Металева піна | Дослідження та розробки систем балістичного захисту для сучасних військових застосувань

Що таке балістичний матеріал? Де використовується?
Найпоширеніша тверда броня використовує керамічні пластини як перегородки, але кераміка розбивається при ударі та втрачає свою енергію для тривалого бою. Більшість металевих пластинчастих обладунків мають ту ж проблему, що кулі відшаровуються під час удару. Ці осколки можуть поранити власника броні. Користувачі, які наносять додаткові латки на обличчя, можуть бути дуже незручними та призвести до додаткових витрат для особи, компанії чи уряду. Розвиток легких бойових технологій, таких як літаки та транспортні засоби-амфібії, а також потреба у збільшенні мобільності наземних сил вимагають балістичних матеріалів, які продовжують зменшувати вагу броні, одночасно покращуючи балістичні характеристики.
Балістичні щити доступні в різних типах і класах. Ці матеріали використовуються для захисту скла, автомобільної броні, бронежилетів і щитів. Ламіновані пластикові листи пропонують широкий спектр захисту, від сертифікованого герметичного скла до третинних балістичних матеріалів. Балістичні матеріали зазвичай жорсткі, але можуть бути і м'якими. Вони можуть бути складними, як-от кевлар, UHMWPE, Lexan або композити з вуглецевого волокна, або простими, як-оталюміній, сталь, титан або інші сплави.
З розвитком технологій балістичні бронежилети радикально змінилися. На ринку куленепробивних нижніх сорочок відбувається революція, яка стає безпечнішою та легшою. Це відкрило нове поле битви для технології композитної металевої піни (CMF), вивівши її зі сфери медичних процедур, починаючи від автомобільних бамперів і закінчуючи заміною колінного суглоба.
За це відповідають окремі або композитні спінені метали - це конструкційні піни у формі порожнистих металевих сфер, які вбудовані в балістичні пристрої як основний матеріал, а також як проміжні продукти у складних застосуваннях, таких як броньова сталь, кераміка та ДВП. Піна не тільки зупиняє високошвидкісний удар куль і снарядів, але й повністю їх подрібнює. Навіть бронебійні кулі, призначені спеціально для пробивання броні, не можуть їх пробити.
Для воїна використання пінопласту в засобах індивідуального захисту включає:

• Бронежилети загального призначення
• Активні флотаційні бронежилети
• Пасивні плаваючі бронежилети
• Тактичні балістичні шоломи
• Комплекти балістичної плечової та бічної броні
• З козирком і захистом хребта
• Балістичні щити

Для важкої броньованої техніки, а також для рятувального спорядження пінопласт використовується для різноманітних застосувань, зокрема:

• Виготовлення композитної броні
• Виготовлення протимінно-захищених опорних плит для транспортних засобів
• Виготовлення військових ящиків

Що таке спінений метал? Що таке спінений метал і які його неймовірні властивості?
Пінометал — це пористий металевий матеріал, який утворює тривимірну сітчасту структуру в металевій матриці. Оскільки в ньому багато порметалева піна, розмір, кількість, однорідність, сполучність і герметизація пор впливають на його властивості. Параметри, тісно пов'язані з властивостями спінених металів, включають розмір пор, загальну пористість, ефективну пористість, щільність і питому поверхню.
Пінометал, як новий тип матеріалу, що володіє як металевими властивостями, так і деякими особливими фізичними властивостями неметалевих матеріалів, привертає все більше уваги. Основні властивості пінопласту наступні:

• Надлегкий матеріал (75-95% об'єму займає порожнеча)
• Дуже висока пористість
• Висока міцність на стиск у поєднанні з хорошими властивостями поглинання енергії
• Низька теплопровідність
• Висока міцність

Принцип поглинання енергії удару пінометалами
На додаток до комерційного використання для фільтрації, зниження шуму, ізоляції та носіїв каталізатора,металеві піниє сильним кандидатом для застосування в системах композитної броні в області поглинання енергії.
Як засіб балістичного захисту пінометал — це легкий, високоміцний спінений матеріал, виготовлений за допомогою порожнистих металевих сфер, вбудованих у суцільну металеву матрицю. Цей матеріал показав чудові механічні властивості порівняно з будь-яким іншим металевим матеріалом. Ці чудові властивості пінометалу швидко вловлюють енергію при ударах з високою балістичною швидкістю порівняно з квазістатичним навантаженням.
Комерційно доступні поглиначі енергії, які зазвичай поглинають кінетичну механічну енергію, стискаючи або відхиляючи її при відносно постійній напрузі на великій відстані, функціонують дещо подібно до пружин, але вони відскакують, роблячи їх накопичувачами енергії, а не поглиначами енергії.
Пориста структура металевих пінопластів надає їм унікальну криву напруга-деформація; як тільки прикладена напруга перевищить плато екструзії, піна почне стискатися при досить постійній напрузі приблизно до 50-70% деформації. Розширення кривої напруження/деформації визначає поведінку ідеального поглинача енергії.

Як діє пінопласт на бронежилети?
Доведено, що спінений метал затримує осколки куль і захищає вас від будь-яких вторинних пошкоджень. Більшість військових бронежилетів використовують кевлароподібний матеріал як задній шар, який зазвичай має рейтинг III-A і сам по собі запобігає пострілам з пістолета. М’яка броня зупиняє кулі, розсіюючи енергію, і оскільки більшість пістолетних куль не такі гострі, як гвинтівкові, вам просто потрібно сповільнити їх, щоб вони не пробили шкіру. Шар спіненого металу є амортизатором бронежилета для куль з більшою енергією, для зупинки яких потрібна тверда броня. Розширюється структураметалева пінапередає енергію зіткнення набагато менш ефективно, ніж тверді компоненти. У зоні удару піна легко прилягає до предмета удару. Ця пластична деформація локально поглинає механічну енергію. У будь-якому випадку дуже мала частина енергії зіткнення поглинається твердим тілом. Деякі люди також вирішують додати третій шар позаду м’якої броні, який називається травматичною прокладкою. Це прокладка, що складається з шарів неньютонівської рідини та прокладки. Це ще більше пом’якшує вплив куль на користувача.