Phân tích cấu trúc lớp và nguyên tắc bảo vệ của kính chống đạn
Trong xã hội hiện đại, với nhu cầu an ninh ngày càng tăng, thủy tinh chống đạn, là một vật liệu bảo vệ an toàn quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các ngân hàng, cửa hàng trang sức, cơ sở chính phủ, xe ngoại giao và thậm chí cả các ứng dụng dân sự cao cấp.Nó không phải là một "bảng rắn" không thể phá hủy như một người có thể tưởng tượng mà là một sản phẩm kỹ thuật phức tạp tích hợp khoa học vật liệuHiệu suất bảo vệ đặc biệt của nó xuất phát từ cấu trúc đa lớp khéo léo và các nguyên tắc vật lý sâu sắc.
I. Cấu trúc lớp kính chống đạn: Một "bọc giáp" tổng hợp
Kính chống đạn, được gọi chuyên nghiệp hơn là "cái kính bảo mật," không được làm bằng một tấm kính đơn lẻ mà là một vật liệu tổng hợp được hình thành bằng cách gắn kết nhiều lớp vật liệu khác nhau với nhau thông qua các quy trình đặc biệtCấu trúc điển hình của nó, từ trên xuống dưới (hoặc từ bên ngoài vào bên trong), thường bao gồm:
1Lớp kháng va chạm (Lớp bên ngoài):
Đây là lớp đầu tiên được tiếp xúc bởi viên đạn, thường được làm bằng thủy tinh được làm nóng hóa học hoặc thủy tinh được làm nóng vật lý.Nhiệm vụ chính của lớp này không phải là chặn trực tiếp viên đạn mà là tiêu thụ năng lượng của viên đạn và làm cho nó biến dạng, đục, hoặc thậm chí phá vỡ qua độ cứng của nó. "Đục" viên đạn cứng (thường được làm bằng đồng hoặc thép) làm giảm đáng kể áp lực chịu bởi các lớp tiếp theo,ngăn chặn chúng dễ dàng bị xuyên thủng bởi đạn sắcNó tương tự như lớp da cứng đầu tiên trong áo giáp cổ đại, được sử dụng để chống lại tác động sắc nét ban đầu của mũi tên.
2Lớp hấp thụ năng lượng (Lớp trung tâm lõi):
Đây là linh hồn củathủy tinh chống đạn, thường bao gồm một hoặc nhiều tấmVật liệu polyme trong suốt, thường xuyên nhấtPolyvinyl butyral (PVB)vàpolycarbonate (PC).
3Lớp chống xâm nhập/Lớp an toàn (Lớp bên trong):
Đây là tuyến phòng thủ cuối cùng, thường cũng là một lớptấm polycarbonatehoặcthủy tinh cường độ caoVai trò của nó là đảm bảo rằng ngay cả khi viên đạn xuyên qua các lớp trước, năng lượng còn lại của nó là không đủ để phá vỡ rào cản cuối cùng này.Lớp bên trong ngăn chặn spalling (hình tượng khi các mảnh vỡ từ bề mặt kính bên trong khi va chạm bay về phía nhân viên ở phía được bảo vệ)Lớp bên trong PC có hiệu quả chứa tất cả các mảnh vỡ như vậy.
II. Nguyên tắc bảo vệ của kính chống đạn: Nghệ thuật "làm mất năng lượng"
Nguyên tắcthủy tinh chống đạnkhông chỉ đơn giản là về "ngăn chặn" mà liên quan đến một quá trình năng động của "chuyển đổi năng lượng và tiêu tan".
1Nguyên tắc phân tán và chuyển đổi năng lượng:
Khi một viên đạn tốc độ cao đâm vào kính bên ngoài, năng lượng vận động của nó được tập trung rất nhiều vào khu vực cực nhỏ của đầu viên đạn, tạo ra áp lực khổng lồ.Các kính bên ngoài cứng phản ứng bằng cách nhanh chóng phân tán lực tác động trên toàn bộ bề mặt tác độngQuá trình vỡ kính ngay lập tức tự nó tiêu thụ năng lượng đáng kể. đồng thời các sóng căng thẳng tạo ra bởi tác động lan truyền, phản xạ,và tương tác trong cấu trúc nhiều lớp, cho phép năng lượng chuyển và phân tán, ngăn chặn nó tập trung ở một điểm duy nhất và gây ra sự xâm nhập ngay lập tức.
2.Momentum tiêu thụ và nguyên tắc viên đạn thấm:
Như đã đề cập, kính bên ngoài cứng là "đá nhọn đầu tiên" cho viên đạn. đầu nhọn đến một đụcTheo công thức áp suất P = F / S (áp lực = lực / diện tích), sau khi viên đạn bị ngập, khu vực tiếp xúc S tăng đáng kể.áp suất P giảm đáng kểĐiều này làm cho nó dễ dàng hơn cho lớp PC sau đó, linh hoạt hơn để "bắt" và ngăn chặn nó thông qua biến dạng thay vì dễ dàng bị đâm.
3Nguyên tắc biến dạng nhựa và hấp thụ năng lượng động (Nguyên tắc cốt lõi):
Đây là giai đoạn mà lớp polycarbonate (PC) đóng một vai trò quan trọng. Vật liệu PC có độ kéo dài cực kỳ cao khi vỡ; khi va chạm, nó không ngay lập tức bị gãy nhưng phải trải qua một sự trải nghiệm rộng rãi.uốn cong, kéo dài và nhúng(hình biến dạng nhựa). quá trình biến dạng vật lý này đòi hỏi phải tiêu thụ năng lượng khổng lồ. năng lượng động của viên đạn được chuyển đổi liên tục thànhnăng lượng bên trongNó giống như đấm vào một tấm cao su cực kỳ dày và nhớt, lực của bạn hoàn toàn được hấp thụ bởi vết nhăn và bật lại của tấm.Cuối cùng, khi tất cả năng lượng động của viên đạn được chuyển thành các dạng năng lượng khác (chủ yếu là nhiệt và năng lượng biến dạng vật liệu)
4Nguyên tắc phân tán viscoelastic:
Điều này chủ yếu rõ ràng trong cơ chế của lớp giữa PVB. PVB là một vật liệu nhớt, kết hợp các tính chất của chất lỏng nhớt và chất rắn đàn hồi.ma sát mạnh mẽ và trượt tương đối xảy ra giữa chuỗi phân tử của nó, tạo raphân tán nhớttrong khi đó độ nhớt cao của nó đảm bảo rằng ngay cả khi kính vỡ, các mảnh vỡ sẽ không tách ra,duy trì tính toàn vẹn cấu trúc của toàn bộ và tiếp tục hợp tác với các lớp tiếp theo để chống lại tác động.
5Nguyên tắc không phù hợp xung sóng tại giao diện đa lớp (Nguyên tắc tiên tiến):
Từ một quan điểm lý thuyết hơn,thủy tinh chống đạnđược tạo thành từ các vật liệu khác nhau như thủy tinh, PVB và PC, mỗi vật liệu có các đặc điểm khác nhautrở ngại âm thanh(sản phẩm của mật độ và vận tốc âm thanh). Khi sóng căng xuyên qua các giao diện giữa các vật liệu khác nhau, chúng phản xạ và phá vỡ.Bằng cách thiết kế tỉ mỉ về độ dày và trình tự của mỗi lớp, sóng căng có thể được thực hiện để trải qua nhiều phản xạ và can thiệp tại các giao diện đa lớp, do đóhủy bỏ và làm suy yếunăng lượng của chúng, trì hoãn sự lan truyền của sóng giật, và mua thêm thời gian cho biến dạng nhựa và hấp thụ năng lượng.
gy), nó mất động lực và trở nên nhúng vào kính.
Kết luận
Kính chống đạnlà một ví dụ nổi bật về con người kết hợp các tính chất vật chất và các nguyên tắc vật lý để giải quyết nhu cầu an ninh.cấu trúc lớp compositeđể thực hiện một nghệ thuật tinh vi của năng lượng "chất thải".tiêu thụ ban đầu bằng thủy tinh cứngđể hấp thụ năng lượng nhựa khổng lồ bởi các vật liệu polymer, mỗi bước liên quan đến tính toán chính xác và quản lý hiệu quả năng lượng động của viên đạn.Đó là triết lý của việc kết hợp sự cứng và mềm., giải quyết nhiều khía cạnh" biến một tấm kính trong suốt dường như bình thường thành một rào cản mạnh mẽ bảo vệ mạng sống và tài sản.Với sự phát triển liên tục của các vật liệu và quy trình mới, tương laithủy tinh chống đạnchắc chắn sẽ phát triển thành nhẹ hơn, mỏng hơn, mạnh hơn và tích hợp chức năng hơn, tiếp tục đóng một vai trò không thể thiếu trong lĩnh vực an ninh.
