¿Cuál es el material de protección a prueba de explosiones que utiliza la policía?

Descripción general de los chalecos antibalas

Los chalecos antibalas son “un tipo de ropa que puede absorber y disipar la energía cinética de ojivas y fragmentos, evitar la penetración y proteger eficazmente las partes protegidas del cuerpo humano". Desde la perspectiva de su uso, los chalecos antibalas se pueden dividir en dos tipos: tipo policial y tipo militar. Desde una perspectiva material, las armaduras corporales se pueden dividir en tres tipos: software, hardware y compuestos blandos y duros. El material de la armadura blanda es principalmente fibra textil de alto rendimiento, que tiene una capacidad de absorción de energía mucho mayor que los materiales comunes, lo que le da a la armadura la función a prueba de balas. Y debido a que este tipo de armadura generalmente adopta una estructura textil y tiene una flexibilidad considerable. Se llama chaleco antibalas blando. Las armaduras corporales de hardware están hechas de placas de acero especiales, aleaciones de aluminio súper resistentes y otros materiales metálicos, o materiales duros no metálicos como alúmina y carburo de silicio. Los chalecos antibalas fabricados con ellos generalmente no son flexibles. La suavidad de la armadura corporal compuesta blanda y dura se encuentra entre los dos tipos anteriores. Es un chaleco antibalas compuesto con material blando como forro, material duro como panel y material de refuerzo.

El rendimiento a prueba de balas, como tipo de equipo de protección, es el primer rendimiento central de los chalecos antibalas. Al mismo tiempo, como ropa funcional, también debe tener ciertas propiedades de uso.

Rendimiento a prueba de balas

El rendimiento a prueba de balas de los chalecos antibalas se refleja principalmente en los tres aspectos siguientes: (1) Balas de pistola y rifle. Actualmente, muchas armaduras blandas pueden proteger contra balas de pistola, pero para proteger contra balas de rifle o balas de mayor energía, se requieren placas de refuerzo de cerámica o acero. (2) Los fragmentos de alta velocidad producidos por la explosión de diversos explosivos, como bombas de fragmentación balística, minas terrestres, proyectiles de artillería, granadas, etc., son una de las principales amenazas en el campo de batalla. Según la encuesta, el orden de las amenazas que enfrentan los soldados en el campo de batalla es: metralla, balas, ondas expansivas y altas temperaturas. Por tanto, debemos conceder gran importancia al papel de los fragmentos antibalas. (3) Las balas que previenen lesiones no penetrantes producirán un gran impacto después de alcanzar el objetivo. El daño causado por este impacto al cuerpo humano suele ser fatal. Este tipo de lesión no es penetrante, pero puede provocar lesiones internas y, en los casos más graves, puede poner en peligro la vida. Por lo tanto, la prevención de lesiones no penetrantes también es un aspecto importante del rendimiento a prueba de balas de los chalecos antibalas.

Usabilidad

Por un lado, los requisitos de rendimiento de uso de los chalecos antibalas significan que los chalecos antibalas deben ser lo más ligeros y cómodos posible, y que las personas aún puedan realizar diversos movimientos de manera flexible. después de usarlos. Por otro lado, la ropa tiene la capacidad de ajustar el microclima del sistema "ropa-cuerpo humano". Para los chalecos antibalas, se espera que las personas aún puedan mantener el estado básico de intercambio de calor y humedad de la "ropa de persona" después de ponerse el chaleco antibalas, para evitar en la medida de lo posible las molestias causadas por la acumulación de humedad en el cuerpo. superficie interior de la armadura corporal, como el calor sofocante. La humedad reduce el consumo corporal. Además, debido a su entorno de uso especial, los chalecos antibalas también deben considerar su adaptabilidad a otras armas y equipos.

La historia del desarrollo de los chalecos antibalas

Como importante equipo de protección personal, los chalecos antibalas han experimentado una transformación de placas de armadura metálicas a materiales sintéticos no metálicos, y de materiales sintéticos puros a Proceso de desarrollo de sistemas compuestos de materiales sintéticos, placas de armadura metálica y placas protectoras cerámicas. El prototipo de armadura humana se remonta a la antigüedad. Para evitar daños físicos, los pueblos primitivos utilizaban cinturones tejidos de fibras naturales como material de protección del pecho. El desarrollo de armas obligó a avances correspondientes en armaduras humanas. Ya a finales del siglo XIX, la seda utilizada en las armaduras medievales japonesas también se utilizaba en las armaduras fabricadas en Estados Unidos. En 1901, ¿Guillermo? Los chalecos antibalas llamaron la atención del Congreso de los Estados Unidos después del asesinato del presidente McKinley. Aunque este tipo de chaleco antibalas puede proteger contra balas de pistola de baja velocidad (velocidad de la bala 122 m/s), no puede proteger contra balas de rifle. Así, en la Primera Guerra Mundial aparecieron chalecos antibalas fabricados con tejidos de fibras naturales y placas de acero. Las prendas de seda gruesa alguna vez fueron el componente principal de la armadura corporal. Sin embargo, la seda se deterioró rápidamente en las trincheras. Este defecto, junto con las limitadas capacidades a prueba de balas de la seda y su alto costo, hicieron que el departamento de artillería de EE. UU. ignorara las armaduras de seda durante la Primera Guerra Mundial y no lograran promocionarse. Durante la Segunda Guerra Mundial, la letalidad de la metralla aumentó en un 80% y el 70% de los heridos murieron por lesiones en el torso. Los países que participaron en la reunión, especialmente el Reino Unido y los Estados Unidos, comenzaron a no escatimar esfuerzos para desarrollar chalecos antibalas. 1942 10 El ejército británico desarrolló con éxito por primera vez un chaleco antibalas compuesto por tres placas de acero con alto contenido de manganeso. En 1943, los Estados Unidos produjeron a prueba y adoptaron oficialmente hasta 23 tipos de chalecos antibalas. Las armaduras de este período estaban hechas principalmente de acero especial. En junio de 1945, el ejército estadounidense desarrolló con éxito un chaleco antibalas hecho de aleación de aluminio y nailon de alta resistencia, modelado como el chaleco antibalas de infantería M12. Entre ellos, el nailon 66 (fibra de poliamida 66) era una fibra sintética recién inventada en ese momento.

Su resistencia a la rotura (gf/d: gramos/denier) es de 5,9 ~ 9,5, el módulo inicial (gf/d) es de 21 ~ 58 y la gravedad específica es de 1,14 g/(cm. Durante la Guerra de Corea, el ejército de los EE. UU. equipó La armadura corporal completa de nailon T52 de 12 capas hecha de nailon a prueba de balas, la Infantería de Marina está equipada con la armadura corporal rígida de fibra de vidrio "Dolon" M1951, que pesa entre 2,7 y 3,6 kg. La armadura corporal hecha de nailon puede proporcionar un cierto grado de protección. protección para soldados, pero es más grande y pesa hasta 6 kilogramos. A principios de la década de 1970, la empresa estadounidense DuPont desarrolló con éxito una fibra sintética con resistencia ultraalta, módulo ultraalto y resistencia a altas temperaturas. Se utilizó rápidamente en el campo de la protección contra balas. La aparición de esta fibra de alto rendimiento ha mejorado enormemente el rendimiento de los chalecos antibalas textiles suaves y también ha mejorado en gran medida la comodidad de los chalecos antibalas. El ejército de EE. UU. tomó la iniciativa en el uso de Kevlar. fabrica chalecos antibalas y desarrolló dos modelos de chalecos antibalas ligeros y resistentes. El nuevo chaleco antibalas utiliza tejido de fibra de Kevlar como material principal y tela de nailon balístico como envoltura. El chaleco antibalas está compuesto por 6 capas de tejido de Kevlar. un peso medio de 3,83 kg. Su excelente rendimiento integral lo hace ampliamente utilizado en chalecos antibalas de los ejércitos de varios países. El éxito del Kevlar, la aparición de Twaron y Spectra y su aplicación en chalecos antibalas han hecho que los chalecos antibalas se caractericen por. Las fibras textiles de alto rendimiento son cada vez más populares. Sin embargo, para las balas de alta velocidad, especialmente las balas disparadas con rifles, las armaduras blandas puras siguen siendo inútiles. Por esta razón, se han desarrollado armaduras compuestas de fibras blandas y duras que sirven como refuerzo. placas o placas para mejorar las capacidades a prueba de balas de todo el chaleco antibalas. En resumen, hay tres generaciones de chalecos antibalas modernos: la primera generación es un chaleco antibalas duro, que está hecho principalmente de acero especial, aleaciones de aluminio y otros metales. Las características de los chalecos antibalas son que la ropa es pesada, generalmente alrededor de 20 kilogramos, incómoda de usar y restringe en gran medida el movimiento humano. Tiene ciertas propiedades a prueba de balas, pero es propensa a fragmentos secundarios. La segunda generación de chalecos antibalas es un chaleco antibalas blando. , que suele ser suave y está hecho de tejidos de fibra de alto rendimiento como Kevlar, es liviano, generalmente de solo 2 a 3 kg, tiene una textura suave, está bien en forma, es cómodo de usar y tiene buena ocultación cuando se usa internamente. Es especialmente adecuado para el uso diario de policías, guardias de seguridad o políticos. En términos de capacidad a prueba de balas, generalmente puede evitar balas disparadas desde 5 metros de distancia y no producirá metralla secundaria. Sin embargo, sufrirá una deformación significativa después de ser impactada. por una bala, que puede causar ciertos daños no penetrantes. Es difícil que los chalecos antibalas blandos de grosor normal resistan balas disparadas por rifles o ametralladoras. La tercera generación de chalecos antibalas es un chaleco antibalas compuesto, que suele utilizar láminas de cerámica ligeras. como capa exterior y tejidos de fibra de alto rendimiento como Kevlar como capa interior. Esta es la principal dirección de desarrollo de los chalecos antibalas en la actualidad.

El mecanismo antibalas de los chalecos antibalas y sus factores que influyen. >

Básicamente, existen dos tipos de mecanismos antibalas en los chalecos antibalas: uno es. Los primeros chalecos antibalas desarrollados en los Estados Unidos en las décadas de 1920 y 1930 estaban protegidos por placas de acero superpuestas unidas a ropa resistente. Este tipo de chaleco antibalas y más tarde un chaleco antibalas duro similar desempeñan un papel a prueba de balas al desviar balas o metralla, o romper la bala para consumir su energía. El mecanismo a prueba de balas de los chalecos antibalas blandos que utilizan fibras de alto rendimiento como principal material a prueba de balas es principalmente este último, es decir, se utilizan tejidos hechos de fibras de alta resistencia para "capturar" balas o metralla para lograr fines a prueba de balas. Las investigaciones muestran que hay cinco formas en que las armaduras blandas absorben energía: (1) deformación de la tela, incluida la deformación en la dirección de la incidencia de la bala y la deformación por tracción cerca del punto de incidencia; (2) daño de la tela: incluida la fibrilación y rotura de la fibra; desintegración de la estructura del hilo, desintegración de la estructura del tejido; (3) Energía térmica: la energía se disipa en forma de energía térmica a través de la fricción (4) Energía sonora: la energía consumida por el sonido emitido por la bala después de impactar la capa antibalas; ) Deformación del proyectil. El mecanismo a prueba de balas de la armadura corporal compuesta blanda y dura desarrollado para mejorar su capacidad a prueba de balas se puede resumir como "combinación blanda y dura". Cuando una bala impacta en un chaleco antibalas, lo primero que afecta a este son los materiales duros antibalas como placas de acero o materiales cerámicos reforzados. Durante este momento de contacto, tanto la bala como el material duro a prueba de balas pueden deformarse o romperse, consumiendo la mayor parte de la energía de la bala. El tejido de fibra de alta resistencia actúa como cojín y segunda línea de defensa para los chalecos antibalas, absorbiendo y difundiendo la energía restante de las balas y actuando como amortiguador, minimizando así los daños no penetrantes.

Entre los dos tipos de procesos a prueba de balas, el primero desempeña el papel principal de absorción de energía, reduciendo en gran medida el poder de penetración de los proyectiles y es la clave para la protección contra balas. Los factores que afectan la eficacia antibalas de los chalecos antibalas se pueden considerar desde dos aspectos: los proyectiles (balas o metralla) y los materiales antibalas que interactúan. En el caso de los proyectiles, su energía cinética, su forma y su material son factores importantes para determinar su penetración. Las balas comunes, especialmente las balas con núcleo de plomo o con núcleo de acero común, se deformarán cuando entren en contacto con materiales balísticos. En este proceso, la bala consume una parte considerable de su energía cinética, reduciendo así efectivamente la penetración de la bala, que es un aspecto importante del mecanismo de absorción de energía de la bala. Sin embargo, la situación es obviamente diferente en el caso de la metralla producida por explosiones como bombas y granadas o fragmentos secundarios formados por balas. Estas metralla tienen formas irregulares, bordes afilados, son livianas, de tamaño pequeño y no se deforman después de impactar materiales antibalas, especialmente materiales antibalas blandos. En general, la velocidad de este tipo de escombros no es alta, pero sí de gran tamaño y alta densidad. La clave para que una armadura corporal blanda absorba la energía de tales fragmentos es que los fragmentos cortan, estiran y rompen los hilos de la tela a prueba de balas, provocando interacciones entre los hilos dentro de la tela y entre diferentes capas de la tela, lo que resulta en una deformación general de la tela. Durante estos procesos, los fragmentos realizan un trabajo en el exterior y, por tanto, consumen su propia energía. En los dos tipos anteriores de procesos de absorción de energía del cuerpo humano, una pequeña parte de la energía también se convierte en energía térmica mediante fricción (fibra/fibra, fibra/bala) y en energía sonora mediante impacto. En términos de materiales antibalas, para cumplir con los requisitos de los chalecos antibalas para absorber al máximo la energía cinética de proyectiles como las balas, los materiales antibalas deben tener alta resistencia, buena tenacidad y una gran capacidad de absorción de energía. En la actualidad, los materiales utilizados en los chalecos antibalas, especialmente los chalecos antibalas blandos, son principalmente fibras de alto rendimiento. Estas fibras de alto rendimiento se caracterizan por su alta resistencia y alto módulo. Algunas fibras de alto rendimiento, como la fibra de carbono o la fibra de boro, tienen una alta resistencia, pero básicamente no son adecuadas para armaduras humanas debido a su poca flexibilidad, bajo trabajo de rotura, difícil procesamiento textil y alto precio. Específicamente, el efecto a prueba de balas de los tejidos a prueba de balas depende principalmente de los siguientes aspectos: resistencia a la tracción de la fibra, alargamiento de rotura y trabajo, módulo de la fibra, orientación de la fibra y velocidad de propagación de la onda de tensión, finura de la fibra, método de ensamblaje de la fibra, peso de la fibra por unidad de área. , la estructura y propiedades superficiales del hilo, la estructura organizativa del tejido, el espesor de la capa de malla de fibra, el número de capas de malla o capas de tejido, etc. Las propiedades de los materiales de fibra utilizados para la resistencia al impacto dependen de la energía de fractura de la fibra y de la velocidad de propagación de la onda de tensión. La onda de tensión debe propagarse lo más rápido posible y la energía de fractura de la fibra bajo un impacto a alta velocidad debe aumentarse tanto como sea posible. El trabajo de tracción de rotura de un material es la energía que tiene el material para resistir el daño externo y es una función relacionada con la resistencia a la tracción y la deformación por alargamiento. Por lo tanto, en teoría, cuanto mayor sea la resistencia a la tracción, mayor será la capacidad de alargamiento y deformación y mayor será el potencial de absorción de energía. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, no se permite que los materiales utilizados en la armadura corporal se deformen demasiado, por lo que las fibras utilizadas en la armadura corporal deben tener una alta resistencia a la deformación, es decir, un módulo alto. La influencia de la estructura del hilo en la capacidad a prueba de balas se debe a la diferencia en la tasa de utilización de la resistencia de una sola fibra y la capacidad general de alargamiento y deformación del hilo causada por diferentes tejidos de hilo. El proceso de rotura del hilo depende en primer lugar del proceso de rotura de la fibra, pero como es un agregado, el mecanismo de rotura es muy diferente. Cuanto más finas son las fibras, más cerca están entre sí en el hilo y más uniforme es la fuerza, aumentando así la resistencia del hilo. Además, la rectitud y el paralelismo de la disposición de las fibras en el hilo, el número de transferencias de las capas internas y externas, la torsión del hilo, etc. Todos estos tienen un impacto importante en las propiedades mecánicas del hilo, especialmente en la resistencia a la tracción y el alargamiento de rotura. Además, debido a la interacción entre hilos e hilos, hilos y elastómeros, las propiedades superficiales de los hilos mejorarán o debilitarán los dos efectos anteriores. La presencia de grasa y humedad en la superficie del hilo reducirá la resistencia de las balas o la metralla a penetrar el material, por lo que la gente a menudo necesita limpiar y secar el material para encontrar formas de mejorar la resistencia a la penetración. Las fibras sintéticas con alta resistencia a la tracción y alto módulo suelen estar altamente orientadas, lo que da como resultado superficies de fibra suaves y bajos coeficientes de fricción. Cuando estas fibras se usan en telas a prueba de balas, la capacidad de transferir energía entre las fibras después de ser alcanzadas por una bala es pobre y la onda de tensión no puede propagarse rápidamente, lo que también reduce la capacidad de la tela para bloquear las balas. Los métodos comunes para aumentar el coeficiente de fricción de la superficie, como el siesta, el acabado en corona, etc., reducirán la resistencia de la fibra, mientras que el método de recubrimiento de tela puede conducir fácilmente a la "fusión" entre las fibras, lo que hace que la onda de choque de la bala se refleje. en la dirección transversal del hilo. Provocar rotura prematura de la fibra. Para resolver esta contradicción, la gente ha ideado varios métodos. United Signal ha introducido en el mercado una fibra enrollada por aire, que aumenta el contacto entre las balas y las fibras mediante el enrollado de la fibra dentro del hilo. En la patente estadounidense 5035111, se introduce un método para utilizar fibras estructurales de núcleo de funda para mejorar el coeficiente de fricción del hilo.

El "núcleo" de esta fibra es una fibra de alta resistencia y la "piel" es una fibra con una resistencia ligeramente menor y un coeficiente de fricción más alto. Este último representa del 5% al ​​25%. Otra patente estadounidense, 5255241, inventó un método similar, que consiste en recubrir la superficie de fibras de alta resistencia con una fina capa de polímero de alta fricción para mejorar la resistencia del tejido a la penetración de metales. La presente invención enfatiza que el polímero de recubrimiento debe tener una fuerte adhesión a la superficie de la fibra de alta resistencia; de lo contrario, el material de recubrimiento despegado durante el proceso de impacto actuará como un lubricante sólido entre las fibras, reduciendo así el coeficiente de fricción en la superficie de la fibra. Además del rendimiento de la fibra y las características del hilo, la estructura del tejido también es un factor importante que afecta la capacidad a prueba de balas de los chalecos antibalas. Los tipos de estructuras de tela utilizadas en las armaduras corporales de software incluyen telas de punto, telas tejidas, telas sin trama, telas no tejidas perforadas, etc. Los tejidos de punto tienen un gran alargamiento, lo que resulta beneficioso para mejorar la comodidad de uso. Sin embargo, cuando se utiliza para resistencia al impacto, este alto alargamiento puede provocar daños no penetrantes importantes. Además, debido a las propiedades anisotrópicas de los tejidos de punto, tienen distintos grados de resistencia al impacto en diferentes direcciones. Por lo tanto, aunque los tejidos de punto tienen ventajas en cuanto a costes y eficiencia de producción, generalmente sólo son adecuados para fabricar guantes a prueba de puñaladas, uniformes de esgrima, etc. , y no se puede utilizar completamente en chalecos antibalas. En la actualidad, las armaduras corporales se utilizan ampliamente en tejidos, tejidos de trama y tejidos no tejidos punzonados. Debido a las diferentes estructuras, los mecanismos antibalas de estos tres tejidos también son diferentes y la balística actualmente no puede dar una explicación suficiente. En términos generales, cuando una bala golpea la tela, generará una onda de vibración radial en el área del punto de impacto y se propagará a través del hilo a alta velocidad. Cuando la onda de vibración alcanza el punto de entrelazado del hilo, parte de la onda se transmitirá a lo largo del hilo original hasta el otro lado del punto de entrelazado, otra parte se transmitirá al hilo entrelazado con él y la otra parte será reflejado hacia atrás a lo largo del hilo original forma una onda reflejada. Entre los tres tipos de telas anteriores, las telas tejidas tienen la mayor cantidad de puntos entretejidos. Después de ser alcanzado por una bala, la energía cinética de la bala se puede transferir mediante la interacción de los hilos en el punto de entrelazado, de modo que el impacto de la bala o la metralla se pueda absorber en un área más grande. Pero al mismo tiempo, el punto de entrelazado actúa prácticamente como un extremo fijo. La onda reflejada formada en el extremo fijo y la onda incidente original se superponen en la misma dirección, lo que aumenta considerablemente la tensión del hilo y se rompe después de exceder su resistencia a la rotura. Además, algunas pequeñas metrallas pueden separar los hilos individuales del tejido, reduciendo la capacidad de la metralla para resistir la penetración. Dentro de un cierto rango, si se aumenta la densidad del tejido, se puede reducir la posibilidad de que se produzca la situación anterior y se puede aumentar la resistencia del tejido, pero se potenciará el efecto negativo de la superposición de reflexión de las ondas de tensión. En teoría, la mejor resistencia al impacto se logra utilizando materiales unidireccionales sin puntos entretejidos. Este es también el punto de partida de la tecnología "Shield". La tecnología de "blindaje", es decir, la tecnología de "alineación unidireccional", es un método para producir materiales compuestos antibalas no tejidos de alto rendimiento. Fue introducida y patentada por United Signal Company en 1988. El derecho a utilizar esta tecnología patentada también ha sido concedido a la empresa holandesa DSM. Los tejidos elaborados con esta técnica son tejidos sin trama. La tela sin trama se fabrica disponiendo fibras en paralelo en una dirección y uniéndolas con resina termoplástica. Al mismo tiempo, las fibras se cruzan entre capas y se presionan con resina termoplástica. La mayor parte de la energía de una bala o metralla se absorbe estirando y rompiendo fibras en el punto de impacto o cerca de él. Los tejidos "protectores" pueden mantener la resistencia original de las fibras en la mayor medida posible, dispersar rápidamente la energía en un rango más amplio y los procedimientos de procesamiento son relativamente simples. Se puede usar una sola capa de tela sin trama como estructura esquelética de una armadura suave, y se puede usar prensado de múltiples capas como materiales duros a prueba de balas, como paneles de refuerzo a prueba de balas. Si en los dos tejidos anteriores, la mayor parte de la energía elástica se absorbe en las fibras en el punto de impacto o cerca de él, y las fibras se estiran demasiado o se perforan y se rompen, entonces el mecanismo a prueba de balas del tejido estructural de fieltro no tejido perforado con aguja es inexplicable. Porque los experimentos muestran que los no tejidos punzonados casi nunca presentan roturas de fibras. Los no tejidos punzonados se componen de una gran cantidad de fibras cortas sin puntos de entrelazado y casi sin reflexión de ondas de tensión en puntos fijos. Su efecto a prueba de balas depende de la velocidad con la que la energía del impacto de la bala se propaga en el fieltro. Se observó que luego de ser impactado por la metralla, quedó un rollo de material fibroso en la parte superior del proyectil de fragmentación simulada (FSP). Por tanto, se prevé que el proyectil o metralla se embotará durante la fase inicial del impacto y tendrá dificultades para penetrar el tejido. Muchos materiales de investigación señalan que el módulo de la fibra y la densidad del fieltro son los principales factores que afectan el efecto a prueba de balas de todo el tejido. El fieltro no tejido punzonado se utiliza principalmente para chalecos antibalas militares.