Metalne pjene | Istraživanje i razvoj sistema balističke zaštite za moderne ratne aplikacije

Šta je balistički materijal? Gdje se koristi?
Najčešći tvrdi oklop će koristiti keramičke ploče kao pregrade, ali keramika se razbija pri udaru i gubi energiju za trajnu borbu. Većina oklopa sa metalnim pločama ima isti problem da se meci ljušte pri udaru. Ovi fragmenti mogu uzrokovati ozljede nosioca oklopa. Nosioci koji stavljaju zakrpe za sekundarni oklop na svoja lica mogu biti vrlo neugodni i povećati troškove pojedincu, kompaniji ili vladi. Razvoj lakih borbenih tehnologija kao što su avioni i amfibijska vozila, kao i potreba za povećanjem mobilnosti kopnenih snaga, zahtijevaju balističke materijale koji nastavljaju da smanjuju težinu oklopa uz poboljšanje balističkih performansi.
Balistički štitovi su dostupni u različitim tipovima i razredima. Ovi materijali se koriste za zaštitu stakla, oklopa vozila, oklopa i štitova. Laminirane plastične ploče nude širok spektar zaštite, od certificiranog zatvorenog stakla do tercijalnih balističkih materijala. Balistički materijali su obično kruti, ali mogu biti i mekani. Mogu biti složeni, kao što su kevlar, UHMWPE, Lexan ili kompoziti od karbonskih vlakana, ili jednostavni, kao npr.aluminijum, čelik, titan ili druge legure.
Sa napretkom tehnologije, balistički oklopi su se radikalno promijenili. Tržište neprobojnih potkošulja svjedoči revoluciji koja je sigurnija i lakša. Ovo je otvorilo novo bojno polje za tehnologiju kompozitne metalne pjene (CMF), izvlačeći je iz područja medicinskih procedura u rasponu od automobilskih branika do zamjene koljena.
Za to su zaslužni pojedinačni ili kompozitni pjenasti metali - to su strukturne pjene u obliku šupljih metalnih sfera, koje su ugrađene u balističke naprave kao osnovni materijal, ali i kao međuprodukti u složenim primjenama kao što su oklopni čelik, keramika i ploče od vlakana. Pjena ne samo da zaustavlja udar velike brzine metaka i granata, već ih i potpuno drobi. Čak ni oklopni meci, dizajnirani posebno za probijanje oklopa, ne mogu ih probiti.
Za ratnika, pjenasti metal u osobnoj zaštitnoj opremi uključuje:

• Neprobojni prsluci opće namjene
• Aktivni plutajući pancir prsluci
• Pasivni plutajući pancir prsluci
• Taktičke balističke kacige
• Kompleti oklopa za balističku zaštitu ramena i sa strane
• Sa vizirom i zaštitom kičme
• Balistički štitovi

Za teške oklopne instrumente, kao i opremu za preživljavanje, pjenasti metal se koristi za različite primjene uključujući:

• Izrada kompozitnog oklopa
• Izrada minski otpornih osnovnih ploča za vozila
• Izrada vojnih sanduka

Šta je pjenasti metal? Šta je pjenasti metal i koja su njegova nevjerovatna svojstva?
Pjenasti metal je porozni metalni materijal koji formira trodimenzionalnu mrežastu strukturu u metalnoj matrici. Pošto ima mnogo pora umetalna pjena, veličina, broj, ujednačenost, povezanost i zatvaranje pora utiču na njegova svojstva. Parametri koji su usko povezani sa svojstvima pjenastih metala uključuju veličinu pora, ukupnu poroznost, efektivnu poroznost, gustinu i specifičnu površinu.
Pjenasti metal, kao nova vrsta materijala s metalnim svojstvima i nekim posebnim fizičkim svojstvima nemetalnih materijala, posvećuje se sve više pažnje. Glavna svojstva pjenastog metala su sljedeća:

• Ultra lagan materijal (75-95% zapremine se sastoji od praznog prostora)
• Veoma visoka poroznost
• Visoka tlačna čvrstoća u kombinaciji s dobrim svojstvima apsorpcije energije
• Niska toplotna provodljivost
• Visoka čvrstoća

Princip apsorpcije energije udara pjenastih metala
Osim što se komercijalno koristi za filtraciju, smanjenje buke, izolaciju i nosače katalizatora,metalne pjenesu jak kandidat za primenu u kompozitnim oklopnim sistemima u oblasti apsorpcije energije.
Kao balistički zaštitni uređaj, pjenasti metal je lagani pjenasti materijal visoke čvrstoće proizveden korištenjem šupljih metalnih sfera ugrađenih u čvrstu metalnu matricu. Ovaj materijal je pokazao odlična mehanička svojstva u odnosu na bilo koji drugi metalni materijal. Ovi vrhunski kvaliteti pjenastog metala brzo hvataju energiju pri udarima velike balističke brzine u poređenju sa kvazistatičkim opterećenjem.
Komercijalno dostupni apsorberi energije, koji tipično apsorbuju kinetičku mehaničku energiju sabijanjem ili odbijanjem pri relativno konstantnom naprezanju na velikoj udaljenosti, funkcionišu donekle slično oprugama, ali se odbijaju, čineći ih uređajima za skladištenje energije, a ne apsorberima energije.
Porozna struktura metalne pjene daje im jedinstvenu krivulju naprezanje-deformacija; jednom kada primijenjeni napon prijeđe plato ekstruzije, pjena će se početi sabijati pri prilično konstantnom naprezanju do oko 50-70% deformacije. Proširenje krivulje naprezanje/deformacija definira ponašanje idealnog apsorbera energije.

Kako pjenasti metal djeluje na oklopima?
Dokazano je da pjenasti metal hvata fragmente metaka i štiti vas od bilo kakvog sekundarnog oštećenja. Većina vojnih pancira koristi materijal sličan kevlaru kao stražnji sloj, koji je obično ocijenjen III-A i sam će zaustaviti metke iz pištolja. Meki oklop zaustavlja metke tako što rasipa energiju, a pošto većina metaka iz pištolja nije tako oštra kao meci iz pušaka, samo ih trebate usporiti kako vam ne bi probili kožu. Sloj pjenastog metala je amortizer oklopa za metke veće energije koji zahtijevaju tvrdi oklop da se zaustavi. Struktura koja se širimetalna pjenaprenosi energiju sudara daleko manje efikasno od čvrstih komponenti. U području udara, pjena se lako prilagođava predmetu udara. Ova plastična deformacija lokalno apsorbira mehaničku energiju. U oba slučaja, čvrsta materija apsorbuje vrlo malo energije sudara. Neki ljudi također odlučuju da dodaju treći sloj iza mekog oklopa, koji se zove trauma jastučić. Ovo je jastučić sastavljen od slojeva nenjutnovske tečnosti i podloge. Dodatno ublažava uticaj udarca metka na korisnika.