Tecnologia de defensa: estudi experimental de les capacitats antibales de Kevlar, de diferents pesos i nombre de capes, amb projectils de 9 mm

2.1.Gel balístic

El gel balístic es va fer amb gelatina sense sabor.La densitat i consistència del gel han de ser les mateixes que les utilitzades per l'Oficina Federal d'Investigacions (FBI).Per aconseguir la mateixa consistència, les instruccions que es donen a la Ref.[30] es van seguir i s'ha provat amb els estàndards descrits a la ref.[31].

Es barregen 8 tasses (250 ml) de gelatina en pols sense gust (uns 1,25 kg) amb 8 L d'aigua (1 part de gelatina per cada 4 parts d'aigua) fins que es dissol tota la pols.Després d'abocar la solució als recipients (es van utilitzar recipients de 2 × 5 L per a la barreja anterior), es van abocar 5 gotes d'oli essencial (oli essencial de fulla de canyella) sobre la solució i s'hi van remenar suaument.El motiu de l'oli essencial és permetre que les bombolles de la solució es dissipen i donar al gel balístic una olor millorada.La solució es posa en els recipients col·locats a la nevera.El gel balístic estava llest per utilitzar-se 36 hores després de la seva fabricació i després es va embolicar amb un embolcall de cel·lofana.Hi ha disponible un vídeo que mostra els detalls per fer el gel balístichttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

La densitat del gel balístic es va calcular com a 996 km/m3(99,6% de la densitat de l'aigua).La densitat mitjana de sang, greix i músculs humans [32], que és la consistència de la carn humana, és de 1004 kg/m3.Una diferència del 0,8% en les densitats es considera acceptable perquè el gel balístic reprodueixi la carn d'un cos humà.

2.2.Kevlar mostres

En les proves es van utilitzar tres pesos de teixit Kevlar, a saber, 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Com que el Kevlar es pot utilitzar com a material teixit, la resistència més alta del material es podria utilitzar en una orientació de 0 a 90.Les mostres es van apilar amb una orientació -45/+45 (quasi-isòtropa) que absorbeix més energia a l'impacte que 0-90 orientacions apilades les unes sobre les altres.33].Les mostres que es van utilitzar en les proves es van fer en múltiples de 3 capes on cada mostra es va posar en capes de l'ordre de 90/±45/90.Quan es van col·locar dues o tres mostres una sobre l'altra, es va fer de manera que l'última capa d'una mostra es col·locava a 45 ° amb la següent capa de la següent mostra.

Les làmines de Kevlar es van dividir i es van tallar en fulls de mida A4 per preparar-los per unir-los amb la resina epoxi i l'enduridor recomanats.Les mostres es van deixar assecar.Les mostres es van tallar després que la resina s'hagués fixat i es van cargolar entre si i es van col·locar en posició per a la realització de les proves.

Les proves balístiques es van dur a terme amb dos tipus diferents de munició, és a dir, jaqueta metàl·lica completa (FMJ) i punt buit jacketed (JHP) del calibre Parabellum de 9 mm (P o Para per abreujar).El mètode utilitzat per provar les mostres es descriu a continuació:

• 1)

• Es va instal·lar un cronògraf d'arma de foc per mesurar la velocitat de les bales.El cronògraf es va col·locar a 2 m de la boca de les armes de foc per evitar que la flama de la boca no doni lectures inexactes.

• 2)

• Es va realitzar una prova de referència per determinar la velocitat de la bala directament al gel balístic.L'equació d'energia cinètica
  E=(1/2)mv2

  es va utilitzar per determinar l'energia i la distància de penetració al gel balístic.

• 3)

• ElKevlarDesprés es van col·locar mostres davant del gel balístic i aquest es va col·locar a 1 m de distància del cronògraf.El motiu de la distància d'1 m és replicar el pitjor dels casos en què una persona o objecte és disparat a poca distància.

• 4)

• La mostra es va disparar amb el projectil passant pel cronògraf per determinar la seva velocitat inicial.Després d'això, la mostra es penetra i el projectil s'allotja al gel balístic.Les velocitats de les proves es van utilitzar per obtenir unvelocitat mitjanalectura que es va utilitzar per actualitzar els valors del pas 2.

• 5)

• Es va mesurar i registrar la distància de penetració al gel balístic.

• 6)

• El pas 2 es va repetir per a cada tipus de munició utilitzat en les proves.Es va repetir el pas 3 al pas 5 per a cada mostra de Kevlar.Es va repetir una prova amb munició específica si el projectil no viatjava recte dins del gel balístic, o si penetrava la mostra de Kevlar en una zona que es considerava no estructuralment sòlida.

Amb les mostres de 3 capes, els projectils Parabellum FMJ de 9 mm van viatjar una mica menys en comparació amb el cas sense Kevlar.Els projectils de punta buida van viatjar més lluny en comparació amb el cas sense Kevlar.El projectil Parabellum de 9 mm (número 4) no es va deformar gaire, però la jaqueta de llautó va començar a arrencar el projectil.

Les proves que es van realitzar amb 6 capes de Kevlar de 160 GSM van indicar que els projectils de punt buit Parabellum de 9 mm van anar més enllà en comparació amb les proves de penetració de no Kevlar amb el projectil número 4 que anava gairebé a la mateixa distància que un projectil FMJ.

Amb les 9 capes de Kevlar de 160 GSM, les distàncies corresponents recorregudes pels projectils al gel van mostrar que els projectils números 1, 3 i 4 van anar més enllà després de passar per les 9 capes de Kevlar de 160 GSM, en comparació amb els projectils disparats a la balística. gel (sense Kevlar).

Les proves realitzades amb 12 capes de Kevlar de 160 GSM mostren que tots els projectils mostren una tendència decreixent de profunditat de penetració en comparació amb les 9 capes.

Com es veu aFig. 3, les profunditats de penetració dels projectils fluctuen amb la profunditat a mesura que augmenta el nombre de capes, però s'observa una disminució de 9 a 12 capes en tots els casos.Es va observar que els projectils de punt buit van penetrar a les capes de Kevlar i en el procés el punt buit es va bloquejar amb el material de Kevlar.Un cop aquests projectils de punt buit arriben al gel balístic, funcionen de la mateixa manera que un projectil FMJ.A causa del motiu esmentat anteriorment amb les mostres de Kevlar utilitzades, els projectils van penetrar més en el gel balístic en comparació amb les proves realitzades sense Kevlar.Només una vegada que es van penetrar capes suficients de Kevlar per absorbir l'energia suficient, el projectil va mostrar les característiques d'una penetració reduïda al gel balístic.Aquesta característica es va observar en les altres proves, amb els diferents pesos Kevlar tal com es presenta en aquest article.

3.4.200 GSMKevlar

Les proves de Kevlar de 200 GSM es van realitzar amb mostres de 3, 6, 9, 12 i 15 capes.Com que el Kevlar de 200 GSM s'utilitza habitualment per a armilles antibales, es va decidir realitzar proves amb 15 capes.Els resultats de la penetració en el gel balístic es mostren aFig. 4.

Les proves realitzades amb 3 capes de Kevlar de 200 GSM mostren que els projectils Parabellum FMJ de 9 mm van passar pel gel balístic i les distàncies que van recórrer en comparació amb el cas sense Kevlar no es van reduir.Els projectils de punta buida Parabellum de 9 mm van sortir com s'esperava, i el projectil Parabellum de 9 mm número 4 tenia la jaqueta de llautó albergada al gel balístic, però el projectil de plom va continuar i es va aturar tal com es va registrar aFig. 4.

Amb 6 capes de Kevlar de 200 GSM, es va observar que la distància de penetració del projectil 1 al gel balístic va disminuir mentre que els projectils 2, 3 i 4 van anar més enllà del gel balístic en comparació amb el cas sense Kevlar.

Les proves realitzades amb 9 capes de Kevlar de 200 GSM mostren que el projectil número 2 va viatjar més al gel balístic en comparació amb el cas sense Kevlar.Es va observar que els projectils 3 i 4 tenien Kevlar bloquejat en el punt buit que evitava que es produís bolets.Els projectils 3 i 4 van viatjar més al gel balístic després de penetrar 9 capes de Kevlar de 200 GSM en comparació amb el cas sense Kevlar.

Amb les proves realitzades amb 12 capes de Kevlar de 200 GSM, es va observar que els projectils Parabellum FMJ de 9 mm, número 1 i 2, tenien un cap més pla després de penetrar.El projectil número 4, tot i que no va créixer gaire amb la punta buida bloquejada amb Kevlar, es va aplanar més al cap.El projectil número 3 no va donar gaire bolets, però hi havia indicis de la punta del cap deformada.

Les proves realitzades amb 15 capes de Kevlar de 200 GSM, tenien ambdós projectils FMJ que indicaven signes de proliferació.Els projectils números 1 i 2 mostren una disminució de la profunditat de penetració al gel balístic en comparació amb el cas sense Kevlar.En el cas present, els projectils 3 i 4 van ser aturats per les capes de Kevlar.

Com es veu aFig. 4, quan es consideren les mitjanes entre els punts, sembla indicar que es produeix un gradient lineal de penetració decreixent al gel balístic, un cop s'ha assolit un pic d'aproximadament 6 capes de Kevlar de 200 GSM.El Kevlar de 200 GSM està mostrant un millor rendiment en comparació amb el Kevlar de 160 GSM, com s'esperava.A 15 capes del Kevlar de 200 GSM, s'han aturat els projectils número 3 i 4, però no els projectils número 1 i 2. Seguint el gradient mitjà, s'estima que els projectils número 1 i 2 s'aturaran utilitzant possiblement 18 i 21 capes de Kevlar de 200 GSM, respectivament.

• Les proves de Kevlar de 400 GSM es van realitzar utilitzant mostres de 3, 6, 9 i 12 capes, tal com indiquen els resultats mostrats aFig. 5.

4. Anàlisi i discussió de resultats

Fig. 6mostra la comparació de les profunditats de penetració de diferents projectils en 3 capes de Kevlar de 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM.Com es veu aFig. 6, amb els projectils de punta buida Parabellum de 9 mm, 3 capes de Kevlar de 200 GSM van aturar els projectils a la distància més curta.3 capes de Kevlar de 400 GSM i 160 GSM van aturar més els projectils 1 i 2, respectivament.

Fig. 7,Fig. 9indiquen que no hi ha característiques similars amb projectils diferents per a dos nombres diferents de capes de GSM similars.Un exemple són 12 capes de Kevlar de 200 GSM i 6 capes de Kevlar de 400 GSM.Ambdues mostres tenen un total de 2400 GSM Kevlar cadascuna.Quan es comparen aquestes dues mostres diferents, no disminueixen la distància dels projectils en una quantitat similar.Es poden observar correlacions i conclusions similars a partir de 3 capes de 400 GSM Kevlar i 6 capes de 200 GSM Kevlar.Cadascun d'aquests casos té mostres de 1200 GSM, però no tenen característiques similars en els resultats.

Corbes mitjanes dels projectils 1 i 2, mostrades aFig. 4, indiquen que els projectils s'aturarien amb 6 i 7 múltiples de 3 capes de Kevlar de 200 GSM, respectivament (és a dir, 18 i 21 capes de Kevlar de 200 GSM).Hi ha una tendència que aproximadament duplica el nombre de capes de Kevlar que es necessiten, en comparació amb el Kevlar danyat real per aturar els projectils.Amb 18 i 21 capes de Kevlar de 200 GSM, els projectils 1 i 2 s'aturaran en aproximadament 9 i 10 capes de Kevlar.Aquest nombre de capes es correlaciona amb el nombre de capes de Kevlar que contenen les armilles antibales només de Kevlar disponibles comercialment.

Alguns articles per a la vostra referència:

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-vip-police-concealable-light-weight.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/high-quality-military-use-tactical-armour.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-ballistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/bulletproof-vest-fdy3r-sk15.html

Vídeos per a la vostra referència:

https://www.youtube.com/watch?v=Zc-HYAXSaqs

https://www.youtube.com/watch?v=YtBaebU7CTw

5. Conclusions

Comparacions de 160 GSM, 200 GSM i 400 GSMKevlarsota impacte balístic s'han realitzat amb les proves balístiques realitzades amb munició Parabellum de 9 mm i amb diferent nombre de capes de Kevlar.Es va observar que unes quantes capes de Kevlar no són efectives per aturar els projectils, sinó que força els projectils a viatjar més al gel balístic.Només un cop augmentat el nombre de capes, es va observar la disminució de la penetració del projectil al gel balístic.La raó d'aquest pic de penetració, especialment amb els projectils de punt buit, es va deure a que el forat s'omplia amb material Kevlar i el feia funcionar com un projectil FMJ.Es van observar gradients negatius mitjans similars entre els projectils FMJ i de punt buit, un cop assolit el pic.

Resumint les aportacions d'aquest article, es pot concloure:

• 1)

• Es va investigar l'eficàcia de diferents capes de graus de Kevlar de 160 GSM, 200 GSM i 400 GSM amb capes de gel balístic, i es va trobar que Kevlar de 200 GSM era més eficaç per aturar un projectil Parabellum de 9 mm.

• 2)

• Es va trobar que no hi ha una relació lineal entre dos tipus diferents de Kevlar amb diferents pesos (com ara 200 GSM i 400 GSM Kevlar), en capes de tal manera que tinguin el mateix pes combinat.

• 3)

• Es van provar quatre tipus diferents de munició Parabellum de 9 mm i es van identificar les seves profunditats de penetració al gel balístic per a diferents capes de Kevlar.

• 4)

• Es va avaluar que per a una munició Parabellum de 9 mm, que s'utilitza més habitualment a tot el món, es requereixen 21 capes de Kevlar de 200 GSM com a mínim per aturar el projectil.Es suggereix que, com a mesura de seguretat, s'inclogui un factor de seguretat addicional, ja que la penetració també depèn del perfil del projectil.

A partir dels resultats presentats anteriorment per a les característiques de les capes de Kevlar de diferent pes, s'espera que aquestes característiques es puguin utilitzar per desenvolupar i dissenyar armilles antibales segures i efectives.

La tendència general que es necessita duplicar la quantitat de capes de Kevlar en comparació amb la quantitat real de capes danyades, valdria la pena explorar-la en investigacions posteriors amb diferents municions.Les investigacions futures també podrien indicar l'efecte de penetració que tenen els projectils i municions de calibre més petit sobre el Kevlar en comparació amb la munició Para de 9 mm.De la mateixa manera, les investigacions futures podran identificar com les diferents municions i projectils penetren Kevlar de 200 GSM, com ara el Kevlar utilitzat només en armilles antibales.Amb les característiques observades amb els projectils de punta buida penetrant més profundament en el gel balístic, després de bloquejar la punta buida amb Kevlar, futures investigacions permetrien identificar si s'experimentaria un efecte similar en un escenari on el projectil penetrés en la roba, abans de penetrar en la carn. .

Agraïments

La investigació ha estat parcialment finançada per laFundació Nacional de Recerca.Les empreses i persones següents són reconegudes per la seva assistència, orientació i ús de les seves instal·lacions, per ordre alfabètic: Borrie Bornman, John Evans, Centre d'avaluació i formació de competències en armes de foc (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Traficant d'armes de foc i armer;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), River Valley Farm & Nature Reserve (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David i Natasha Robert, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Southern Sky Operations (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis i Leonie Stopforth.Cal assenyalar que les opinions dels autors d'aquest article no són necessàriament les opinions de les empreses, organitzacions i persones esmentades anteriorment.Els autors no van rebre cap benefici econòmic per les proves realitzades.