hvad gør Kevlar til et så godt antiballistisk materiale?

foto: tænk på Kevlar som et let moderne alternativ til tunge, besværlige, middelalderlige rustninger! Foto af personale Sgt. Nate Hauser med tilladelse fra US Marine Corps.

Hvis du har læst vores artikel om kugler, ved du, at debeskadige ting—og mennesker—fordi de rejser i høje hastigheder med enormemængder kinetisk energi. Selvom der ikke er noget som helt “skudsikkert”, gør materialer sombulletproof glas et godt stykke arbejde med at beskytte os ved at absorbere (opsuge)og sprede (sprede) energien fra en kugle.

Kevlar er et fremragende antiballistisk (kugle – og knivbestandigt) materiale, fordidet tager meget energi at få en kniv eller en kugle til at passere gennem den. De tætvævede fibre af stærkt orienterede (lined-up) polymermolekyler er ekstremt svære at flytte fra hinanden: det kræver energi at adskille dem. En kugle (eller en kniv skubbet hårdt af en angriber) har sin energi “stjålet” fra den, da den forsøger at kæmpe sig igennem.Hvis det lykkes at trænge ind i materialet, er det betydeligt bremset og gør langt mindre skade.

selvom Kevlar er stærkere end stål, er det omkring 5,5 gange mindre tæt (tætheden af Kevlaris omkring 1,44 gram pr.kubikcentimeter sammenlignet med stål, som er rundt omkring 7,8–8 gramper kubikcentimeter). Det betyder, at en vis mængde Kevlar vil veje 5-6 gange mindre end den samme mængde stål.Tænk tilbage på middelalderlige riddere med deres besværlige rustninger: i teorien giver moderne Kevlar lige så meget beskyttelse—men det er let og fleksibelt nok til at bære i meget længere perioder.

flere lag = mere beskyttelse

Diagram: du har brug for en større tykkelse af Kevlar kropsarme for at stoppe kugler med højere hastighed (hastighed). I teorien, jo tykkere Kevlar, jo kortere afstand en kugle skal kunne passere (jo kortere penetrationsdybde); i praksis er det lidt mere kompliceret end det.

Hvis du tænker på Kevlar “opsuge” energien af en kugle, er det ret indlysendeat en større tykkelse af Kevlar—flere lag af materialet bindetsammen—vil give mere beskyttelse.

hvor meget Kevlar har du brug for at stoppe en kugle? Det afhænger af Kevlar, og det afhænger af kuglens vægt, type og hastighed. Kevlar kommer i forskellige vægte-og kugler kommer også i forskellige typer og vægte og rejser med meget forskellige hastigheder, med forskellige mængder energi. Jo større kuglen og jo hurtigere den kører, jo mere kinetisk energidet har, jo længere vil det trænge ind, og jo mere skade vil det gøre. Du har brug for flere lag Kevlar for at stoppebigger, hurtigere kugler end mindre, langsommere. Typisk har skudsikre veste mindst 8-16 lag Kevlar og ofte 32-48 lag eller endnu mere. Nogle veste kombinerer Kevlar med andre materialer, mens andre bruger forskellige materialeri stedet for Kevlar, som f.eks Spectra Kurt.

generelt set, jo flere lag af tungere Kevlar du har, jo mere beskyttende er din “skudsikre” rustning, men jo tungere,større og varmere vil det være at bære, og jo mere vil det begrænse din bevægelse. Du kan dække dig selv med en million lag Kevlar, som måske stopper de fleste daglige kugler, men det bliver næppe praktisk. Så der er en afvejning, der skal foretages mellem beskyttelse og brugervenlighed. Og hvor Kevlar er bekymret, er det ikke altid et spørgsmål om “tykkere lig bedre”: der er også en anden kvalifikation. Kugler rejser hurtigt – en riffelkugle kan gå 10 gange hurtigere end en racerbil—og de er designet til at deformere, når de rammer ting, så de gør mere skade. Ifølge nogle nylige ballistiske undersøgelser vil Kevlar i en skudsikker vest påvirke denne proces, nogle gange får en kugle til at rejse længere ind i et mål, end hvis der ikke blev brugt (eller mindre) Kevlar. Derfor har du brug for en masse Kevlar i effektive skudsikre veste, både for at give mulighed for, hvordan det kan ændre kuglen og for at opsuge al kuglens energi.

Kevlar er ikke altid nok

Hvis du vil beskytte soldater mod riflekugler med høj hastighed, har du brug for meget tykkererarmor, end hvis du blot vil beskytte politibetjente mod pistolkugler,som har lavere hastighed og mindre kinetisk energy.It det er vigtigt at huske, at intet materiale er 100 procent skudsikkert—og nogle gange er Kevlar ikke nok.

Du kan se dette tydeligt i den officielle US National Institute of Justice Body Armor-klassifikation,der rangerer skudsikre veste og anden kropsbeskyttelse (lavet af Kevlar og andre materialer)på en skala fra I til IV for dens evne til at beskytte mod kugler affyret fra våben med forskellig magt. I den lave ende af skalaen skal type IIa armor beskytte mod mindre pistolkugler (typisk 9 mm FuldMetal jacketedbullets,der vejer 8,0 g eller 0,3 ounce og fyres på omkring 373 m/s eller 834 mph); du har brug for mindst 16 lag Kevlar til det.Højere op skalaen, type IIIA rustning har til at modstå mere kraftfulde håndholdte kugler (såsom .44 Magnum kugler vejer 15,6 g eller 0,6 ounce og fyret ved 436 m/s eller 975 mph); der har brug for dobbelt så meget Kelvar—mindst 30 lag. Det er vigtigt at bemærke, at selv Kevlar har sine grænser. Til beskyttelse mod riflekugler (almindelige eller rustningspiercing), der kører meget hurtigere (850-900 m/s eller 1900-2000 mph) med betydeligt højere kinetisk energi, er Kevlar ikke nok: du har brug for kropsrustning lavet af stål eller keramiske plader (klassificeret som type III og IV).