Vad gör Kevlar till ett så bra antiballistiskt material?

foto: Tänk på Kevlar som ett lätt modernt alternativ till tunga, besvärliga, medeltida rustningar! Foto av personal Sgt. Nate Hauser artighet av US Marine Corps.

Om du har läst vår artikel om kulor vet du att deskada saker—och människor—eftersom de reser i höga hastigheter med enormamängder av kinetisk energi. Även om det inte finns något sådant som helt ”bulletproof”, material sombulletproof glass gör ett bra jobb för att skydda oss genom att absorbera (suga upp)och sprida (sprida ut) energin hos en kula.

Kevlar är ett utmärkt antiballistiskt (kula – och knivbeständigt) material eftersomdet tar mycket energi för att få en kniv eller en kula att passera genom den. De tätt vävda fibrerna av mycket orienterade (uppradade) polymermolekyler är extremt svåra att flytta ifrån varandra: det tar energi att skilja dem. En kula (eller en kniv som skjuts hårt av en angripare) har sin energi ”stulen” från den när den försöker kämpa sig igenom.Om det lyckas tränga in i materialet, är det betydligt långsammare och gör mycket mindre skada.

Även om Kevlar är starkare än stål är den cirka 5,5 gånger mindre tät (kevlaris densitet ca 1,44 gram per kubikcentimeter, jämfört med stål, vilket är runt ca 7,8–8 gramper kubikcentimeter). Det betyder att en viss volym Kevlar kommer att väga 5-6 gånger mindre än samma volym stål.Tänk tillbaka på medeltida riddare med sina besvärliga rustningar: i teorin ger modern Kevlar lika mycket skydd—men det är lätt och flexibelt nog att bära under mycket längre perioder.

fler lager = mer skydd

Diagram: du behöver en större tjocklek på Kevlar kroppspansar för att stoppa kulor med högre hastighet (hastighet). I teorin, ju tjockare Kevlar, desto kortare avstånd ska en kula kunna passera (desto kortare penetrationsdjup); i praktiken är det lite mer komplicerat än så.

om du tänker på Kevlar ”suga upp” energin hos en kula, är det ganska uppenbartatt en större tjocklek av Kevlar—fler lager av materialet bindedtogether-kommer att ge mer skydd.

hur mycket Kevlar behöver du för att stoppa en kula? Det beror på Kevlar och det beror på kulans vikt, typ och hastighet. Kevlar kommer i olika vikter – och kulor finns också i olika typer och vikter och reser i mycket olika hastigheter, med olika mängder energi. Ju större kula och ju snabbare den reser, desto mer kinetisk energiDet har desto längre kommer det att tränga igenom, och ju mer skada det kommer att göra. Du behöver fler lager av Kevlar för att stopbigger, snabbare kulor än mindre, långsammare. Vanligtvis har skottsäkra västar minst 8-16 lager Kevlar och ofta 32-48 lager eller ännu mer. Vissa Västar kombinerar Kevlar med andra material, medan andra använder olika materiali stället för Kevlar, såsom Spectra Jacobs.

generellt sett, ju fler lager av tyngre Kevlar du har, desto mer skyddande är din” skottsäkra ” rustning, men desto tyngre,skrymmande och varmare blir det att bära, och ju mer det kommer att begränsa din rörelse. Du kan täcka dig själv med en miljon lager Kevlar, vilket kan stoppa de flesta vardagliga kulor, men det kommer knappast att vara praktiskt. Så det finns en avvägning mellan skydd och användbarhet. Och när det gäller Kevlar är det inte alltid en fråga om ”tjockare lika bättre”: det finns också en annan kvalifikation. Kulor reser snabbt – en gevärkula kan gå 10 gånger snabbare än en racerbil—och de är utformade för att deformeras när de träffar saker så att de gör mer skada. Enligt en ny ballistikforskning kommer Kevlar i en skottsäker väst att påverka denna process, ibland gör en kula längre in i ett mål än om ingen (eller mindre) Kevlar användes. Därför behöver du mycket Kevlar i effektiva skottsäkra västar, både för att möjliggöra hur det kan förändra kulan och för att suga upp all kulans energi.

Kevlar är inte alltid tillräckligt

Om du vill skydda soldater mot höghastighetsgevärkulor, kommer du att behöva mycket thickerarmor än om du bara vill skydda poliser mot pistolkulor, som har lägre hastighet och mindre kinetisk energy.It det är viktigt att komma ihåg att inget material är 100 procent skottsäkert—och ibland räcker inte Kevlar.

Du kan se detta tydligt i den officiella US National Institute of Justice Body Armor-klassificeringen,som rankar skottsäkra västar och annat kroppsskydd (tillverkat av Kevlar och andra material)på en skala från I till IV för dess förmåga att skydda mot kulor avfyrade från vapen med olika kraft. Vid den låga änden av skalan måste typ IIA-Rustning skydda mot mindre pistolkulor (vanligtvis 9 mm fullmetall jacketedbullets som väger 8,0 g eller 0,3 oz och avfyras vid cirka 373 m/s eller 834 mph); du behöver minst 16 lager Kevlar för det.Högre upp på skalan, typ IIIA Rustning måste motstå mer kraftfulla handhållna kulor (t .ex.44 Magnum kulor som väger 15,6 g eller 0,6 oz och avfyras vid 436 m/s eller 975 mph); som behöver dubbelt så mycket Kelvar—minst 30 lager. Det är viktigt att notera att även Kevlar har sina gränser. För skydd mot gevärkulor (vanliga eller pansarbrytande), som reser mycket snabbare (850-900 m/s eller 1900-2000 mph) med betydligt högre kinetisk energi, är Kevlar inte tillräckligt: du behöver kroppspansar av stål eller keramiska plattor (klassificerad som typ III och IV).