Test of ballistic resistance of composite materials used for protection of special vehicle crews

• Autorzy: Szudrowicz M.

Warianty tytułu

PL

Badanie odporności balistycznej kompozytów przeznaczonych do ochrony załóg pojazdów specjalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Model composites were made, for which the following components were selected: epoxy resin reinforced with layers of NCF (non-crimped fabric) with appropriately oriented glass, carbon and aramid fibres. The fabrics for the test were selected so as to allow the comparison of ballistic resistance depending on the type of material, thickness and sequence of fabric. Resin infusion technology was used in preparing the composites. The resistance of the composite models was tested for penetration with: 9x19 mm FMJ projectiles, at a bullet impact speed of ca. 360 m/s, fragment simulating projectiles (FSP) with a mass of 1.1 g and fragments of a model IED improvised explosive device containing fragments in the form of 3/16” bearing balls. Carbon composites have the highest resistance to perforation with a 1.1 g FSP fragment simulating projectiles of all the materials tested. The ballistic limit of a four-directional carbon composite with a surface density of 5.5 kg/m2 is 305 m/s, and for a surface density of 21 kg/m2 the ballistic limit is 780 m/s. The ballistic resistance of the carbon composite is related to its high shear strength - the highest of all the materials tested. In reference to the model of composite damage by the projectile, this means that the first stage of penetration, in which the material is compressed and subject to shearing force, is the determining factor in resistance to perforation.

PL

Wykonano modelowe kompozyty, do budowy których wybrano: żywicę epoksydową zbrojoną warstwami tkanin NCF (non-crimped fabric) o odpowiednio zorientowanych włóknach szklanych, węglowych i aramidowych. Do wytworzenia kompozytu wykorzystana została technologia infuzji żywicy. Zbadano odporność wykonanych modeli kompozytów na przebicie: pociskami kalibru 9x19 mm FMJ, przy prędkości uderzenia pocisków ok. 360 m/s, pociskami symulującymi odłamek (FSP) o masie 1,1 g, odłamkami modelowego improwizowanego urządzenia wybuchowego zawierającego odłamki w postaci kulek łożyskowych 3/16”. Spośród zbadanych materiałów kompozyty węglowe charakteryzują się największą odpornością na przebicie pociskami symulującymi odłamek FSP 1,1 g. Granica balistyczna kompozytu węglowego czterokierunkowego o gęstości powierzchniowej 5,5 kg/m2 wynosi 305 m/s, a o gęstości powierzchniowej 21 kg/m2 granica balistyczna wynosi 780 m/s. Odporność balistyczna kompozytu węglowego jest związana z jego wysoką wytrzymałością na ścinanie, najwyższą ze wszystkich zbadanych materiałów. W odniesieniu do modelu niszczenia kompozytów przez pociski oznacza to, że pierwszy etap penetracji, w którym kompozyt jest ściskany i ścinany, jest dominującym etapem mającym wpływ na odporność na perforację.

Słowa kluczowe

EN

ballistic resistance; carbon composite; aramid composite; fibreglass composite; NCF fabrics; resin infusion

PL

odporność balistyczna; kompozyt węglowy; kompozyt aramidowy; kompozyt szklany; tkaniny NCF; infuzja żywicy

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 81--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szudrowicz M.

• Military Institute of Armoured and Automotive Technology, ul. Okuniewska 1, 05-070 Sulejówek, Poland

Bibliografia

• [1] Hogg P.J., Composites for ballistic applications, Department of Materials Queen Mary, University of London, Composites Processing, 2003.
• [2] Jensen R.E., Mcnight S.H., Quesenberry M.J., Strength and durability of glass fiber composites treated with multicomponent sizing formulations, ARL-TR-2655, January 2002.
• [3] Mamalis A.G., Spentzas K.N., Manolakos D.E., Ioannidis M.B., Composite and hybrid materials for next generation road and rail vehicles, National Technical University of Athens, Synenergy Conference, 2008.
• [4] Galanis K., Hull construction with composite materials for ships over 100 m in length, Hellenic Naval Academy, 2002
• [5] Lane R., Craig B., Babcock W., Materials for blast and penetration resistance, The Amptiac Quarterly 2002, 6, 4, MaterialEase 20.
• [6] Patel B.P., Bhola S.K., Ganapathi M., Makhecha D.P., Penetration of projectiles in composite laminates, Institute of Armament Technology, Defence Science Journal 2004, 54, 2.
• [7] Liu D., Characterization of impact properties and damage process of glass/epoxy composite laminates, Journal of Composite Materials 2004, 38.
• [8] Kirkwood J.E., Kirkwood K.M., Lee Y.S., Egres R.G. jr, Wagner N.J., Wetzel E.D., Yarn pull-out as a mechanism for dissipating ballistic impact energy in Kevlar® KM-2 fabric: part II: predicting ballistic performance, Textile Research Journal 2004, 74.
• [9] Abrate S., Impact on Composite Structures, Cambridge University Press 1998.
• [10] PN-V-87000:1999, Osłony balistyczne lekkie. Kamizelki kulo- i odłamkoodporne. Wymagania ogólne i badania.
• [11] Walsh S.M., Scott B.R., Spagnuolo D.M., The development of a hybrid thermoplastic ballistic material with application to helmets, Report ARL-TR-3700, December 2005.
• [12] STANAG 2920, Ballistic test method for personal armour, 2003.
• [13] STANAG 4569, Protection levels for occupants of logistic and light armoured vehicles, 2001.