Ανάπτυξη ελαφρών μη εύκαμπτων πάνελ θωράκισης για αντιβαλλιστική προστασία

• Κύριος συγγραφέας: Ψαθάς, Αλέξανδρος Αναστάσιος
• Άλλοι συγγραφείς: Psathas, Alexandros Anastasios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Αντιβαλλιστικά γιλέκα; MWCNTs; Δοκιμές κρούσης υψηλής ταχύτητας; Anti-ballistic vests; TENSYLON; UHMWPE; Ηigh-velocity ballistic impact test

Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ελαφρών μη ευκάμπτων πάνελ θωράκισης γιλέκων αντιβαλλιστικής προστασίας με τη χρήση νανοτεχνολογίας. Τα αντιβαλλιστικά γιλέκα είναι σημαντικό να μην έχουν μεγάλο βάρος προκειμένου να μην επιβαρύνουν το άτομο που τα φορά και να προσφέρουν ευελιξία κινήσεων κατά τη διάρκεια της χρήσης τους. Η χρήση της νανοτεχνολογίας έχει αποδειχτεί και στο παρελθόν ότι μπορεί να έχει ευεργετική επίδραση στις αντιβαλλιστικές ιδιότητες των υλικών βελτιώνοντας την απόδοση τους. Τα μη εύκαμπτα πάνελ που χρησιμοποιούνται σε αυτές της εφαρμογές είναι πολύστρωτες δομές από πολυαιθυλένιο υψηλού μοριακού βάρους (UHMWPE) με εμπορική ονομασία TENSYLON το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή και απορρόφηση ενέργειας και χαμηλό ειδικό βάρος. Προκειμένου να επιτευχτεί η ενίσχυση των πάνελ, τα φύλλα TENSYLON τροποποιήθηκαν επιφανειακά με τη χρήση σωματιδίων από νανοτροποποιημένα και μη pellet πολυαμιδίου(GRILTEX 1330 Α). Παρασκευάστηκαν τέσσερα διαφορετικά είδη δοκιμίων τα οποία είναι τα εξής: SKIN_5L, GRILTEXDOPED_5L, GRILTEXNEAT_3L και GRILTEXDOPED_3L. Το SKIN_5L ορίζεται ως των δοκίμιο που κατασκευάστηκε από 5 στρώσεις του βασικού υλικού TENSYLON χωρίς την προσθήκη GRILTEX. Το υλικό αυτό αποτελεί το υλικό αναφοράς και τη βάση σύγκρισης με τα υπόλοιπα. Για τα υλικά GRILTEXDOPED_5L και GRILTEXDOPED_3L χρησιμοποιήθηκαν πέντε και τρία στρώματα TENSYLON αντίστοιχα. Μεταξύ κάθε στρώσης τοποθετήθηκαν με την μέθοδο της ξηρής εναπόθεσης σωματιδίων σωματίδια που παρήχθησαν από τα νανοτροποποιημένα pellet. Τα νανοτροποποιημένα pellet εμπεριέχουν νανοσωματίδια (Multiwalled Carbon Nanotubes –MWCNTs) σε ποσότητα 10%wt. Το υλικό GRILTEXNEAT_3L παρασκευάστηκε από τρεις στρώσεις TENSYLON και μη νανοτροποποιημένη σκόνη GRILTEX 1330. Έπειτα ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των υλικών που αναπτύχθηκαν με δοκιμές κρούσης υψηλής ταχύτητας(high velocity impact). Με την διεξαγωγή των πειραμάτων καταγράφηκαν οι τιμές της ταχύτητας της σφαίρας πριν και μετά την κρούση. Από τα δεδομένα των ταχυτήτων πραγματοποιήθηκε ο υπολογισμός της ενέργειας που απορροφά το εκάστoτε δοκίμιο κατά την κρούση, αλλά και του ποσοστού ενέργειας που απορροφάται προς την αρχική ενέργεια της σφαίρας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα εξάγονται τα ακόλουθα συμπεράσματα. Η προσθήκη των νανοτροποποιημένων σωματιδίων σε πλακίδια πολυαιθυλενίου υψηλού μοριακού βάρους έχει θετική επίδραση στην απορρόφηση ενέργειας κατά τη διάρκεια κρούσης υψηλής ταχύτητας και κατ΄ επέκταση βελτίωση των αντιβαλλιστικών του ιδιοτήτων. Αυτό πιθανώς συμβαίνει διότι τα νανοσωματίδια που εισέρχονται στο πολυαιθυλένιο εισάγουν επιπλέον απορροφητικούς μηχανισμούς στο υλικό. Το γεγονός ότι τα ενισχυμένα πλακίδια μικρότερου βάρους μπορούσαν να ανταπεξέλθουν καλύτερα σε σχέση με το αρχικό υλικό στις δοκιμές κρούσης, οδήγησε σε ένα ακόμη πολύτιμο συμπέρασμα. Παράλληλα με την αύξηση της αντίστασης στην κρούση, παρατηρήθηκε επιπλέον ότι είναι δυνατόν να μειωθεί το βάρος του υλικού χωρίς την υποβάθμιση των αντιβαλλιστικών ιδιοτήτων του. Συνεπώς η μελέτη αυτή συνέβαλε στην ανάπτυξη ενός ελαφρύτερου αντιβαλλιστικού υλικού με βελτιωμένες ιδιότητες επιβεβαιώνοντας ότι η συμβολή της νανοτεχνολογίας σε εφαρμογές αντιβαλλιστικής προστασίας είναι ιδιαίτερα σημαντική.