جلیقه‌های ضدگلوله، به عنوان یکی از حیاتی‌ترین تجهیزات حفاظت فردی در حوزه‌های نظامی و انتظامی، محصول دهه‌ها تحقیق و توسعه در علم مواد و مهندسی مکانیک هستند.

هدف اصلی این تجهیزات، نه دفع یا بازگرداندن گلوله، بلکه جذب و توزیع انرژی جنبشی فوق‌العاده بالای پرتابه در سطح وسیعی از جلیقه است تا از نفوذ آن به بدن و ایجاد آسیب‌های کشنده جلوگیری شود.

این فرآیند از طریق به‌کارگیری مواد پیشرفته با خواص منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی محقق می‌شود. در ادامه، به تحلیل فنی تکنولوژی‌های اصلی در ساخت این جلیقه‌ها می‌پردازیم.

فناوری‌های زره نرم ، اولین خط‌دفاعی

هسته اصلی جلیقه‌هایی که برای مقابله با مهمات سلاح‌های کمری طراحی شده‌اند، زره نرم است. این بخش از لایه‌های متعدد الیاف با استحکام کششی بسیار بالا تشکیل شده است.

تحلیل فنی

دو خانواده اصلی از مواد در این حوزه غالب هستند: الیاف آرامید مانند کولار و پلی‌اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده بالا مانند داینیما.

کولار: یک پلیمر مصنوعی است که استحکام خود را از پیوندهای هیدروژنی قوی بین زنجیره‌های مولکولی خود می‌گیرد.

این ساختار کریستالی و جهت‌گیری منظم زنجیره‌ها، باعث می‌شود که برای گسستن این الیاف به انرژی بسیار زیادی نیاز باشد.

هنگامی که گلوله به لایه‌های بافته شده کولار برخورد می‌کند، این الیاف کشیده شده و انرژی جنبشی پرتابه را جذب می‌کنند. این فرآیند، شبیه به گرفتن گلوله در یک تور مولکولی بسیار مستحکم است.

داینیما: این ماده حتی از کولار نیز سبک‌تر و مستحکم‌تر است. به جای ساختار بافته‌شده، الیاف داینیما به صورت ورقه‌های کامپوزیتی تولید می‌شوند که در آن رشته‌های موازی در زوایای مختلف (معمولاً ۰ و ۹۰ درجه) روی هم قرار گرفته و تحت فشار و حرارت به هم متصل می‌شوند.

این ساختار یکپارچه، انرژی ضربه را با کارایی بیشتری در سراسر صفحه پخش می‌کند.

عملکرد زره نرم به زبان ساده

عملکرد زره نرم را می‌توان به یک تور دروازه فوتبال بسیار پیشرفته و متراکم تشبیه کرد.

وقتی توپ با سرعت به تور برخورد می‌کند، تور به عقب کشیده شده و با کش آمدن الیاف خود، انرژی توپ را گرفته و آن را متوقف می‌کند.

لایه‌های متعدد جلیقه ضدگلوله نیز دقیقاً همین کار را با گلوله انجام می‌دهند؛ ده‌ها لایه از این تورهای فوق‌العاده مستحکم، گلوله را گرفته، سرعت آن را به صفر می‌رسانند و نیروی آن را در سطح وسیعی پخش می‌کنند تا به یک نقطه آسیب نرساند.

فناوری‌های زره سخت ، مقابله با تهدیدات سطح‌بالا

برای متوقف کردن گلوله‌های تفنگ‌های جنگی که دارای انرژی و قدرت نفوذ به مراتب بیشتری هستند، استفاده از صفحات زرهی سخت در کنار زره نرم الزامی است.

زره سخت از نظر فنی

این صفحات عموماً از جنس سرامیک‌های پیشرفته (مانند اکسید آلومینیوم، کاربید سیلیکون یا کاربید بور) ساخته می‌شوند که بر روی یک لایه پشتیبان کامپوزیتی (معمولاً از جنس کولار یا داینیما) قرار می‌گیرند.

وظیفه اصلی صفحه سرامیکی، که سختی فوق‌العاده بالایی دارد، شکستن و خرد کردن هسته فلزی گلوله در لحظه برخورد است.

این فرآیند، انرژی پرتابه را به شدت کاهش داده و آن را از یک شیء نفوذگر به مجموعه‌ای از قطعات کوچک‌تر و کم‌خطرتر تبدیل می‌کند. سپس، لایه پشتیبان کامپوزیتی وظیفه جذب انرژی باقی‌مانده و جلوگیری از عبور این ترکش‌ها را بر عهده دارد.

صفحه سرامیکی مانند یک دیوار سنگی بسیار محکم عمل می‌کند. وقتی یک سنگ نوک‌تیز (گلوله) با سرعت به این دیوار پرتاب می‌شود، دیوار باعث خرد شدن کامل سنگ می‌شود.

حالا به جای یک سنگ خطرناک، تعدادی سنگ‌ریزه کم‌انرژی باقی مانده است.

لایه‌های نرم پشت صفحه سرامیکی(زره نرم) نیز مانند یک پتو یا کیسه شن عمل کرده و این سنگ‌ریزه‌ها را به راحتی متوقف می‌کنند.

شایعه یا واقعیت، استفاده از تار عنکبوت در جلیقه‌های ضدگلوله؟

بحث استفاده از تار عنکبوت در تولید زره‌های ضدلگلوله همواره مورد توجه بوده است.در ادامه به بررسی این شایعه قدیمی میپردازیم:

بررسی فنی نقش تار عنکبوت در جلیقه های ضدگلوله

از نظر تئوری، تار کششی عنکبوت یک ماده شگفت‌انگیز است. بر اساس معیار چقرمگی ، که به معنای میزان انرژی قابل جذب یک ماده قبل از پارگی است، تار عنکبوت برتری قابل توجهی نسبت به کولار (به ازای واحد وزن) دارد.

این ماده ترکیبی بی‌نظیر از استحکام کششی بالا و انعطاف‌پذیری فوق‌العاده را ارائه می‌دهد.

با این حال، تولید انبوه آن با چالش‌های عظیمی روبروست. عنکبوت‌ها برخلاف کرم ابریشم، موجوداتی شکارچی و هم‌نوع‌خوار هستند و نمی‌توان آن‌ها را در مزارع بزرگ پرورش داد. استخراج ابریشم از آن‌ها فرآیندی بسیار کند و غیربهینه است.

به همین دلیل، تحقیقات کنونی بر روی مهندسی ژنتیک متمرکز شده است. دانشمندان در تلاشند تا ژن‌های مسئول تولید پروتئین ابریشم عنکبوت را به موجودات دیگری مانند باکتری‌ها، مخمرها یا حتی بزها منتقل کنند تا بتوانند این پروتئین‌ها را به صورت انبوه تولید و سپس آن‌ها را به الیاف مصنوعی تبدیل کنند.

به زبان ساده تر، تار عنکبوت در مقایسه با وزنش، از فولاد هم محکم‌تر است و خاصیت کشسانی فوق‌العاده‌ای دارد که آن را برای جذب ضربه ایده‌آل می‌کند.

مشکل اینجاست که ما نمی‌توانیم عنکبوت‌ها را مانند گوسفند پرورش دهیم تا از تار آن‌ها استفاده کنیم، چون آن‌ها یکدیگر را می‌خورند.

بنابراین، با وجود اینکه می‌دانیم این ماده چقدر فوق‌العاده است، هنوز راهی برای تولید انبوه و اقتصادی آن پیدا نکرده‌ایم. دانشمندان در حال حاضر سعی دارند با روش‌های بیوتکنولوژی، دستور ساخت این تار را به موجودات دیگر بیاموزند تا شاید در آینده بتوان از آن استفاده کرد.

در حال حاضر، هیچ جلیقه ضدگلوله‌ای در بازار با استفاده از تار عنکبوت واقعی ساخته نشده است.

فناوری جلیقه‌های ضدگلوله یک حوزه پویا و میان‌رشته‌ای است که بر ترکیبی هوشمندانه از مواد مختلف برای مدیریت انرژی ضربه استوار است.

از الیاف نرم برای جذب انرژی پرتابه‌های کم‌سرعت گرفته تا صفحات سرامیکی برای شکستن پرتابه‌های پرقدرت، هر جزء نقشی حیاتی در سیستم حفاظت ایفا می‌کند.

در حالی که مواد شگفت‌انگیزی مانند تار عنکبوت پتانسیل‌های تئوریک بالایی دارند، چالش‌های تولید انبوه، همچنان مواد اثبات‌شده‌ای مانند کولار و داینیما را به عنوان ستون فقرات این صنعت حفظ کرده است. آینده این حوزه به سمت توسعه مواد کامپوزیتی سبک‌تر، منعطف‌تر و مقاوم‌تر با الهام از طبیعت و پیشرفت‌های علم نانو در حرکت است.

منبع: فارس