Was macht Kevlar zu einem so guten antiballistischen Material?

Foto: Stellen Sie sich Kevlar als leichte moderne Alternative zu schweren, sperrigen mittelalterlichen Rüstungen vor! Foto von Staff Sgt. Nate Hauser mit freundlicher Genehmigung des US Marine Corps.

Wenn Sie unseren Artikel über Geschosse gelesen haben, werden Sie wissen, dass sie Dinge — und Menschen – beschädigen, weil sie sich mit hohen Geschwindigkeiten mit riesigen Mengen kinetischer Energie fortbewegen. Obwohl es nicht so etwas wie vollständig „kugelsicher“ gibt, können Materialien wie kugelsicheres Glas uns gut schützen, indem sie die Energie einer Kugel absorbieren (aufsaugen) und zerstreuen (ausbreiten).Kevlar ist ein ausgezeichnetes antiballistisches (kugel- und messerresistentes) Material, weiles braucht viel Energie, um ein Messer oder eine Kugel durchzulassen. Die dicht gewebten Fasern hochorientierter (aufgereihter) Polymermoleküle sind extrem schwer auseinander zu bewegen: Es braucht Energie, um sie zu trennen. Einer Kugel (oder einem Messer, das von einem Angreifer hart gedrückt wird) wird ihre Energie „gestohlen“, wenn sie versucht, sich durchzukämpfen.Wenn es ihm gelingt, in das Material einzudringen, wird es erheblich verlangsamt und richtet weitaus weniger Schaden an.

Obwohl Kevlar stärker als Stahl ist, ist es etwa 5,5 mal weniger dicht (die Dichte von Kevlar beträgt etwa 1,44 Gramm pro Kubikzentimeter im Vergleich zu Stahl, der etwa 7,8–8 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt). Das bedeutet, dass ein bestimmtes Volumen Kevlar 5-6 mal weniger wiegt als das gleiche Volumen Stahl.Denken Sie an mittelalterliche Ritter mit ihren sperrigen Rüstungen zurück: Theoretisch bietet modernes Kevlar genauso viel Schutz — aber es ist leicht und flexibel genug, um es viel länger zu tragen.

Mehr schichten = mehr schutz

Diagramm: Sie benötigen eine größere dicke von Kevlar körper rüstung zu stoppen höher-geschwindigkeit (geschwindigkeit) kugeln. In der Theorie, je dicker das Kevlar, desto kürzer sollte der Abstand sein, den eine Kugel passieren kann (je kürzer die Eindringtiefe); In der Praxis ist es ein bisschen komplizierter.

Wenn Sie an Kevlar denken, das die Energie einer Kugel „aufsaugt“, ist es ziemlich offensichtlich, dass eine größere Dicke von Kevlar — mehr Schichten des Materials, die miteinander verbunden sind — mehr Schutz bietet.

Wie viel Kevlar brauchst du, um eine Kugel zu stoppen? Es hängt vom Kevlar und vom Gewicht, Typ und der Geschwindigkeit des Geschosses ab. Kevlar kommt in verschiedenen Gewichten — und Kugeln kommen auch in verschiedenen Arten und Gewichten und reisen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit unterschiedlichen Mengen an Energie. Je größer die Kugel und je schneller sie sich bewegt, desto mehr kinetische Energie hat sie, desto weiter dringt sie ein und desto mehr Schaden wird sie anrichten. Sie benötigen mehr Kevlar-Schichten, um aufzuhörengroße, schnellere Kugeln als kleinere, langsamere. Typischerweise haben kugelsichere Westen mindestens 8-16 Schichten Kevlar und oft 32-48 Schichten oder sogar mehr. Einige Westen kombinieren Kevlar mit anderen Materialien, während andere anstelle von Kevlar andere Materialien wie Spectra® verwenden.

Im Allgemeinen gilt: Je mehr Schichten schwereres Kevlar Sie haben, desto schützender ist Ihre „kugelsichere“ Rüstung, aber je schwerer, sperriger und heißer sie zu tragen ist, desto mehr schränkt sie Ihre Bewegung ein. Sie könnten sich mit einer Million Schichten Kevlar bedecken, was die meisten alltäglichen Kugeln aufhalten könnte, aber es wird kaum praktisch sein. Es gibt also einen Kompromiss zwischen Schutz und Benutzerfreundlichkeit. Und bei Kevlar geht es nicht immer um „dicker gleich besser“: Es gibt noch eine andere Qualifikation. Kugeln reisen schnell — eine Gewehrkugel kann 10-mal schneller sein als ein Rennwagen — und sie sind so konstruiert, dass sie sich verformen, wenn sie auf Dinge treffen, damit sie mehr Schaden anrichten. Nach einigen neueren ballistischen Forschungen wird das Kevlar in einer kugelsicheren Weste diesen Prozess beeinflussen und manchmal dazu führen, dass eine Kugel weiter in ein Ziel fliegt, als wenn kein (oder weniger) Kevlar verwendet würde. Aus diesem Grund benötigen Sie viel Kevlar in effektiven kugelsicheren Westen, sowohl um zu berücksichtigen, wie es die Kugel verändern könnte, als auch um die gesamte Energie der Kugel aufzusaugen.

Kevlar ist nicht immer genug

Wenn Sie Soldaten vor Hochgeschwindigkeitsgewehrkugeln schützen möchten, benötigen Sie eine viel dickere Rüstung, als wenn Sie einfach Polizisten vor Pistolenkugeln schützen möchten, die eine geringere Geschwindigkeit und weniger Kinetik haben energy.It es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass kein Material zu 100 Prozent kugelsicher ist – und manchmal reicht sogar Kevlar nicht aus.

Sie können dies deutlich in der offiziellen US National Institute of Justice Body Armor Classification sehen,die kugelsichere Westen und anderen Körperschutz (aus Kevlar und anderen Materialien)auf einer Skala von I bis IV für seine Fähigkeit zum Schutz vor Kugeln aus Waffen unterschiedlicher Stärke bewertet. Am unteren Ende der Skala, Typ IIA Rüstung hat gegen kleinere Pistole Kugeln (in der Regel 9mm Vollmetall jacketedbullets mit einem Gewicht von 8,0 g oder 0,3 Unzen und feuerte bei etwa 373 m / s oder 834 mph) zu schützen; Sie benötigen mindestens 16 Schichten Kevlar dafür.Weiter oben auf der Skala muss die Rüstung des Typs IIIA stärkeren Handgeschossen widerstehen (z.44 Magnum-Geschosse mit einem Gewicht von 15,6 g oder 0,6 oz und einer Geschwindigkeit von 436 m / s oder 975 mph); das braucht doppelt so viel Kelvar — mindestens 30 Schichten. Es ist wichtig zu beachten, dass auch Kevlar seine Grenzen hat. Zum Schutz vor Gewehrkugeln (gewöhnliche oder panzerbrechende), die sich viel schneller (850-900 m / s oder 1900-2000 mph) mit erheblich höherer kinetischer Energie bewegen, reicht Kevlar nicht aus: Sie benötigen Körperschutz aus Stahl oder Keramikplatten (klassifiziert als Typ III und IV).