Gentian Aramid mempunyai ciri-ciri kekuatan spesifik yang tinggi dan pemanjangan tinggi semasa putus, dan boleh menggantikan bahan komposit gentian kaca/resin sepenuhnya dalam banyak bidang.
Pada masa ini, negara di seluruh dunia sentiasa membangun dan mengoptimumkan pelbagai bahan balistik baharu untuk meningkatkan prestasi perlindungan balistik kenderaan dan askar individu. Bahan komposit gentian berprestasi tinggi mempunyai ciri-ciri ringan, kekuatan tinggi, dan rintangan balistik yang sangat baik. Ia adalah bahan balistik yang paling dikaji, paling cepat berkembang dan paling menjanjikan. Negara maju tentera yang diwakili oleh Amerika Syarikat memberi perhatian khusus kepada pembangunan gentian anti-balistik berprestasi tinggi dan bahan kompositnya. Institusi penyelidikan saintifik pertahanan negara seperti Makmal Penyelidikan Tentera AS dan universiti yang dibiayai oleh Kementerian Pertahanan telah menjalankan banyak kerja penyelidikan dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Artikel ini terutamanya memperkenalkan penyelidikan dan pembangunan, status aplikasi dan tahap prestasi gentian aramid, gentian karbon dan gentian PBO di luar negara.
1. Serat Aramid
Gentian aramid mempunyai ciri-ciri kekuatan spesifik yang tinggi dan pemanjangan tinggi semasa putus. Di bawah ketumpatan permukaan yang sama, rintangan balistik komposit aramid/resin adalah 2 hingga 3 kali ganda daripada komposit gentian kaca/resin. Ia boleh digunakan dalam banyak bidang. Penggantian menyeluruh gentian kaca/komposit resin.
Institusi seperti Makmal Penyelidikan Tentera Bersama Universiti Clemson di Amerika Syarikat menggunakan kaedah elemen terhingga tradisional untuk menjalankan analisis berangka tikar gentian anti-balistik untuk menentukan rintangan penembusan bahan dan pesongan keseluruhan, ubah bentuk dan tindak balas kerosakan terhadap kesan. Penyelidik pasukan itu telah mengoptimumkan dan meningkatkan lagi pengiraan dan model analisis impak/perlindungan letupan balistik bagi komposit matriks polimer bertetulang gentian tenunan rata. Pada tahun 2014, hubungan antara struktur mikro dan prestasi bahan berasaskan PPTA (poly-p-phenylene terephthalamide) telah dikaji, dan kaedah pengiraan skala berbilang panjang telah dibangunkan untuk menentukan kesan pelbagai ciri mikrostruktur pada skala yang berbeza pada felt berasaskan PPTA. Kesan komposit matriks polimer bertetulang kain atau gentian PPTA pada rintangan penembusan balistik makroskopik.
Cassino di Itali dan Universiti Lazio Selatan menggabungkan tenunan biasa dirasa dengan resin termoset untuk membuat lamina, dan menjalankan ramalan model berangka Walker dan ujian prestasi balistik pada perisai komposit yang disediakan. Makmal Penyelidikan Tentera AS et al. menggunakan monofilamen nilon lutsinar berbentuk jalur rata sebagai tetulang, dan menyediakan bahan komposit dengan ketransmisian cahaya kira-kira 40% dengan resin epoksi lutsinar yang sepadan dengan indeks biasannya sebagai matriks. Ujian balistik bahan menunjukkan bahawa nilai V50 bahan yang diperolehi adalah lebih besar daripada 305m/s, yang jauh lebih tinggi daripada resin epoksi dan polikarbonat.
Makmal Kebangsaan Sandia Amerika Syarikat mengkaji pengaruh berpusing pada sifat hentaman melintang benang gentian elastik, dan mengukur halaju gelombang ricih Euler yang disebabkan oleh hentaman dengan kamera berkelajuan tinggi. Keputusan menunjukkan bahawa halaju gelombang ricih Euler meningkat dengan bilangan lilitan dalam benang gentian, membayangkan prestasi balistik yang lebih tinggi. Oleh itu, penggunaan benang gentian berpintal dalam tikar gentian balistik boleh meningkatkan sifat balistik bahan tersebut. Kesan medan magnet ke atas sifat balistik gentian aramid dan gentian polietilena berat molekul ultra tinggi telah dikaji. Para penyelidik mengapit gentian aramid dan gentian polietilena ultra-molekul-berat molekul tinggi di antara dua set magnet nadir bumi yang bertentangan untuk menguji kesan tolakan medan magnet pada sifat balistik bahan tersebut. Keputusan menunjukkan bahawa tolakan magnet boleh menghalang peluru daripada memasuki panel hadapan gentian aramid.
Pengubahsuaian nano gentian aramid atau pengisian nano kompositnya juga akan meningkatkan sifat balistik. Para penyelidik meningkatkan kekuatan antara muka dengan mengembangkan wayar nano ZnO menegak pada permukaan gentian. Kekuatan antara muka gentian adalah 96.9% lebih tinggi daripada gentian kosong, dan beban puncak ujian tarik keluar meningkat sebanyak 6.5 kali. Wayar nano ZnO meningkatkan prestasi tarik keluar gentian, yang seterusnya juga meningkatkan tahap perlindungan hentaman balistik bahan.
Para penyelidik mengkaji kesan pengisi nanozarah pada komposit tahan hentaman, dan menjalankan ujian balistik V50 pada komposit gentian yang diisi dengan gentian karbon tanah dan zarah nano (nanotube karbon dan zarah getah kulit teras). Keputusan menunjukkan bahawa pengisi zarah getah nano-teras-shell berkesan untuk penyerapan tenaga semasa hentaman disebabkan oleh kesan peronggaan, dan juga meningkatkan prestasi balistik dengan ketara. Pengisi tiub nano karbon boleh meningkatkan prestasi antara muka gentian matriks, dan juga meningkatkan prestasi balistik dengan ketara. Kedua-duanya boleh meningkatkan prestasi anti-balistik V50 bagi bahan komposit. Menambah 1% pecahan jisim gentian karbon giling dan menambah 1% nanozarah kepada bahan komposit boleh meningkatkan V50 sebanyak 7.3% (nanotiub karbon) dan 8% (zarah getah cangkang teras) berbanding sampel rujukan, masing-masing.
2. Gentian karbon
Modulus serat karbon Young biasanya lebih daripada tiga kali ganda gentian kaca tradisional, dan ia mempunyai potensi aplikasi penting dalam meringankan peralatan ketenteraan dan meningkatkan kemandirian. Pada tahun 2015, Institut Teknologi Georgia di Amerika Syarikat membangunkan proses baharu untuk penyediaan gentian karbon berterusan gel-diputar berdasarkan teknologi pemintalan polyacrylonitrile (PAN). Purata kekuatan tegangan gentian karbon berasaskan PAN yang disediakan adalah antara 5.5 dan 5.8 GPa. , modulus tegangan adalah antara 354 dan 375GPa, dan modulus tegangan adalah 25% hingga 36% lebih tinggi daripada gentian karbon berasaskan PAN jenis IM7 yang digunakan secara meluas dalam aeroangkasa. gabungan nilai tertinggi. Pada masa hadapan, dengan mengoptimumkan bahan dan proses, kekuatan dan modulus gentian karbon berasaskan PAN akan dipertingkatkan secara serentak.
3. gentian PBO
Gentian PBO pada asalnya dibangunkan oleh Tentera Udara AS, dan produk kemudiannya dikeluarkan oleh syarikat Jepun. Gentian PBO dikenali sebagai gentian prestasi ultra tinggi masa hadapan yang boleh menggantikan gentian aramid. Gentian ini mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada gentian aramid, tetapi sifat mekanikal dan rintangan alam sekitar Jauh lebih unggul daripada gentian aramid yang lain.
Pada tahun 2006, Universiti California menandatangani kontrak dengan Tentera AS untuk menjalankan ujian balistik untuk menentukan prestasi balistik gentian Zylon. Keputusan menunjukkan bahawa gentian Zylon mempunyai prestasi yang lebih baik daripada Kevlar29, dan apabila digunakan dalam perisai, ia akan meningkatkan prestasi perlindungan dan mobiliti dengan berkesan. Walaupun gentian PBO mempunyai kelebihan berat ringan, kekuatan tinggi dan modulus tinggi, ia dihadkan oleh kemerosotan sifat mekanikal semasa digunakan dalam aplikasi perlindungan. Untuk menyelesaikan masalah ini, penyelidik membangunkan proses pasca rawatan resapan reagen kimia CO2 superkritikal untuk merawat gentian PBO, supaya dapat mengurangkan kadar penurunan sifat mekanikalnya dan memanjangkan hayat perkhidmatannya. Penyelidik dari Universiti Massachusetts Amherst mengkaji penstabilan gentian PBO selepas rawatan selepas CO2 superkritikal, menggunakan CO2 superkritikal sebagai pengekstrak untuk mengekstrak sisa asid fosforik dan air pada gentian PBO, dan menggunakannya sebagai medium untuk memperkenalkan pelbagai Bahan ini meneutralkan asid fosforik dan melemahkan kesan degradasi air dan asid pada gentian PBO.
Laminasi gentian balistik boleh menjadi faktor kemerosotan prestasi. Para penyelidik menyiasat kesan lipatan pada kemerosotan prestasi gentian PBO balistik, dan menentukan secara eksperimen kesan mekanisme kegagalan ini terhadap prestasi perlindungan perisai. Mereka juga menyiasat selanjutnya kesan lipatan pada struktur dalaman gentian elastik. Penyelidik Jepun telah melakukan banyak penyelidikan mengenai gentian PBO. Sebagai contoh, mereka telah mengkaji rawatan haba untuk meningkatkan kekuatan tegangan dan kelesuan gentian PBO modulus tinggi, dan mengkaji pengaruh kadar ricih ke atas kekuatan tegangan gentian PBO modulus tinggi.
