Механизам отпоран на метке

Челични шлемови се ослањају на тврдоћу самог челика да би издржали ударце, али челични материјал је инхерентно тежак. Непробојни шлемови направљени од челика су стога гломазни, намећући значајан терет на главу и врат корисника.

Механизам отпорности на метке композитних материјала на бази смоле ојачаних влакнима је потпуно другачији. У суштини, он претвара кинетичку енергију пројектила велике брзине у потенцијалну енергију композитног материјала и апсорбује је или распршује.

Из перспективе структуре композитног материјала, након што су подвргнути балистичком удару, облици апсорпције енергије композитних материјала углавном укључују три типа: лом влакнасте арматуре, лом матрице смоле и међуфазна деламинација. Када меци велике брзине ударе у материјал, влакна на ударној површини подлежу смицању при компресији, док влакна на супротној површини трпе затезање. Енергија удара се шири у композитном материјалу у облику таласа напрезања (укључујући попречне таласе и уздужне таласе), при чему се уздужни таласи шире дуж осе влакана. Истраживања су открила да када уздужни таласи стигну до граничног положаја (тј. пресецање предива основе и потке тканине), део енергије удара ће се рефлектовати и надградити са оригиналним уздужним таласима, изазивајући повећање енергије удара на том положају, чиме се покреће лом влакана, као што је приказано на слици 2.

Једносмерна (УД) тканина је композитна тканина која садржи велики број влакана високих перформанси само у једном правцу. Његова структура је приказана на слици 3.

У овој врсти структуре тканине, не постоје тачке пресека између предива основе и потке, што омогућава да се уздужни таласи шире даље без рефлексије. Због тога су балистичке перформансе једносмерних (УД) тканина генерално супериорније у односу на ткане тканине са тачкама пресека. Тродимензионалне (3Д) тканине, због својих структурних карактеристика са више савијања и набора влакана, показују слабију способност ширења таласа напрезања и последично ниже балистичке перформансе. Међутим, неки истраживачи тврде да присуство З-увијених предива у 3Д тканинама обезбеђује добар структурални интегритет, одличну отпорност на продирање и отпорност на раслојавање, што резултира супериорним балистичким перформансама у поређењу са другим типовима тканина. Истраживање балистичких перформанси 3Д композитних материјала од тканине је још увек у току.

Осим структуре арматуре, на својства композитних материјала значајно утичу и перформансе самих арматурних влакана. Влакна веће затезне чврстоће, модула и густине омогућавају брже ширење уздужних таласа, олакшавајући бржу апсорпцију и дисипацију енергије удара. Због тога се влакна високих перформанси као што су арамидна и УХМВПЕ влакна обично бирају као ојачавајућа влакна за композитне материјале отпорне на метке.

Питање лома матрице смоле првенствено се односи на карактеристике саме матрице. На пример, термореактивне смоле имају високу крутост и кртост, што их чини склоним ломовима при удару, док термопластичне смоле показују добру жилавост и отпорност на удар, али су подложније деформацији.

У структурама композитних материјала, присуство интерфејса омогућава ојачавајућим влакнима и матрицом смоле да формирају комплетан композитни материјал, показујући на тај начин добра механичка својства. Поред тога, интерфејси такође играју улогу у преношењу попречних таласа напрезања. Међуфазна деламинација је још један важан облик апсорпције енергије у композитним материјалима, али снага везивања интерфејса мора бити умерена. Ниска чврстоћа везивања може довести до озбиљног раслојавања и клизања влакана, што утиче на перформансе композитних материјала, док прекомерна чврстоћа везивања може ограничити ефективно коришћење високе чврстоће и модула влакана и смањити балистичке перформансе композитног материјала ограничавањем омотача. угао пројектила.