Hoe Liquid Body Armor Werkt

{h1}

Een van de nieuwste soorten kogelvrije kleding is zowel flexibel als lichtgewicht. Leer dat whyliquid kogelvrije vesten het potentieel hebben om een ​​goede vervanging te zijn voor of aanvulling op volumere vesten.

- Het basisidee achter kogelvrije kleding is de afgelopen paarduizend-en-jaren niet erg veranderd. Ten eerste houdt wapenuitrusting wapens of projectielen tegen om het lichaam van een persoon te bereiken. Ten tweede verspreidt het de energie van het wapen zodat de uiteindelijke impact minder schade veroorzaakt. Hoewel het in geen enkele situatie effectief is, kan harnas over het algemeen mensen helpen beschermen tegen ernstig letsel of de dood, vooral tegen de juiste wapens.

In de loop van de jaren moesten mensen een sterker en geavanceerder pantser ontwikkelen om te beschermen tegen steeds geavanceerdere wapens. Ondanks deze verbeteringen heeft het moderne kogelvrije vest nog steeds enkele van dezelfde tekortkomingen als oude vormen van bepantsering. Of het nu is gemaakt van metalen platen of lagen stof, het pantser is vaak zwaar en omvangrijk. Veel soorten zijn stijf, dus ze zijn onpraktisch voor gebruik op armen, benen en nek. Om deze reden hadden middeleeuwse pakken van pantserwapens openingen en gewrichten waardoor mensen zich konden verplaatsen, en de kogelvrije vesten die tegenwoordig worden gebruikt, beschermen vaak alleen het hoofd en de romp.

-Een van de nieuwste soorten kogelvrije vesten is echter zowel flexibel als lichtgewicht. Vreemd genoeg is deze verbetering het gevolg van de toevoeging van vloeistof aan bestaande pantsermaterialen. Hoewel het niet helemaal klaar is voor een gevecht, suggereert laboratoriumonderzoek dat vloeibare kogelvrije vesten het potentieel hebben om een ​​goede vervanging te zijn voor of aanvulling te bieden op volumere vesten. Uiteindelijk kunnen soldaten, politieagenten en anderen in staat zijn om het te gebruiken om hun armen en benen te beschermen.

De twee primaire typen vloeibare kogelvrije vesten die momenteel in ontwikkeling zijn, beginnen beide met een fundament van DuPont Kevlar, vaak gebruikt in kogelvrije vesten. Wanneer een kogel of een granaatscherf een Kevlar-vest raakt, verspreiden de materiaallagen de impact over een groot oppervlak. De kogel strekt ook de Kevlar-vezels uit, verbruikt energie en vertraagt ​​het proces. Het concept is vergelijkbaar met wat er gebeurt als een airbag de impact spreidt en de beweging van iemands torso tijdens een botsing vertraagt.

Deze inhoud is niet compatibel op dit apparaat.

Hoewel Kevlar een stof is, beweegt het Kevlar-pantser niet zoals kleding. Er zijn tussen de 20 en 40 lagen Kevlar nodig om een ​​kogel te stoppen en deze stapel lagen is relatief stijf. Het is ook zwaar - een vest alleen weegt vaak meer dan 10 pond (4,5 kilogram), zelfs zonder keramische inserts voor extra bescherming.

Met twee verschillende vloeistoffen kan het Kevlar-pantser echter veel minder lagen gebruiken, waardoor het lichter en flexibeler wordt. Beiden hebben één ding gemeen: ze reageren sterk op een stimulus. Vervolgens bekijken we waar deze vloeistoffen van gemaakt zijn en waarom ze reageren zoals ze doen.

Schuifverdikkende vloeistof

Schuifverdikkende vloeistof gebruikt voor vloeibare kogelvrije vesten

Schuifverdikkende vloeistof gebruikt voor vloeibare kogelvrije vesten

De term "liquid body armour" kan een beetje misleidend zijn. Voor sommige mensen doet het denken aan het idee om vloeistof te verplaatsen tussen twee lagen vast materiaal. Beide typen vloeistofpantsers in de ontwikkeling werken echter zonder een zichtbare vloeistoflaag. In plaats daarvan gebruiken ze Kevlar dat is gedrenkt in een van de twee vloeistoffen.

De eerste is a afschuifverdikkingsvloeistof (STF), dat zich gedraagt ​​als een vaste stof wanneer het mechanische stress ondervindt of knippen. Met andere woorden, het beweegt als een vloeistof totdat een object het krachtig raakt of beweegt. Vervolgens hardt het uit in enkele milliseconden. Dit is het tegenovergestelde van a afschuifverdunnende vloeistof, zoals verf, die dunner wordt wanneer deze wordt bewogen of geschud.

Je kunt zien hoe afschuifverdikkingsvloeistof er uitziet door een oplossing van bijna gelijke delen maïszetmeel en water te onderzoeken. Als je het langzaam roert, beweegt de substantie zich als een vloeistof. Maar als je hem raakt, stolt het oppervlak abrupt. Je kunt het ook in een bal vormen, maar als je stopt met druk uitoefenen valt de bal uit elkaar.

Hier is hoe het proces werkt. De vloeistof is een colloïde, gemaakt van kleine deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof. De deeltjes stoten elkaar enigszins af, zodat ze gemakkelijk door de vloeistof zweven zonder samen te klonteren of zich op de bodem te nestelen. Maar de energie van een plotselinge impact overweldigt de afstotende krachten tussen de deeltjes - ze plakken aan elkaar en vormen de zogenaamde massa hydroclusters. Wanneer de energie van de impact verdwijnt, beginnen de deeltjes elkaar weer af te stoten. De hydroclusters vallen uit elkaar en de ogenschijnlijk vaste stof keert terug naar een vloeistof.

Hoe Liquid Body Armor werkt: vloeistof

Vóór de botsing bevinden de deeltjes in de afschuifverdikkende vloeistof zich in een evenwichtstoestand. Na de botsing klonteren ze samen en vormen ze stevige structuren.

De vloeistof gebruikt in kogelvrije vesten is gemaakt van silica deeltjes gesuspendeerd in polyethyleenglycol. Silica is een component van zand en kwarts en polyethyleenglycol is een polymeer dat gewoonlijk wordt gebruikt in laxeermiddelen en glijmiddelen. De siliciumdioxidedeeltjes hebben slechts een diameter van enkele nanometers, dus veel rapporten beschrijven deze vloeistof als een vorm van nanotechnologie.

Om vloeibare kogelwerende vesten te maken met afschuifverdikkende vloeistof, verdunnen onderzoekers eerst de vloeistof in ethanol. Ze verzadigen de Kevlar met de verdunde vloeistof en plaatsen het in een oven om de ethanol te verdampen. De STF dringt dan door in de Kevlar en de Kevlar-strengen houden het met deeltjes gevulde fluïdum op zijn plaats. Wanneer een voorwerp de Kevlar raakt of neerstrijkt, verhardt de vloeistof onmiddellijk, waardoor de Kevlar sterker wordt. Het verhardingsproces gebeurt in slechts enkele milliseconden en het pantser wordt daarna weer flexibel.

In laboratoriumtests is STF-behandelde Kevlar even flexibel als eenvoudig, of netjes, Kevlar.Het verschil is dat het sterker is, dus bepantsering met STF vereist minder lagen materiaal. Vier lagen STF-behandelde Kevlar kunnen dezelfde hoeveelheid energie verdrijven als 14 lagen nette Kevlar. Bovendien strekken STF-behandelde vezels zich niet zo ver uit als normale vezels, wat betekent dat kogels niet zo diep in het pantser of het onderliggende weefsel van een persoon doordringen. De onderzoekers veronderstellen dat dit komt omdat er meer energie voor de kogel nodig is om de met STF behandelde vezels uit te rekken.

Hoe Liquid Body Armor werkt: armor

Behandelde Kevlar na impact van een kogel

Onderzoek naar op STF-gebaseerde vloeibare kogelvrije vesten is aan de gang in het US Army Research Laboratory en de University of Delaware. Onderzoekers aan het MIT onderzoeken daarentegen een andere vloeistof voor gebruik in kogelwerende vesten. We zullen hierna naar hun onderzoek kijken.

Het langzame blad penetreert het schild

Op STF-gebaseerde kogelvrije vesten hebben parallellen in de wereld van de science fiction. In het universum van "Dune" van Frank Herbert, kan een apparaat genaamd een Holtzman-generator een beschermend schild produceren. Alleen objecten die met lage snelheden bewegen, kunnen dit schild binnendringen. Evenzo zullen langzaam bewegende objecten door afschuifverdikkende vloeistof zinken zonder te verharden. In lage snelheid, of quasi-statische, mesproeven, een mes kan doordringen in zowel nette Kevlar als STF-behandelde Kevlar. De STF-behandelde Kevlar houdt echter iets minder schade aan, mogelijk omdat de vloeistof ervoor zorgt dat de vezels aan elkaar kleven.

Magnetorheologische vloeistof

Wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld, worden de deeltjes in magnetorheologische vloeistof langs de veldlijnen uitgelijnd.

Wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld, worden de deeltjes in magnetorheologische vloeistof langs de veldlijnen uitgelijnd.

De andere vloeistof die Kevlar-pantser kan versterken is magnetorheologische (MR) vloeistof. MR-vloeistoffen zijn olieverf die zijn gevuld met ijzer deeltjes. Oppervlakteactieve stoffen omringen de deeltjes vaak om ze te beschermen en helpen ze in de vloeistof te laten zweven. Typisch omvatten de ijzerdeeltjes tussen 20 en 40 procent van het vloeistofvolume.

De deeltjes zijn klein, meten tussen 3 en 10 micron. Ze hebben echter een krachtig effect op de consistentie van de vloeistof. Wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld, komen de deeltjes in de rij, waardoor de vloeistof dramatisch wordt verdikt. De term "magnetorheologische" komt van dit effect. Reologie is een tak van mechanica die zich richt op de relatie tussen kracht en de manier waarop een materiaal van vorm verandert. De kracht van magnetisme kan zowel de vorm als de viscositeit van MR-vloeistoffen veranderen.

Het uithardingsproces duurt ongeveer twintig duizendsten van een seconde. Het effect kan dramatisch variëren, afhankelijk van de samenstelling van de vloeistof en de grootte, vorm en sterkte van het magnetische veld. MIT-onderzoekers begonnen bijvoorbeeld met sferische ijzerdeeltjes, die langs elkaar kunnen glijden, zelfs in de aanwezigheid van het magnetische veld. Dit beperkt hoe moeilijk het pantser kan worden, dus onderzoekers bestuderen andere deeltjesvormen die effectiever kunnen zijn.

Net als bij STF kunt u zien hoe MR-vloeistoffen eruit zien met gewone items. IJzervijlsel vermengd met olie zorgen voor een goede weergave. Als er geen magnetisch veld aanwezig is, beweegt de vloeistof gemakkelijk. Maar de invloed van een magneet kan ervoor zorgen dat de vloeistof dikker wordt of een andere vorm krijgt dan die van de houder. Soms is het verschil zeer visueel dramatisch, waarbij de vloeistof opvallende pieken, troggen en andere vormen vormt. Kunstenaars hebben zelfs magneten en MR-vloeistoffen of soortgelijke ferrofluids gebruikt om kunstwerken te maken.

Met de juiste combinatie van dichtheid, deeltjesvorm en veldsterkte kan MR-vloeistof veranderen van een vloeistof in een zeer dikke vaste stof. Net als bij afschuifverdikkende vloeistof, kan deze verandering de sterkte van een stuk harnas dramatisch verhogen. De truc is het activeren van de statusverandering van de vloeistof. Omdat magneten die groot genoeg zijn om een ​​hele reeks te beïnvloeden zwaar en onpraktisch zouden zijn om mee te nemen, stellen onderzoekers voor om kleine circuits te maken die door het hele harnas lopen.

Hoe Liquid Body Armor werkt: liquid

Magnetorheologische vloeistof voor en na blootstelling aan een magnetisch veld

Zonder stroom die door de draden vloeit, zou het pantser zacht en flexibel blijven. Maar bij het omdraaien van de schakelaar zouden elektronen door de circuits gaan bewegen, waardoor er een magnetisch veld ontstaat. Dit veld zou ervoor zorgen dat het pantser meteen stijf en hard wordt. Door de schakelaar terug in de uit-stand te zetten, zou de stroom stoppen en zou het pantser weer flexibel worden.

Naast het maken van sterkere, lichtere, flexibelere bepantsering, kunnen stoffen die zijn behandeld met afschuifverdikkende en magnetorheologische vloeistoffen ook andere toepassingen hebben. Dergelijke materialen kunnen bijvoorbeeld bomdekens maken die gemakkelijk te vouwen en te dragen zijn en die omstanders nog kunnen beschermen tegen ontploffing en granaatscherven. Behandelde springlaarzen kunnen hard worden bij impact of wanneer geactiveerd, waardoor parachutistenlaarzen worden beschermd. De uniformen van gevangenismedewerkers zouden veelvuldig gebruik kunnen maken van vloeibare pantseringstechnologie, vooral omdat de bewakers waarschijnlijk botte objecten en zelfgemaakte messen tegenkomen.

De technologieën hebben echter enkele voor- en nadelen. Hier is een overzicht:

Hoe Liquid Body Armor werkt: armor

Geen van beide soorten harnassen is helemaal klaar voor gebruik op het slagveld. Met STF behandeld Kevlar-pantser zou tegen het einde van 2007 beschikbaar kunnen zijn [Bron: Business Week]. MR-vloeistof kan nog vijf tot tien jaar ontwikkeling vereisen voordat het kogels consequent kan stoppen. [Bron: Science Central]. Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over militaire technologie, kogelvrije kleding en aanverwante onderwerpen.

Andere toepassingen voor MR Fluids

MR-vloeistoffen hebben talloze toepassingen naast het versterken van kogelwerende kleding. Hun vermogen om bijna onmiddellijk van vloeistof naar halfvloeibare stof te veranderen, maakt ze nuttig voor het dempen van schokken en trillingen in zaken als:

  • Auto schokdempers
  • Wasmachines
  • Prothetische ledematen
  • Bridges

Omdat het direct en omkeerbaar van vorm kan veranderen, kan het ook worden gebruikt om scrollende brailleleesregels of herconfigureerbare mallen te maken.


Video Supplement: Liquid Body Armor.




Onderzoek


In Photos: The Microbe Masterpieces Of The 2015 Agar Art Competition
In Photos: The Microbe Masterpieces Of The 2015 Agar Art Competition

Hoe Een Nep-Eiland Landde Op Google Earth
Hoe Een Nep-Eiland Landde Op Google Earth

Science Nieuws


Heeft Sharks Die Schattige Baby-Dolfijn Echt Vermoord?
Heeft Sharks Die Schattige Baby-Dolfijn Echt Vermoord?

Minds Everywhere: 'Panpsychism' Gaat Hand In Hand In De Wetenschap
Minds Everywhere: 'Panpsychism' Gaat Hand In Hand In De Wetenschap

Pacific Bluefin Tuna In Problemen, Zeggen Wetenschappers
Pacific Bluefin Tuna In Problemen, Zeggen Wetenschappers

Wat Is De Neurochemie Van Geluk?
Wat Is De Neurochemie Van Geluk?

Feel-Good Brain Chemical Rol In Slaap
Feel-Good Brain Chemical Rol In Slaap

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com