Ứng dụng nhựa PE cao phân tử làm áo chống đạn

LỊCH SỬ VỀ ÁO CHỐNG ĐẠN

Áo chống đạn thời đầu chủ yếu được làm từ poly-paraphenylene terephthalamide – hay còn được biết đến dưới cái tên Kevlar. Nó được phát minh bởi Stephanie Kwolek, nhà hóa học làm việc cho công ty [sản xuất chất hóa học của Mỹ] DuPont vào đầu những năm 1960.

Lúc bấy giờ, DuPont đã phát minh ra chất liệu Nylon, Spandex và đang săn lùng thế hệ sợi hiệu xuất cao tiếp theo. Các loại sợi tổng hợp được tạo ra bởi các polymer – các phân tử lớn được tạo ra từ nhiều đơn vị con lặp lại tạo thành chuỗi phân tử.

Ví dụ, Nylon là một polymer được làm từ hợp chất hữu cơ hexamethylenediamine (C6H16N2) và axit adipic (C6H10O4), một thành phần thường được tìm thấy trong thạch Jell-O.

Trong khi đó, Kevlar được làm từ các phân tử para-phenylenediamine (C6H8N2) thường được sử dụng trong các chất chống oxy hóa và thuốc nhuộm, và chất terephthaloyl clorua (C8H4Cl2O2)

Những gì Kwolek phát hiện ra cuối cùng trở thành hợp chất Kevlar và được ứng dụng ở lốp xe, thuyền buồm đua và áo chống đạn.

Áo chống đạn ngày nay được làm từ sợi polyetylen (PE) - một loại nhựa polymer phổ biến được tìm thấy ở hầu hết các thứ chúng ta đang sử dụng: túi đựng hàng tạp hóa, đồ chơi, thùng rác bằng nhựa, v.v. Các sợi PE được dệt thành từng lớp để tạo thành phần ruột của chiếc áo bảo vệ và có chi phí rẻ hơn, bền hơn so với Kevlar.

Năm 1989, công ty hàng không, kỹ thuật và ô tô AlliedSignal đã phát triển một đối thủ cạnh tranh với chất liệu Kevlar được gọi là Spectra Shield. Đây là một vật liệu tổng hợp sợi polyetylen có trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE). Ban đầu chúng được sử dụng cho vải buồm, giờ đây các sợi PE này được dùng làm vật liệu không dệt nhẹ nhưng chắc chắn hơn cho áo chống đạn, song song với các vật liệu Kevlar truyền thống.

CÁC LOẠI ÁO CHỐNG ĐẠN

Theo Tom Nardone, chủ tịch và người sáng lập nhà máy sản xuất áo chống đạn BulletSafe, các lớp bên trong áo được thiết kế để giảm vận tốc của viên đạn xuống dưới tốc độ siêu thanh, cho phép các sợi vải có thời gian phản ứng và phát huy sức cản với viên đạn.

Áo chống đạn có càng nhiều lớp hoặc mật độ dệt của các lớp càng dày thì các sợi càng bền chắc và càng có khả năng ngăn chặn đạn cao. Độ bền sợi là thước đo sức mạnh và cho biết chúng sẽ dẻo dai bao nhiêu trước khi đứt.

Hầu hết các khẩu súng ngắn bắn đạn với vận tốc cao hơn tốc độ âm thanh một chút. Một viên đạn từ một khẩu súng 9mm di chuyển với tốc độ khoảng 380 m/giây, nhanh hơn 50 m/giây so với tốc độ âm thanh. Những viên đạn từ súng bắn đạn hoa cải / đạn ghém bay chậm hơn. Một chiếc áo chống đạn tốt không khó để giảm được vận tốc của viên đạn 9mm hoặc đạn hoa cải / đạn ghém xuống tới ngưỡng các sợi có thể phát huy sức cản của nó.

Tuy nhiên, đạn súng trường lại là một vấn đề hoàn toàn khác. Tùy thuộc vào loại hạt thuốc nổ và chất lượng của thuốc nổ, một viên đạn được bắn ra từ khẩu súng AR-15 có tốc độ tầm 1.005m/giây, gần gấp 3 lần tốc độ âm thanh, do đó áo chống đạn đòi hỏi mật độ sợi đạn đạo lớn hơn rất nhiều để ngăn viên đạn.

"Các loại áo chống đạn siêu thanh sẽ cần các tấm chắn để phá vỡ viên đạn thành từng mảnh", Nardone cho biết. Do đó hầu hết áo chống đạn súng trường đều được gia cố bởi các tấm chắn làm từ gốm sứ và PE để phá vỡ viên đạn thành từng mảnh và giữ nó lại.

Chất liệu của áo chống đạn cũng dễ bị hỏng vì nhiều lý do. Chẳng hạn, Kevlar sẽ bị xuống cấp khi tiếp xúc với muối mặn như từ mồ hôi. Một người mặc chiếc áo Kevlar càng nhiều năm thì càng có khả năng áo bị mất tác dung. Áo làm từ PE cũng sẽ bị hỏng theo thời gian khi tiếp xúc với tia cực tím.

Nardone nói: "Áo chống đạn có tuổi thọ 5 năm. Đôi khi, người ta mua những chiếc áo chống đạn cũ, đã qua sử dụng, chủ yếu là áo của cảnh sát từ thời mà mức độ bảo vệ họ chưa cao như bây giờ.”

(Theo KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN)