Kemajuan Penyelidikan Terkini mengenai Topi Keledar Kalis Peluru Bahan Komposit Bertetulang Gentian

Pengenalan

Dengan peningkatan konflik antarabangsa dan perkembangan keganasan dan ekstremisme global yang semakin kompleks, ancaman perang menjadi lebih teruk, meletakkan tuntutan yang lebih tinggi terhadap prestasi komprehensif bekalan ketenteraan seperti topi keledar kalis peluru. Walaupun kepala dan leher hanya menyumbang 12% daripada badan seorang askar, kecederaan kepala menyumbang separuh daripada kematian pertempuran di medan perang. Kecederaan otak traumatik (TBI) adalah punca biasa kematian dan kecacatan askar, dan telah menjadi kecederaan utama dalam konflik ketenteraan moden. Data menunjukkan bahawa projektil atau serpihan berkelajuan tinggi di medan perang boleh menyebabkan kira-kira 80% kecederaan maut, dengan 45% berlaku di kepala. Berhadapan dengan projektil atau serpihan berkelajuan tinggi yang mungkin datang dari mana-mana arah di medan perang, topi keledar kalis peluru boleh menyerap atau mengurangkan tenaga kinetik impak projektil dan serpihan dengan berkesan, mengurangkan kerosakan berkesan pada rangkaian saraf otak dan saluran darah yang disebabkan oleh gelombang tenaga yang dihasilkan oleh projektil di dalam otak, sekali gus mengurangkan kadar kematian anggota tempur. Kajian telah menunjukkan bahawa anggota tempur yang memakai topi keledar kalis peluru boleh mengurangkan kadar kematian sebanyak kira-kira 20%. Oleh itu, terdapat keperluan semasa untuk membangunkan topi keledar kalis peluru dengan prestasi perlindungan yang lebih baik, berat yang lebih ringan dan keselesaan pemakaian yang lebih baik untuk menghadapi persekitaran medan perang yang semakin kompleks dan melindungi nyawa askar.

Helmet kalis peluru moden pertama di dunia ialah helmet keluli M1915 dari Perang Dunia I. Berdasarkan ini, tentera AS menghasilkan helmet M1917, dan semasa Perang Dunia II, ia membangunkan helmet keluli eksklusif tentera AS—helmet keluli M1, yang juga merupakan helmet keluli moden yang paling lama digunakan. Kemudian, dengan perkembangan gentian berprestasi tinggi dan bahan kompositnya, helmet keluli secara beransur-ansur pudar daripada arus perdana. Contohnya, helmet PASGT, disebabkan oleh keselesaan dan perlindungannya yang tinggi, mula digunakan secara meluas dalam tentera AS. Negara saya juga berjaya membangunkan helmet kalis peluru bahan komposit baharu—helmet aramid QGF02—pada tahun 1993. Sejak awal abad ke-21, pelbagai negara telah berturut-turut membangunkan helmet balistik yang ringan, perlindungan tinggi dan sangat bersepadu, seperti helmet tempur IHPS tentera AS, helmet W-15 China, dan helmet VIRTUS UK. Rajah 1 menunjukkan gambar sejarah helmet balistik tentera China dan Amerika; Baris pertama menunjukkan topi keledar Cina, dan baris kedua menunjukkan topi keledar Amerika.

Dengan konflik ketenteraan yang berterusan di seluruh dunia dan persekitaran pertempuran bandar dan medan yang semakin kompleks, membangunkan topi keledar balistik yang memenuhi tuntutan peperangan masa depan—menawarkan perlindungan berprestasi tinggi, fungsi pintar, keselesaan dan kebolehsuaian, pengeluaran pesat dan penyesuaian—adalah penting untuk memastikan keselamatan askar, meningkatkan keberkesanan pertempuran ketenteraan dan menyesuaikan diri dengan pelbagai keperluan pertempuran. Dengan perkembangan berterusan sains bahan, topi keledar balistik kini diperbuat terutamanya daripada bahan komposit bertetulang gentian, yang serentak mencapai perlindungan ringan, tinggi dan keselesaan. Topi keledar balistik bersepadu berfungsi yang terhasil dapat meningkatkan keupayaan pertempuran berasaskan maklumat askar individu dengan ketara. Kertas ini memperkenalkan bahan komposit bertetulang gentian berprestasi tinggi yang digunakan dalam topi keledar kalis peluru dan struktur fabrik balistik yang digunakan, dan secara sistematik meringkaskan teknologi pengacuan topi keledar kalis peluru, menyediakan bahan rujukan untuk reka bentuk dan fabrikasi topi keledar kalis peluru komposit bertetulang gentian pada masa hadapan.

1. Bahan Komposit Bertetulang Gentian untuk Topi Keledar Kalis Peluru

1.1 Serat Karbon

Pada abad yang lalu, topi keledar kalis peluru komposit kebanyakannya diperbuat daripada komposit gentian aramid. Pada abad ini, gentian UHMWPE secara beransur-ansur telah menggantikan gentian aramid sebagai bahan arus perdana dalam bidang perlindungan kalis peluru. Serat karbon , disebabkan oleh kekakuan dan kekuatannya yang sangat tinggi, sering dihibridkan dengan gentian aramid dan gentian UHMWPE, menunjukkan potensi yang besar dalam bidang perlindungan kalis peluru. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, gentian berprestasi tinggi baharu seperti gentian PBO dan gentian PIPD mempunyai juga menarik perhatian meluas dalam bidang perlindungan balistik. Sifat mekanikal asas bahan komposit bertetulang gentian berprestasi tinggi ditunjukkan dalam Jadual 1.



Serat karbon dibangunkan pada tahun 1950-an dan 1960-an. Disebabkan oleh modulusnya yang tinggi, kekuatan tegangan yang tinggi, kestabilan suhu tinggi, dan rintangan kakisan yang tinggi, ia telah lama menjadi tumpuan perhatian dan digunakan secara meluas dalam bidang aeroangkasa dan ketenteraan. Serat karbon merujuk kepada serat berprestasi tinggi dengan kandungan karbon kira-kira 95%, yang dihasilkan oleh pengkarbonan fasa pepejal serat organik. Pada masa ini, serat karbon yang tersedia secara komersial di seluruh dunia terutamanya diperbuat daripada serat poliakrilonitril (PAC). Disebabkan oleh kekakuan dan kekuatannya yang sangat tinggi, serat karbon sering dihibridkan dengan serat berprestasi tinggi lain untuk menghasilkan bahan komposit balistik. Contohnya, Universiti Teknologi Nanyang dan DSM Corporation menginterlaminasi serat UHMWPE dengan serat karbon, meningkatkan keupayaan perlindungan balistik dengan ketara dengan mengubah susunan susunan untuk mengurangkan kelajuan bebas bawah (BFS) plat komposit balistik. Walaupun komposit serat karbon mempunyai modulus tegangan dan kekuatan tegangan yang tinggi, pemanjangan pada putusnya yang rendah mengehadkan kecekapan penyerapan tenaga, sekali gus menyekat aplikasinya dalam perlindungan balistik.

1.2 Serat Aramid

Serat aramid adalah gentian poliamida yang disintesis secara buatan, termasuk poli(p-fenilena tereftalamida) (PPTA), poli(m-fenilena isoftalamide) (PMIA), gentian poliamida aromatik heterosiklik yang mengandungi heteroatom dan gentian poliamida aromatik sepenuhnya orto-aramid. Pada masa ini, gentian aramid yang dihasilkan utama di dunia ialah para-aramid (PPTA) dan meta-aramid (PMIA). Antaranya, gentian Kevlar daripada DuPont dan gentian Twaron daripada Teijin digunakan secara meluas dalam perlindungan balistik. Helmet balistik PASGT, yang dibangunkan pada tahun 1980-an, diperbuat daripada bahan komposit gentian Kevlar 29, dan helmet tempur ACH yang terkenal kemudiannya diperbuat daripada bahan komposit gentian Kevlar 129. Gentian aramid mempunyai kekuatan spesifik yang tinggi, modulus yang tinggi, dan kadar penyerapan tenaga yang tinggi, dan digunakan secara meluas dalam perlindungan balistik. Walaupun gentian aramid mempunyai pelbagai aplikasi, kerentanannya terhadap penguraian di bawah cahaya ultraungu dan hidrolisis akibat penyerapan kelembapan telah mengehadkan perkembangannya. Jangka hayatnya dipendekkan dengan ketara dan prestasi perlindungan berkurangan dalam cahaya ultraungu yang kuat atau persekitaran lembap.

1.3 Serat UHMWPE

Serat UHMWPE , disebabkan oleh sifat-sifat istimewanya seperti ketumpatan rendah, rintangan hentaman yang sangat baik, nisbah kekuatan-ke-berat yang luar biasa, prestasi redaman yang tinggi, dan rintangan kakisan, ia digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang. Pada masa ini, gentian UHMWPE yang paling terkenal di peringkat antarabangsa ialah Dyneema yang dihasilkan oleh DSM dan Spectra yang dihasilkan oleh Honeywell. Oleh kerana kebanyakan gelombang kejutan merambat selari dengan arah gentian apabila komposit bertetulang gentian menghadapi hentaman intensiti tinggi, gentian UHMWPE berkekakuan tinggi boleh bertindak sebagai saluran tenaga tinggi untuk menghilangkan tenaga hentaman di seluruh struktur. Sifat ini boleh memintas peluru pistol konvensional dan serpihan halaju rendah dengan berkesan, dan ia telah digunakan secara meluas dalam aplikasi seperti perisai badan lembut. Di samping itu, berbanding gentian karbon dan gentian aramid, gentian UHMWPE mempunyai ketumpatan yang jauh lebih rendah, yang bermanfaat untuk meringankan topi keledar kalis peluru. Tambahan pula, ketahanan tinggi, rintangan UV, dan rintangan kakisan gentian UHMWPE menjadikannya bahan gentian perlindungan balistik yang berprestasi terbaik dalam sistem perindustrian. Walau bagaimanapun, daya antara molekul gentian UHMWPE agak lemah, dan rayapan berlaku apabila suhu pemprosesan melebihi 130°C. Pada suhu lebur (kira-kira 150°C), kadar rayapan meningkat dengan mendadak, yang membawa kepada pengurangan hayat perkhidmatan yang ketara. Tambahan pula, permukaan gentian UHMWPE yang tidak aktif secara kimia mengakibatkan kekuatan ikatan antara muka yang rendah dengan resin, menghalang pengeluaran dan penggunaan komposit gentian UHMWPE.

1.4 Gentian Berprestasi Tinggi Lain

Serat poli(p-fenilenabenzobisoksazol) pada mulanya dibangunkan oleh Makmal Bahan Tentera Udara AS sebagai bahan tahan suhu tinggi, dan kemudiannya dikomersialkan oleh Toyobo Co., Ltd. dari Jepun, yang dinamakan Zylon. Serat PBO mempunyai kekuatan tinggi, modulus tinggi, rintangan suhu tinggi dan kalis api, menjadikan prestasi keseluruhannya yang terbaik di kalangan semua "gentian organik". Pada tahun 2003, AS mengeluarkan sampel topi keledar menggunakan gentian PBO, tetapi beratnya hanya 0.8 kg, kira-kira 0.55 kg lebih ringan daripada topi keledar aramid dengan tahap perlindungan yang sama. Modulus tegangan gentian PBO adalah kira-kira 270 GPa, kira-kira tiga kali ganda daripada gentian para-aramid. Walau bagaimanapun, gentian PBO mempunyai ketahanan cahaya yang sangat lemah dan permukaan yang padat dan licin, mengakibatkan lekatan antara muka yang lemah dengan matriks komposit. Prestasinya merosot dengan ketara dalam persekitaran lembap dan panas, mengehadkan aplikasinya dalam topi keledar kalis peluru.

Serat PIPD ialah gentian polimer heterosiklik aromatik kristal cecair baharu yang dibangunkan berdasarkan rantai molekul PBO, juga dikenali sebagai gentian M5. Gentian PIPD pada mulanya dibangunkan oleh Akzo Nobel di Belanda, dan kaedah pembuatan arus perdana kini ialah pemintalan basah jet kering. Bahan mentah utama termasuk TAP dan DHTA. Gentian PIPD mempunyai modulus elastik 150 GPa dan kekuatan tegangan 2.5 GPa. PIPD ialah gentian berprestasi tinggi dengan struktur seperti rod tegar dan ikatan hidrogen antara molekul yang kuat, mempamerkan kekuatan mampatan yang jauh lebih tinggi berbanding gentian PBO. Walau bagaimanapun, inert permukaan gentian PIPD mengurangkan interaksi antara gentian dan resin, sekali gus menurunkan prestasi keseluruhan bahan komposit. Tambahan pula, kerapuhannya di bawah beban hentaman juga mempengaruhi prestasi perlindungan balistiknya.

2. Struktur Fabrik Balistik

Fabrik pelindung balistik biasanya merujuk kepada gentian berprestasi tinggi yang menyerap tenaga kinetik impak melalui kerosakan tegangan gentian, ubah bentuk fabrik, dan geseran antara gentian dan projektil yang memberi impak, sekali gus mengurangkan atau mencegah kecederaan kepada pemakai daripada impak berkelajuan tinggi dengan berkesan. Prestasi perlindungan balistik fabrik tahan impak balistik bergantung terutamanya pada struktur dan sifat benang fabrik. Berdasarkan proses pembuatan, fabrik bukan tenunan secara amnya boleh dibahagikan kepada fabrik bukan tenunan searah (UD), fabrik tenunan dua dimensi, dan fabrik tenunan tiga dimensi.

2.1 Fabrik Bukan Tenunan Searah

Fabrik UD pertama kali diperkenalkan oleh Allied Signal pada tahun 1988. Ia dibentuk dengan menyusun gentian secara selari, melapiskannya dengan orientasi 0/90 atau 0/90/±45°, dan kemudian mengikatnya dengan resin termoplastik. Fabrik UD lapisan tunggal mempunyai had perlindungan balistik dan penyerapan tenaga yang lebih besar berbanding fabrik tenunan 2D dan 3D, dan menawarkan fleksibiliti dan kualiti yang lebih tinggi. Kelebihan fabrik UD ialah ketiadaan silang atau keriting, yang membolehkan gelombang pantulan merambat ke kawasan yang luas apabila terkena hentaman, menghasilkan kelajuan penghantaran yang lebih pantas dan lebih banyak gentian yang terlibat dalam penembusan projektil. Komposit gentian UHMWPE sering menggunakan struktur fabrik UD untuk mencapai prestasi perlindungan dan kecekapan penyerapan tenaga yang lebih baik, dan mod kerosakan fabrik UD dengan ketebalan yang berbeza juga berbeza. Contohnya, mekanisme kegagalan perforasi dalam laminasi komposit UHMWPE searah ialah kegagalan ricih dan geseran lubang (antara projektil dan sampel). Dalam kes perforasi dalam laminasi komposit UHMWPE tebal, mekanisme kegagalan utama ialah penyamaran komposit, ketegangan gentian dan pengembangan.

Seperti yang ditunjukkan dalam perbandingan struktur fabrik balistik, fabrik bukan tenunan sehala menyusun gentian secara selari, dengan orientasi 0/90 atau 0/90/±45°, dan dilaminasi dengan resin termoplastik. Kelebihan prestasinya termasuk fleksibiliti yang baik, ringan, tiada titik silang atau keriting, dan perambatan gelombang yang cepat. Lebih banyak gentian terlibat dalam penembusan projektil. Struktur ini biasanya digunakan dalam komposit gentian UHMWPE untuk meningkatkan perlindungan dan kecekapan penyerapan tenaga. Masalahnya ialah mod kegagalan berbeza bergantung pada ketebalan: perforasi dalam laminasi komposit UHMWPE sehala kebanyakannya disebabkan oleh kegagalan ricih dan geseran lubang; perforasi dalam laminasi komposit UHMWPE tebal kebanyakannya disebabkan oleh delaminasi komposit, ketegangan gentian, dan pengembangan.

2.2 Fabrik Tenun Dua Dimensi

Fabrik tenunan dua dimensi terdiri daripada benang lungsin dan pakan yang berjalin pada sudut tepat. Ia terutamanya merangkumi struktur tenunan polos, tenunan kepar, dan tenunan satin, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Struktur perlindungan balistik yang paling biasa digunakan ialah fabrik tenunan polos dua dimensi. Fabrik tenunan dua dimensi boleh dijahit menjadi beberapa lapisan untuk meningkatkan prestasi perlindungan balistik, mengurangkan tahap lekukan (BFS), dan mengurangkan kerosakan gelombang kejutan projektil pada otak manusia. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh lenturan gentian dan turun naik gentian dalam fabrik dalam fabrik tenunan dua dimensi, gelombang tekanan mungkin bertindih dan terpantul, yang membawa kepada pemanjangan dan kerosakan gentian yang berlebihan, sekali gus mengurangkan keupayaan perlindungan balistik gentian.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, model geometri fabrik dua dimensi berbeza bergantung pada tenunan. Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2, fabrik tenunan dua dimensi terdiri daripada benang lungsin dan pakan yang berjalin pada sudut tepat, termasuk struktur tenunan polos, tenunan kepar dan tenunan satin. Tenunan polos dua dimensi ialah struktur perlindungan balistik yang biasa digunakan. Kelebihan prestasinya termasuk keupayaan untuk dijahit menjadi berbilang lapisan, meningkatkan prestasi perlindungan balistik, mengurangkan lekukan peluru (BFS) dan meminimumkan kerosakan pada otak daripada gelombang kejutan projektil. Masalah termasuk lenturan gentian dan alun-alun gentian dalam permukaan fabrik tenunan, menyebabkan gelombang tekanan bertindih dan memantul, yang membawa kepada pemanjangan dan kerosakan gentian yang berlebihan, sekali gus mengurangkan keupayaan perlindungan balistik. Isu khusus ialah hujung tajam yang jelas berbanding dengan 30 lapisan gentian Kevlar.

2.3 Fabrik Tenun Tiga Dimensi

Bagi topi keledar kalis peluru yang diperbuat daripada fabrik tenunan dua dimensi, pemotongan dan jahitan sering mengganggu kesinambungan gentian, sekali gus mengurangkan prestasi balistik topi keledar. Tambahan pula, fabrik tenunan dua dimensi selalunya mempunyai lekatan sisi yang lemah, menjadikannya mudah tercabut. Fabrik tenunan tiga dimensi, yang menggunakan benang lungsin dan pakan sisi dan membujur untuk menghasilkan fabrik bersepadu tiga dimensi, dapat mengurangkan masalah yang berkaitan dengan fabrik tenunan dua dimensi dengan ketara. Rajah 3 menunjukkan gambarajah skematik struktur model fabrik tenunan ortogon tiga dimensi. Fabrik tenunan tiga dimensi disambungkan antara satu sama lain melalui jahitan benang membujur, meningkatkan fleksibiliti setempat dengan berkesan, mengurangkan tekanan pada titik hentaman peluru, memanjangkan masa sentuhan antara peluru dan fabrik, dan mengagihkan tekanan ke kawasan yang lebih besar di sekitar titik hentaman peluru. Justyna Pinkos et al. membandingkan rintangan penembusan peluru fabrik tenunan dua dimensi dan tiga dimensi yang diperbuat daripada 30 lapisan gentian Kevlar. Mereka mendapati bahawa, apabila berhadapan dengan penembusan peluru yang sama, fabrik tenunan tiga dimensi memerlukan bilangan lapisan yang lebih tebal untuk menyerap gelombang kejutan. Walau bagaimanapun, fabrik tenunan tiga dimensi tidak mempunyai titik tajam yang jelas, manakala fabrik tenunan dua dimensi mempunyai titik tajam yang jauh lebih jelas.


Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 di atas, fabrik tenunan tiga dimensi menggunakan benang lungsin dan pakan melintang dan membujur untuk membentuk ruang bersepadu, dengan fabrik tiga dimensi dijahit bersama menggunakan benang membujur. Kelebihan prestasinya termasuk mengurangkan masalah gangguan kesinambungan gentian, lekatan melintang yang lemah, dan penyingkiran mudah yang berkaitan dengan pemotongan dan jahitan dalam fabrik tenunan dua dimensi; meningkatkan fleksibiliti setempat, mengurangkan tekanan pada titik hentaman peluru, memanjangkan masa sentuhan antara peluru dan fabrik, dan mengagihkan tekanan ke kawasan yang lebih besar. Masalahnya ialah, apabila berhadapan dengan penembusan peluru yang sama, bilangan lapisan yang lebih tebal diperlukan untuk menyerap gelombang kejutan peluru. Satu isu khusus ialah, berbanding dengan 30 lapisan gentian Kevlar, tiada titik tajam yang jelas.

3. Teknologi Pengacuan Bahan Komposit untuk Topi Keledar Kalis Peluru

Helmet kalis peluru terutamanya terdiri daripada cangkerang luar, lapisan, dan sistem gantungan. Ia terutamanya menyerap tenaga impak projektil atau serpihan berkelajuan tinggi melalui ubah bentuk dan pecahan cangkerang luar. Oleh itu, proses pembuatan cangkerang topi keledar memainkan peranan penting dalam prestasi perlindungannya. Kaedah pembentukan awal tradisional melibatkan penyusunan gentian berprestasi tinggi dengan kemas dan kemudian menyediakan persediaan gentian dengan resin termoplastik atau termoset. Bahan komposit gentian yang dipotong dan diletakkan kemudiannya tertakluk kepada pengacuan mampatan tekanan tinggi dalam mesin tekan logam yang dipanaskan. Semasa pembuatan topi keledar, adalah penting untuk memastikan pengagihan bahan yang seragam dan permukaan cangkerang yang licin, meminimumkan jurang antara lapisan yang berbeza dan mengurangkan kepekatan tekanan semasa penembusan projektil. Pembuatan cangkerang topi keledar kalis peluru semasa menggunakan teknologi pengacuan bahan komposit, seperti pengacuan susun atur tangan, pengacuan pemindahan resin (RTM), pembentukan termo, dan pengacuan saiz bersih.

3.1 Proses Acuan Susun Tangan

Acuan susun atur tangan, juga dikenali sebagai acuan sentuh, merupakan teknologi acuan terawal dan paling banyak digunakan dalam penghasilan topi keledar kalis peluru bahan komposit. Acuan susun atur tangan terutamanya secara manual, dengan penggunaan jentera yang terhad. Ia memerlukan kemahiran teknikal yang tinggi daripada pengendali, yang memerlukan kebiasaan dengan sifat struktur produk dan kepakaran dalam pemotongan dan penempatan tetulang gentian, serta rawatan permukaan acuan. Walaupun acuan susun atur tangan menawarkan acuan yang berkos rendah dan mudah diselenggara yang tidak terhad oleh saiz atau bentuk produk, membolehkan pengubahsuaian fleksibel pada bahagian yang berbeza mengikut keperluan reka bentuk dan acuan suhu bilik yang mudah, ia biasanya hanya sesuai untuk menghasilkan produk berskala kecil. Produk siap sering mempamerkan sifat mekanikal yang tidak sekata, kestabilan yang lemah dan prestasi perlindungan yang tidak konsisten.

Jadual 3 menunjukkan perbandingan teknologi pengacuan bahan komposit untuk topi keledar kalis peluru, pengacuan susun atur tangan sangat bergantung pada kemahiran pekerja, mengakibatkan sifat mekanikal yang tidak sekata, kestabilan yang lemah, dan prestasi perlindungan yang tidak stabil dalam produk siap. Ia mempunyai kecekapan terendah, memerlukan peralatan mudah dan pelaburan yang rendah, tetapi mempunyai kos buruh yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran kelompok kecil, tersuai, pembangunan prototaip, atau pengeluaran kecemasan sementara bagi kuantiti topi keledar yang kecil.

3.2 Acuan Pemindahan Resin (RTM)

RTM (Resin Transfer Molding) ialah teknologi pengacuan bahan komposit yang melibatkan penyuntikan resin kelikatan rendah seperti resin poliester atau epoksi ke dalam acuan tertutup, meresapi gentian berprestasi tinggi atau bahan pengukuh lain secara lengkap dan seragam, dan kemudian mengeras. Berbanding dengan pengacuan susun atur tangan tradisional, teknologi RTM menghasilkan bahan dengan rintangan hentaman yang lebih kuat, sifat mekanikal keseluruhan bahan yang lebih seragam, kos yang lebih rendah, pengeluaran berulang yang lebih mudah, ketepatan dimensi yang lebih tinggi, dan permukaan yang lebih licin dan rata. Walau bagaimanapun, apabila menghasilkan bahan komposit dengan struktur yang kompleks dan isipadu yang besar, pengacuan RTM sering menghadapi masalah seperti aliran resin yang tidak sekata, pengimpregnaan gentian yang tidak mencukupi, dan masa pengacuan yang terlalu lama, yang membawa kepada percanggahan antara sifat mekanikal, kekuatan, dan ketepatan produk komposit yang dijangkakan. Gambar rajah aliran proses ditunjukkan dalam Rajah 4.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 di atas, produk yang dihasilkan menggunakan teknologi pengacuan pemindahan resin mempamerkan taburan resin yang seragam, keliangan yang rendah, sifat mekanikal yang sangat baik, dan prestasi perlindungan yang baik. Ia boleh dihasilkan secara besar-besaran dengan kecekapan yang tinggi dan pelaburan awal yang sederhana, mengimbangi pengeluaran besar-besaran dengan penyesuaian untuk topi keledar dengan keperluan kualiti tinggi dan struktur yang kompleks, seperti untuk pasukan khas.

3.3 Proses Pengacuan Panas

Pengacuan panas merupakan proses pengacuan bahan komposit yang biasa digunakan. Faktor utama yang mempengaruhi kualiti pengacuan topi keledar kalis peluru ialah suhu pengacuan, masa pengacuan, dan tekanan pengacuan. Pertama, gentian berprestasi tinggi dicampurkan dengan resin termoset atau termoplastik untuk menyediakan prepreg. Kemudian, acuan dipanaskan terlebih dahulu dan dikekalkan pada suhu yang malar. Prepreg kemudiannya diletakkan ke dalam acuan, dan tepinya ditekan dan acuan ditutup. Suhu acuan dinaikkan kepada suhu pengacuan, tekanan dikenakan, dan selepas pemeliharaan haba, acuan disejukkan dan diasingkan. Akhir sekali, produk siap dikeluarkan untuk dibaiki. Semasa pengacuan panas, keadaan pengacuan mesti dipantau dengan teliti. Contohnya, suhu pengawetan topi keledar komposit UHMWPE biasanya tidak melebihi 130℃. Carta alir proses pengacuan panas untuk topi keledar kalis peluru ditunjukkan dalam Rajah 5.



Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3 di atas, produk yang dihasilkan menggunakan proses pengacuan panas mempamerkan ketepatan pengacuan dan kestabilan dimensi yang tinggi, memenuhi piawaian perlindungan berprestasi tinggi. Ia juga menunjukkan konsistensi produk yang baik dan sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Walau bagaimanapun, kos pengeluarannya tinggi, dan suhu serta tekanan yang tinggi menggunakan tenaga yang ketara. Ini menjadikannya sesuai untuk pengeluaran besar-besaran yang standard, seperti topi keledar kalis peluru berprestasi tinggi, contohnya, dalam perolehan peralatan ketenteraan konvensional.

3.4 Teknologi Pengacuan Dimensi Bersih

Teknologi pengacuan dimensi bersih, juga dikenali sebagai teknologi pengacuan suntikan gel, merupakan kaedah pengacuan canggih yang digunakan secara meluas dalam seramik, komposit matriks logam dan bidang lain. Prinsipnya melibatkan pencampuran monomer organik, agen pengikat silang dan bahan tambahan lain secara seragam dengan serbuk seramik atau logam untuk membentuk buburan. Selepas disuntik ke dalam acuan, pemula mencetuskan tindak balas pempolimeran monomer, menyebabkan buburan menjadi gel di situ dan memejal. Teknologi ini menawarkan kelebihan yang ketara, membolehkan penghasilan bahan kosong dengan bentuk kompleks dan ketepatan dimensi yang tinggi. Bahan kosong mempamerkan keseragaman yang baik dan kekuatan yang tinggi, sekali gus mengurangkan pemprosesan berikutnya dengan berkesan. Contohnya, dalam pembuatan komponen seramik suhu tinggi untuk enjin aero, ia boleh membentuk struktur dalaman yang kompleks dengan tepat. Walau bagaimanapun, ia mempunyai keperluan yang sangat ketat untuk ketulenan bahan mentah dan kawalan parameter proses, dan beberapa bahan tambahan organik adalah mahal, yang mengehadkan aplikasi berskala besarnya sehingga tahap tertentu. Walau bagaimanapun, dengan pengoptimuman dan penambahbaikan teknologi yang berterusan, teknologi pengacuan suntikan gel mempunyai potensi aplikasi yang sangat besar dalam pembuatan mewah. Gambarajah skematik teknologi pengacuan saiz bersih ditunjukkan dalam Rajah 6.


Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3 di atas, produk yang dihasilkan menggunakan teknologi pengacuan saiz bersih mempamerkan kekuatan yang tinggi, keseragaman yang baik, dan struktur dalaman yang padat, yang mampu menahan tahap daya luaran tertentu. Ia mempunyai kecekapan yang tinggi, kitaran pengacuan yang agak panjang, dan kos pembuatan yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk pembuatan komponen kompleks dalam bidang aeroangkasa atau elektronik di mana ketepatan bentuk dan prestasi mekanikal yang sangat tinggi diperlukan.

4. Kesimpulan

Topi keledar kalis peluru, sebagai peralatan pelindung askar individu, boleh melindungi askar dengan berkesan dan mengurangkan atau mencegah kecederaan akibat peluru. Oleh itu, pemahaman yang menyeluruh tentang sistem bahan komposit bertetulang gentian, jenis struktur fabrik dan teknologi pengacuan bahan komposit topi keledar kalis peluru adalah penting untuk menyelidik jenis topi keledar kalis peluru yang baharu. Artikel ini pertama sekali memperkenalkan bahan komposit yang mempunyai kekakuan, kekuatan dan kadar penyerapan tenaga yang sangat tinggi, menawarkan perlindungan balistik yang unggul berbanding bahan biasa. Kedua, ia membincangkan struktur fabrik balistik yang mencapai prestasi perlindungan dan kecekapan penyerapan tenaga yang lebih baik. Memandangkan proses pembuatan cangkerang topi keledar memainkan peranan penting dalam prestasi perlindungannya, empat teknologi pengacuan bahan komposit untuk topi keledar kalis peluru diringkaskan:

1) Acuan susun atur tangan menghasilkan produk dengan sifat mekanikal yang tidak sekata, kecekapan yang lebih rendah dan kos yang lebih rendah, sesuai untuk pengeluaran kelompok kecil atau tersuai.

2) Pengacuan pemindahan resin (RTM) menghasilkan produk dengan sifat mekanikal yang sangat baik, kecekapan yang lebih tinggi dan kos pelaburan yang sederhana, sekali gus dapat memenuhi keperluan pengeluaran besar-besaran dan penyesuaian.

3) Pembentukan termo menghasilkan produk dengan sifat mekanikal yang baik tetapi kos pembuatan yang lebih tinggi, sesuai untuk pengeluaran besar-besaran yang diseragamkan.

4) Acuan bersaiz bersih menghasilkan produk dengan kekuatan prabentuk yang tinggi dan kecekapan yang lebih tinggi tetapi kos pembuatan yang lebih tinggi, sesuai untuk pembuatan komponen kompleks dengan keperluan yang sangat tinggi untuk ketepatan bentuk dan sifat mekanikal.

Walaupun proses pengacuan untuk topi keledar kalis peluru bahan komposit agak matang, banyak masalah masih perlu diselesaikan. Dalam menghadapi persekitaran antarabangsa yang semakin kompleks dan perkembangan teknologi maklumat, reka bentuk topi keledar kalis peluru generasi akan datang akan lebih cenderung kepada keperluan yang ringan, pelbagai fungsi dan pintar, dan berkos rendah dengan keupayaan pembuatan yang mampan. Ini akan memenuhi keperluan peperangan masa depan untuk perlindungan topi keledar, kecerdasan, keselesaan dan kebolehsuaian, pengeluaran dan penyesuaian yang pesat, dan meningkatkan keberkesanan tempur askar di medan perang dengan ketara.