การพัฒนาหมวกกันกระสุนน้ำหนักเบาจากพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทจากเมทริกซ์ประเภทเบนซอกซาซีนอัลลอยด์เสริมแรงด้วยเส้นใยสมรรถนะสูง

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาวัสดุจากพอลิเมอร์นาโนคอมพอสิทจากเมทริกซ์ประเภทพอลิเบนซอกซาซีนอัลลอยด์ร่วมกับพอลิยูรีเทน ในอัตราส่วน 80/20 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ตามลำดับ เสริมแรงด้วยเส้นใยอะรามิด สำหรับผลิตเป็นหมวกกันกระสุน โดยศึกษาปริมาณการเติมอนุภาคคาร์บอนนาโนทิวบ์ชนิดผนังหลายชั้น (Multi-walled carbon nanotubes, MWCNT) ที่ 0.0, 0.25, 0.50, 1.0 และ 2.0 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ต่อสมบัติทางกลของวัสดุ พบว่าการเติมอนุภาค MWCNT ส่งผลต่อสมบัติทางกลของวัสดุ โดยชิ้นงานที่ไม่เติมอนุภาค MWCNT มีค่าความแข็งแรงภายใต้แรงดึง และพลังงาน ณ จุดขาดเท่ากับ 428±40.6 MPa และ 20.8±2.8 J ตามลำดับ เมื่อเติมอนุภาค MWCNT ที่ 0.25 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก พบว่าค่าความแข็งแรงภายใต้แรงดึง และพลังงาน ณ จุดขาด สูงขึ้น เท่ากับ 507±31.4 MPa และ 28.1±0.8 J ตามลำดับ เมื่อนำวัสดุพอลิเมอร์คอมพอสิทที่ปริมาณการเติม MWCNT 0.25 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก มาขึ้นรูปเป็นแผ่นกันกระสุนที่จำนวนชั้นเส้นใยอะรามิดที่ 10, 15 และ 20 ชั้น ทดสอบด้วย กระสุนขนาด 9 มม. ตามมาตรฐาน NIJ-0106.01 พบว่าสามารถป้องกันการเจาะทะลุได้ที่ทุกจำนวนชั้นเส้นใยอะรามิด โดยที่ 20 ชั้นเส้นใยอะรามิดมีประสิทธิภาพในการป้องกันแรงปะทะทางขีปนะดีที่สุด จึงนำลักษณะการเสียรูปของแผ่นเกราะดังกล่าวมาจำลองแรงปะทะทางขีปนะด้วยโปรแกรม ANSYS-AUTODYN เพื่อหาสมบัติของวัสดุ (Material properties) ทั้งสามแนวแกนหลัก พบว่าการจำลองด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์และจากวิธีการทดลองมีความคลาดเคลื่อนเพียง 10.23 เปอร์เซ็นต์ เมื่อนำสมบัติวัสดุที่ได้มาจำลองเป็นหมวกกันกระสุน พบว่า หมวกกันกระสุนสามารถต้านทานการเจาะทะลุด้วยกระสุน 9 มม. ที่ความเร็ว 358 เมตรต่อวินาที (NIJ-0106.01 ระดับที่ 2) ได้ และมีรอยยุบตัวที่เกิดขึ้นไม่เกินค่าที่กำหนดไว้ดังมาตรฐาน NIJ-0106.01 ที่ทุกตำแหน่งทดสอบ พร้อมทั้งหมวกกันกระสุนมีขีดจำกัดทางขีปนะเท่ากับ 632 เมตรต่อวินาที เมื่อทดสอบด้วยกระสุนจำลองสะเก็ดระเบิด