。
（３）矛盾を強化し、強固にする。特に防弾セラミック複合材料の場合、この矛盾を克服するのは難しいことがよくあります。 特定の強化材料を防弾複合材料に添加すると、材料の強度が低下する可能性があります。 ただし、材料の強度を高めると、材料の靱性が低下する場合があります。 したがって、防弾材料の最適な強度と靭性を見つけるには、多くのテストが必要です。 。
(4) 物理的、化学的、機械的およびその他の材料特性を含む複合材料の適合性に関して、複合材料はさまざまな特性を統合して、より優れた保護を提供できます。
また、インターフェースや価格など、完全には解決されていない課題もあります。
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アラミド防弾複合材料
2.1 防弾機構
繊維製防弾素材は衝撃エネルギーを受けると伸びて変形します。 繊維によって吸収されたエネルギーは、繊維の変形に必要な仕事になります。 引張変形と破壊に必要な仕事は破壊エネルギーであり、破壊仕事としても知られています。 、繊維の破壊エネルギーは、引張変形破壊に関与する繊維の数に関係します。 繊維の耐弾道特性を測定するパラメーターは、繊維のエネルギー吸収率 (繊維の単位質量あたりの破壊エネルギー) です。
繊維製防弾材料が外部からの衝撃を受けると、衝撃によって発生した縦方向の応力が繊維材料内の全方向に急速に伝播し、「衝撃波」（つまり音波）を形成します。 繊維防弾材料の音速はエネルギーの瞬間的な拡散に影響を及ぼし、エネルギー吸収に関与する繊維の量を決定し、それによって材料の防弾効果に影響を与えます。 したがって、ファイバー内の音速は、ファイバーの弾道性能に影響を与えるもう 1 つの重要なパラメーターです。
防弾材料の繊維の形状には、直線と曲線があります。 材料の繊維形状が真っ直ぐであれば、エネルギーは反射することなく繊維の軸方向に沿って伝播するため、エネルギーは遠くまで速く広がります。 繊維の形状が湾曲している場合や、繊維に切れ目がある場合、その屈曲点や繊維の切れ目でエネルギーの一部が反射され、瞬間的な拡散範囲が減少し、素材の防弾効果も低下します。 。 繊維二次元二次元布の防弾効果は平織り布の防弾効果よりも優れていることがわかります。
エネルギーの伝達は、多くの場合、同じ層内の繊維間または層間の接触を伴います。衝撃エネルギーの伝達中、すべての材料の界面内でエネルギー反射が発生し、状況は多様で複雑です。したがって、衝撃エネルギーの最も効果的な伝播経路は、繊維軸に沿った拡散です。
2.2 アラミド防弾複合材料の性能に影響を与える主な要因
防弾複合材料の性能は、主にマトリックス材料の弾性率と含有量、繊維材料の特性、繊維の織り方とプロセスによって影響を受けます。
2.2.1 複合材料の弾道特性に対するマトリックス樹脂の弾性率の影響
低弾性マトリックス樹脂は優れた減衰特性を持ち、エネルギー吸収に寄与するため、低弾性マトリックス樹脂で作られた積層体は高弾性マトリックス樹脂よりも優れた防弾効果を発揮します。
2.2.2 複合材料の弾道特性に対するマトリックス樹脂含有量の影響
マトリックス樹脂の含有量は、複合材料の弾道特性に非常に重要な影響を与えます。 複合材料中の繊維体積含有量を増やすと弾道特性が向上しますが、繊維体積含有量が多すぎると弾道特性が低下します。 複合材料中のマトリックス樹脂は構造単位の応力を伝達することができますが、繊維体積含有量が多すぎると複合材料中のマトリックス含有量が少なくなり、樹脂と樹脂との接合性能が低下するためです。繊維と繊維の間、および繊維と繊維の間に損傷が生じると、積層体の完全性に影響を及ぼし、複合材料の弾性特性も低下します。 繊維体積含有量とは、布地全体の体積に対する布地の繊維体積のパーセンテージを指し、面密度に換算できます。 面密度は、防弾パネルの実際の適用性を測定する際の重要な要素です。 保護要件を満たすことができる場合、コストと重量を大幅に削減できるように、設計および適用時に面密度を可能な限り小さくする必要があります。
2.2.3 ラミネートの弾道性能に対するラミネートの面積密度の影響
発射体がラミネートを貫通するときに繊維が滑る傾向があり、一部の繊維は発射体の貫通を減らすことができません。 面密度が増加すると、積層体の吸収エネルギーが増加します。これは、面密度の増加とともに耐弾道性が増加することを示しています。 横糸のないラミネートの弾道性能は、平織りラミネートの弾道性能よりも優れています。
2.2.4 ラミネートの弾道特性に対する繊維織物の構造の影響
二次元二次元織物は、サテン織物や平織物に比べて加工度が最も低く、繊維強度の低下が最も少ない生地です。 生地の繊維が直線状に平行に配列され、強度保持値が最も大きくなります。 繊維間に直接重なり合う点がないため、収縮率は基本的にゼロとなり、ひずみ波の反射が効果的に低減され、発射体が衝突した際の局所的な点での応力集中が回避されます。 したがって、二次元二次元布帛の破断吸収エネルギーは高い。 二次元二次元織物の繊維構造は緩いため、エネルギー吸収を助け、最高の防弾性能を発揮します。
2.2.5 ラミネートの弾道特性に対する生地層の数の影響
表面密度の低い生地は、弾道特性が優れています。複合材料の弾道抵抗は、材料の繊維に使用される編組糸、生地の織り方、各層の層数、および繊維の配置によって決まります。一定の重量では、編組が細く密で、材料の層が多いほど、材料の弾道特性は優れています。弾道材料の表面密度が一定の場合、層が多く、単面密度が小さい生地を検討する必要があります。同時に、繊維自体の性能を向上させると、材料の弾道抵抗も向上します。
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アプリケーションと開発動向
先進的な防弾複合材料は、比強度、比弾性率、デザイン、汎用性が高く、多くの軍事用途に欠かせないものであり、個人の保護や先進的な武器や兵器の設計における基本要素と重要な技術です。したがって、組織にとって、この研究と応用の分野に参入し、特定の種類の製品の適格なサプライヤーになることができれば、社会的利益と経済的利益の両方の面で大きな戦略的意義があります。
複合材料は、強化材とマトリックスのそれぞれの利点を組み合わせているため、優れた性能を発揮します。 これらは最も急速に成長しており、最も有望な防弾材料でもあります。 防弾材料は徐々に多様化と複合化が進んでおり、より複雑な防護問題に対処するために、高硬度と高靱性を備えたさまざまな新しい防弾材料が登場しています。 軽量で効率的な装甲システムの開発に伴い、防弾セラミックスと繊維強化防弾複合材料の利点がますます顕著になってきました。 新しい複合セラミック製防弾パネルは、従来の防弾パネルとは比較にならない利点を持っていますが、既存の問題を無視することはできないため、防弾複合材料に存在する問題を解決するために、材料特性の継続的な最適化が現在の研究の焦点です。
