Aplicații ale fibrei de carbon în materiale compozite balistice

Materialele compozite balistice vin în multe forme și oferă niveluri de performanță diferite. Printre acestea, compozitele armate cu fibre-se remarcă prin greutatea redusă și rezistența puternică la penetrare. Acestea sunt materialele balistice cele mai studiate astăzi și, de asemenea, segmentul cu cea mai rapidă-creștere de pe piață.

Fibrele de-performanță înaltă utilizate în mod obișnuit în compozitele balistice armate cu fibre-includ fibrele Kevlar, fibra de carbon, fibrele de polietilenă cu greutate ultra{{{-moleculară-(UHMWPE) și fibra de sticlă. O întrebare adesea discutată în industrie este dacă fibra de carbon în sine poate fi folosită pentru protecția balistică.

Principii de lucru ale compozitelor balistice

Când un proiectil pătrunde într-un material compozit, apar mai multe mecanisme de deteriorare în același timp. Acestea includ delaminarea laminatului, delipirea fibră-rășină, cedarea la tracțiune a fibrei și deformarea feței din spate. În timpul acestor procese, energia cinetică a proiectilului este redusă treptat, ceea ce duce la protecție balistică.

După impact, undele de stres sunt generate la punctul de contact. Aceste valuri se răspândesc în două moduri principale. În primul rând, se deplasează de-a lungul axei fibrei. Fibrele sunt legate prin rășină în punctele de intersecție. Când undele de stres ajung în aceste puncte, se transferă la alte fibre. Aceasta crește zona de distribuție a stresului și ajută la disiparea energiei. În al doilea rând, atunci când undele de stres ajung la interfața fibră-rășină, are loc reflexia și se formează delaminarea. Acest proces absoarbe energie suplimentară.

În compozitele balistice armate-fibră, suprafața de lovire se confruntă în principal cu cedarea prin forfecare, în timp ce fața din spate suferă în principal rupere la tracțiune. Din acest motiv, compozitele armate cu un singur tip de fibră adesea nu pot atinge performanțe balistice optime. Prin combinarea diferitelor fibre și proiectarea unei structuri stratificate, se poate obține o protecție balistică mai bună.

Prezentare generală a fibrei de carbon

Fibra de carbon se referă la fibrele în care carbonul reprezintă mai mult de 90% din masa totală. Este produs din fibre organice prin reacții în fază solidă-și formează un material polimeric fibros de carbon. Fibra de carbon este cunoscută pentru greutatea redusă, rezistența ridicată, modulul ridicat, rezistența la căldură, rezistența la impact, stabilitatea chimică și expansiunea termică scăzută.

Cu toate acestea, fibra de carbon are o alungire redusă la rupere și duritate limitată. Din acest motiv, este rareori folosit singur și este aplicat în principal ca material de armare în compozite.

Vestele balistice și alte armuri de protecție se bazează pe materiale stratificate care pot absorbi și distribui energia de impact. Aceste materiale au de obicei o rezistență mare la tracțiune și se pot deforma sub stres, ceea ce ajută la disiparea energiei unui glonț.

Deși fibra de carbon are o rezistență foarte mare, are o ductilitate slabă și o capacitate limitată de a absorbi și disipa energia cinetică. Este, de asemenea, fragil și predispus la fracturi la impact sau la încărcare repetată. Ca urmare, compozitele din fibră de carbon realizate numai cu rășină și fibră de carbon nu sunt eficiente pentru protecția balistică. În practică, fibra de carbon este de obicei combinată cu alte fibre-de înaltă performanță pentru a obține performanțe balistice.

Dacă fibra de carbon nu este potrivită ca material principal de oprire-glonțului, de ce este încă folosită în unele compozite balistice?

Fibra de carbon este apreciată pentru rezistența și durabilitatea sa specifică ridicate. Când este utilizat ca componentă de armare în materiale balistice, în special atunci când este combinat cu Kevlar sau alte fibre balistice, îmbunătățește rezistența la perforare și fragmentare. În același timp, reduce greutatea totală, ceea ce sporește confortul la purtare și mobilitatea.

Fibra de carbon contribuie în principal în următoarele moduri:

Armare structurala:
Fibra de carbon adaugă integritate structurală materialelor balistice compozite. Atunci când este stratificat cu Kevlar sau alte fibre balistice, ajută la menținerea integrității materialului după impact și sprijină distribuția energiei de impact, reducând riscul de penetrare.

Reducere în greutate:
Compozitele balistice se bazează de obicei pe structuri multi-strat pentru a opri proiectilele. Densitatea scăzută a fibrei de carbon ajută la reducerea greutății totale, îmbunătățind confortul și flexibilitatea pentru purtător.

Fibra de carbon oferă rezistență ridicată și greutate redusă, dar datorită fragilității și capacității limitate de absorbție a energiei, nu este balistică în sine. Rigiditatea și tendința de a se rupe la impact îi reduc eficiența în oprirea gloanțelor. Cu toate acestea, atunci când este utilizată ca parte a unui sistem compozit, fibra de carbon poate susține performanța balistică. Prin combinarea rezistenței sale structurale cu alte fibre care absorb și disipă energia, se poate obține o protecție balistică eficientă.

Unele conținut provenite online; vă rugăm să ne contactați pentru cereri de eliminare, dacă este cazul.