Jak powstają i działają szyby kuloodporne?

szyba

Na pierwszy rzut oka, kuloodporna szyba wygląda identycznie jak zwykła tafla szkła. Jednak na tym podobieństwa się kończą. Zwykły kawałek szkła trafiony pojedynczym pociskiem pęka i rozpada się. Szkło kuloodporne jest skonstruowane tak, aby zatrzymać jedną kulę lub ich serię, w zależności od grubości szkła i rodzaju pocisku. Co więc sprawia, że posiada ona takie zdolności?

Pierwsze szyby kuloodporne stosowane były już w czasach drugiej wojny światowej. Obecnie producenci wytwarzają różne odmiany kuloodpornych szyb. Podstawowym typem są szyby, które między płytami zwykłego szkła zawierają folię z poliwęglanu (ang. PC – polycarbonate). Produkcja takich szyb odbywa się w procesie laminowania. Szereg warstw szkła poprzekładanych warstwami z poliwęglanu, połączonych za pomocą spoiwa tworzy kompozyt, który nieraz uratował ludzkie życie.

szyba_2

Kuloodporna szyba, składa się z warstw folii z tworzywa sztucznego – np. poliwęglanu (kolor czarny) i warstw szkła (kolor żółty). Kompozyt ma budowę przekładkową.

Wytwarzanie kuloodpornego szkła w procesie przemysłowym składa się z wielu etapów. Najpierw hartowane płyty szkła są cięte według zadanych wymiarów. Hartowane szkło ma taki sam skład chemiczny jak zwykłe, ale dodatkowo zostało poddane obróbce cieplnej (podgrzewanie i ochładzanie). Dzięki temu zwiększa się jego wytrzymałość mechaniczna i odporność termiczna. Ponadto, ten rodzaj szkła (stosowany także w zwykłych szybach samochodowych) rozpada się na drobne okruchy, a nie igły, przez co jest bezpieczniejsze. Zwiększona twardość hartowanego szkła powoduje spłaszczenie pocisku podczas jego uderzenia w szybę. Kolejnym elementem jest przygotowanie przezroczystej folii poliwęglanowej. Poliwęglan jest stosowany wszędzie tam, gdzie potrzebne jest transparentne tworzywo o wyjątkowo dobrych parametrach mechanicznych. Sztuczne tworzywo zapewnia również odpowiednią odporność szyb na uderzenia młotków, siekier, kijów, łomów. Kompozyt poliwęglanu i hartowanego szkła łączy właściwości obu składników. Wystrzelona kula ulega spłaszczeniu na warstwach hartowanego szkła, ale przez nie przenika. Polimerowy materiał – poliwęglan absorbuje (pochłania) energię pocisku i zatrzymuje go przed wyjściem z ostatniej warstwy. Ważnym aspektem jest właściwe zespolenie poszczególnych warstw, aby tworzyły jednolity materiał. Stosowane są do tego kleje poliwinylobutyralenowe (PVB) lub poliuretanowe (PU). Kuloodporne szyby w zależności od zastosowań mają od 2 do 7,5 cm końcowej grubości.

Zdolność do zatrzymania pocisku zależy od grubości szkła. Potrzeba grubszej szyby, aby zatrzymać kulę z karabinu maszynowego, która ulega zderzeniu ze szkłem z dużo większą siłą i prędkością niż kula z pistoletu.

Postępy w produkcji doprowadziły do powstania jednokierunkowych szyb kuloodpornych. Takie szyby stosowane są w wozach opancerzonych używanych do transportu pieniędzy, cennych przedmiotów i więźniów. Chronią przed stosunkowo niedużym ostrzałem z zewnątrz, umożliwiając jednocześnie „prowadzenie ognia” z wnętrza samochodu. Jednokierunkowa szyba składa się zazwyczaj z dwóch warstw – kruchej na zewnątrz i elastycznej od „bezpiecznej” strony. Pocisk wystrzelony z zewnątrz zderza się z pierwszą, kruchą warstwę niszcząc jej powierzchnię. Powoduje to gwałtowne zaabsorbowanie energii kinetycznej pocisku i jej rozprzestrzenienie na większej powierzchni. Spowolniona kula zatrzymywana jest wtedy na warstwie elastycznej. Pocisk wystrzelony od „wewnątrz” najpierw uderza w elastyczną warstwę przebijając ją, a następnie rozbija kruchą warstwę, która nie stanowi już dla niego utrudnienia. Jednak szyby „one-way” są dalekie od perfekcyjnej ochrony. Przedstawiono dowody, że pocisk wystrzelony z niedużej odległości może przebić się przez obie warstwy szyby.

Na działanie szyb kuloodpornych mogą mieć wpływ czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie UV, temperatura i czas ekspozycji na niektóre rozpuszczalniki. Szczególnie narażony jest poliwęglan – amorficzny (bezpostaciowy) polimer, którego właściwości struktury sprawiają, że jest przezroczysty. Temperatura poniżej 0°C powoduje tworzenie się małych odprysków, które rozkładają poliwęglan. Niekorzystny wpływ na odsłoniętą warstwę poliwęglanu ma także promieniowanie UV. Dopóki jednak znajduje się ona pod warstwą szkła, jest w pełni chroniona.

Naukowcy z U.S Army pracują nad nową klasą przezroczystego pancerza z tlenoazotku glinu (nazwa handlowa: Alon). Jest przezroczysty, dużo lżejszy i posiada lepsze właściwości wytrzymałościowe niż tradycyjne laminowane szkło kuloodporne. Testy balistyczne wykazały, że płyta z tlenoazotku glinu o grubości 1,6″ (4,06 cm) jest w stanie zatrzymać pocisk kalibru 0,5″ (1,27 cm). Dla porównania, kuloodporna szyba o grubości 3,7″ (9,40 cm) zawiodła, gdyż została przebita.

Szyby pancerne oprócz głównej zalety – kuloodporności, zaliczane są także do wyrobów o zwiększonej odporności na włamanie. W pierwszej kolejności mają chronić ludzkie życie i wartościowe przedmioty, które za nimi się znajdują. Szyby kuloodporne znajdują zastosowanie w budynkach administracji państwowej, w budynkach zagrożonych napadami rabunkowymi, w więzieniach, w centralach telefonicznych i komputerowych oraz jako szyby samochodowe w pojazdach cywilnych i wojskowych.

Źródło:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Bulletproof_glass | 28.10.2013
[2] http://usarmorllc.com/ | 28.10.2013
[3] http://www.a-read.com/bullet-resistant-glass/ | 28.10.2013
[4] http://www.glassviewnews.com/manuals/details.php?id=54 | 28.10.2013
[5] http://www.tssbulletproof.com/one-way-ballistic-glass/ | 28.10.2013
[6] Bulletproof by Vince Alongi, flickr.com, CC By 2.0
[7] Rough visualisation of bulletproof glass, Public domain, Wikimedia Commons

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *