مقاله کاربرد نانو پلیمر در صنایع دفاعی

کاربرد نانو پلیمر در صنایع دفاعی - جليقه های ضد گلوله

از ابتدایی ترین تجهیزاتی که بشر به اهمیت استفاده از آن پی برد زره ها می باشند .

انسانهای باستانی ازپوست ضخیم برخی حیوانات برای خود پوشش تهیه می نمودند تا آسیب کمتری از جانب جانوران وحشی به آنها برسد .به تدریج با آشنا شدن انسانها با فنون شکل دهی فلزات ، استفاده از زره های فلزی گوناگون گسترش یافت. تا قرن 14 میلادی زره ها به حدی پیچیده شده بودکه سلاح های آن زمان تقریبا بر آنها کارگر نبود . این مساله در قرن پانزدهم وبا پیدایش سلاح های گرم به کلی دگرگون شد . سلاح های گرم به پرتابه ها آنچنان سرعتی می دادند که انرژی لازم برای دریدن زره را فراهم می نمود . در برابر این موضوع ضخامت زره ها نیز افزوده گردید ولی این تغییر باعث افزایش وزن و دست وپا گیری زره ها می گردید واستفاده از آن رابامحدودیت فراوانی مواجه می نمود . تا سال ها زره ها از سلاح ها عقب افتاده بودند تا اینکه دانشمندان در قرن بیستم و به خصوص در دهه ی 60 با تکیه برپیشرفت دانش متالوژی و پلیمر جلیقه های ضد گلوله ی مقاوم و جدیدی را عرضه نمودند .
زره های جدید از الیاف بسیار مستحکم در شبکه ای پر تراکم تهیه می شود نه از قطعات سنگین فلزی . مکانیزم عمل آنها به این صورت است که با تکیه بر ساختار شبکه ای خود انرژی گلوله را درسطح وسیعی پراکنده و جذب می کنند در عین حال نباید به سمت داخل بدن تغییر شکل دهند زیرا ممکن است صدمات شدیدی به اجزای داخلی بدن برسد .به صورت کلی جلیقه ها به دو نوع نرم و سخت تقسیم می شوند که معمولا نوع نرم را در زیر لباس می پوشند ودر مقایسه با نوع سخت مقاومت کمتری دارد .

مهمترین الیاف مورد استفاده در جلیقه ها ی ضد گلوله کولار است . این ماده 5 برابر محکم تر از فولاد هم وزن خود است . با توجه به هزینه ی مناسب تولید کولار در مقیاس صنعتی هنوز برای جلیقه ها ی ضد گلوله بهترین گزینه است.ماده ی دیگری که همه ی ما با آن آشنا هستیم تارعنکبوت است که نمونه ی مصنوعی آن بیو استیل نام دارد و استحکام آن 20 برابر فولاد می باشد ولی تهیه ی آن بسیار پر هزینه می باشد . در مقابل زره های مدرن، گلوله های ویژه ای با سری از جنس تفلون(ماده ای با ضریب اصطکاک نسبی تقریبا صفر ) تهیه گردیده است که پس از برخورد باجلیقه الیاف را به طرفین رانده و مسیری از میان الیاف برای ادامه ی حرکت خود باز می نماید . گلوله هایی نیز با هسته های فلزی بسیار سخت از جنس تنگستن کارباید ویا اورانیوم 238 فلزی تولید شده که باعث تمرکز شدید انرژی گلوله در یک نقطه وشکافتن زره می گردد . درمقابل ، برای مقاومت بیشتر جلیقه ها آنها را با پولک هایی از جنس سرامیک های ویژه مانند ترکیبات اکسید آلومینیوم ویا تیتانیوم می پوشانند .این پلیت ها(یا پولک ها) قابلیت مقاومت در مقابل گلوله های فوق را نیز به جلیقه ها می دهند . به هر صورت هر زرهی تا سرعت و کالیبر خاصی مقاومت دارد ودر مقابل کالیبر های بالا ناکارآمد است .مثلا اکثر جلیقه ها حتی با پلیت در مقابل تفنگ های تک تیرانداز سنگین(Snipers)mm 12.7 مانند نمونه ی ساخته شده توسط صنایع جنگ افزار سازی وزارت دفاع آسیب پذیر است . به هر حال پژوهشگران امیدوارند با استفاده از پتانسیل نهفته دردانش نانو بتوانند زره هایی به مراتب قدرتمند تولید کنند تاجایی که در مقابل هر کالیبری باهر سرعتی مقاومت نمایند .

روش کار جليقه های ضد گلوله

جلیقه ضد گلوله چگونه عمل می کند؟

انسان از هزاران سال پیش زره به تن می کرده است، قبایل باستان در هنگام شکار پوست حیوانات را به دور بدنشان می بستند. جنگجویان روم باستان و اروپایی های قرون وسطی، پیش از رفتن به میدان نبرد، بدن خود را با صفحه های فلزی می پوشانند. در دهه 1400 زره در دنیای غرب بسیار فراگیر و پیشرفته شد و با یک زره مناسب شخص تقریبا شکست ناپذیر بود. با پیشرفت اسلحه و توپ در دهه 1500 زره ها تغییر کردند. سرعت بالا ی گلوله ها، می توانند به آنها انرژی لازم برای نفوذ در لایه های نازک فلزی را بدهد.

بنابراین می توان بر ضخامت فلزات زره های سنتی افزود ولی بنابراین برای شخص تن کننده بسیار سنگین و طاقت فرسا می گردد. مهندسین در دهه 1960 یک جلیقه ضد گلوله و مناسب را ساختند که بر خلاف زره های سنتی بسیار راحت بود.

جلیقه های ضد گلوله سبک از فلز ساخته نشده اند بلکه از بافت های فیبری که قابل دوخت بر روی جلیقه و دیگر لباس های سبک می باشد ساخته شده اند.

جلیقه های ضد گلوله امروزی، به دو نوع تقسیم می شود:

- جلیقه های ضد گلوله سخت

- جلیقه های ضد گلوله نرم

جلیقه های ضد گلوله سخت

جلیقه های ضد گلوله سخت از صفحه های فلزی و یا سرامیکی ضخیم ساخته می شوند و به اندازه کافی برای انحراف گلوله و سایر سلاح ها مقاومند. مواد بکار رفته در این جلیقه ها، گلوله ها را با همان نیرویی که به داخل در حال وارد شدن است به خارج هل می دهند. به این ترتیب جلیقه غیر قابل نفوذ خواهد بود.

جلیقه های ضد گلوله سخت حفاظت بیشتری را نسبت به جلیقه های ضد گلوله نرم ایجاد می کنند ولی طاقت فرساتر هستند. افسرهای پلیس و کارکنان نظامی این نوع از لوازم حفاظتی را در هنگامی که میزان خطر احتمالی بالا باشد به تن می کنند ولی برای استفاده های روزمره عموما از جلیقه های ضد گلوله نرک که می توان به صورت ژاکت یا تی شرت معمولی به تن کرد، استفاده می کنند.

چرا سرامیک؟

چرا جلیقه های ضد گلوله از صفحه های سرامیکی ساخته می شوند؟

کاشی های حمام از جنس سرامیک ساخته می شوند و بسیار شکننده و نازک هستند. چرا برای جلیقه های ضد گلوله مناسب هستند. امروزه هزاران ماده مختلف به عنوان سرامیک مشخص شده اند. سرامیکی که در جلیقه های ضد گلوله به کار میروند آلومینا (Alumina) نام دارد که دارای فرمول شیمیایی AL203 است. آلومینا از یاقوت کبود ساخن=ته شده و می شود و جسم بسیار سختی است. همچنین می توان صفحه هایی بسیار محکمی را یافت که از پلاستیک پلی اتیلن ساخته شده اند که از سرامیک ضخیم تر و مشبک ترند اما به سختی و محکمی آن نیستند ولی سبک ترند.

جلیقه های ضد گلوله نرم

جلیقه های ضد گلوله نرم مفهوم گیج کننده ای است. چگونه ممکن است یک تکه لباس گلوله را متوقف کند؟ روش کار این جلیقه ها بسیار ساده است. در درون این جلیقه ها یک ماده ضد گلوله قرار دارد که در حقیقت یک توری بسیار قوی است. برای درک چگونگی عملکرد آن، تور دروازه فوتبال را در نظر بگیرید. در پشت دروازه بستهش ده است. وقتی که توپ به دروازه شوت می شود، دارای انرژی زیادی اس و در هنگام اصابت به تور، در یک نقطه مشخص تور را به عقب هل می دهد. هر رشته از یک سمت تیرک به سمت دیگر امتداد دارد و نیروی وارد آمده در آن نقطه مشخص را به سر تا سر پخش می کند. این نیرو به دلیل به هم بافته بودن رشته ها پخش می شود. زمانی که توپ رشته های افقی تور را هل می دهد دیگر رشته ها نیز در عوض، دیگر رشته های افقی را هل داده و به این طریق، همه قسمت های تور انرژی وارده توپ را جذب می کنند و فرقی نمی کند که گلوله به کدام قسمت از تور اصابت کرده باشد.

اگر یک تکه از ماده ضد گلوله را زیر میکروسکوپ قرار دهیم، همین ساختار را مشاهده خواهیم کرد. رشته های بلندی از الیاف را که به هم تنیده شده اند تا یک ساختار توری شکل متراکم را تشکیل دهند. حال با توجه به اینکه یک گلوله بسیار سریع تر از توپ حرکت می کند، بنابراین این توری باید از مواد محکم تری ساخته شود. معروف ترین ماده ای که در ساخت جلیقه های ضد گلوله به کار می رود، الیافی به نام KEVLAR است. Kevlar الیافی سبک وزن است که 5 برابر مقاوم تر از یک تکه فولاد، در همان وزن است زمانی که این ماده به صورت یک تور متراکم در می آید، می تواند نیروی زیادی را جذب کند. به منظور جلوگیری از رسیدن گلوله به سطح بدن، جلیقه ضد گلوله باید برخلاف ضربه مستقیمی که گلوله وارد می کند، عمل کند .

در گذشته Kevlar رایج ترین نوع الیاف برای ساختن جلیقه های ضد گلوله بود ولی امروزه مواد دیگری به کار گرفته شده است که در دسترس ترین آنها، Vectran نام دارد و حدودا دو برابر مقام تر از Kevlar و 5 تا 10 برابر مقاوم تر از فولاد است.

یک نوع الیاف دیگر که اخیرا رایج شده،ابریشم عنکبوت نام دارد. بر روی بزها کارهای ژنتیکی انجام شد تا بتوان از آنها در تولید جزء شیمیایی ابریشم عنکبوت استفاده نمود. ماده حاصله Biosteel نام گرفت. یک رشته از Biosteel 20 برابرمقاوم تر از فولاد است.

الیاف دیگری وجود دارد که Carbon nanotubes نامیده می شود و گفته می شود که حتی از ابریشم عنکبوت نیز مقاوم تر است نخ Carbon nanotubes هنوز هم کمیاب است و قیمت کنونی این الیاف برای هر گرم 500 دلار است. که به مرور زمان این قیمت ها نزول پیدا خواهند کرد و این نوع الیاف، به عنوان الیاف، بادوام در جلیقه های ضد گلوله به کار خواهند رفت.