Tecnología de defensa: estudio experimental de las capacidades a prueba de balas del Kevlar, de diferentes pesos y número de capas, con proyectiles de 9 mm.

2.1. gel balístico

El gel balístico se fabricó a partir de gelatina sin sabor. La densidad y consistencia del gel deben ser las mismas que las utilizadas por la Oficina Federal de Investigaciones (FBI). Para lograr la misma consistencia, las instrucciones dadas en Ref. [30] fueron seguidos y se ha probado según los estándares descritos en la Ref. [31].

Se mezclan 8 tazas (250 ml) de gelatina en polvo sin sabor (aproximadamente 1,25 kg) con 8 L de agua (1 parte de gelatina por cada 4 partes de agua) hasta que se disuelva todo el polvo. Después de verter la solución en los recipientes (se usaron recipientes de 2 x 5 L para la mezcla anterior), se vertieron 5 gotas de aceite esencial (aceite esencial de hoja de canela) sobre la solución y se agitaron suavemente. El motivo del aceite esencial es permitir que las burbujas de la solución se disipen y darle al gel balístico un olor mejorado. La solución se coloca en recipientes colocados en el frigorífico. El gel balístico estuvo listo para ser utilizado 36 h después de su elaboración y luego se envolvió en papel celofán. Un vídeo que muestra los detalles para fabricar el gel balístico está disponible enhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

La densidad del gel balístico se calculó en 996 km/m.3(99,6% de la densidad del agua). La densidad media de la sangre, la grasa y los músculos humanos [32], que es la consistencia de la carne humana, es de 1004 kg/m3. Se considera aceptable una diferencia del 0,8% en las densidades para que el gel balístico reproduzca la carne de un cuerpo humano.

2.2.kevlar muestras

En las pruebas se utilizaron tres pesos de tejido Kevlar: 160 GSM, 200 GSM y 400 GSM. Dado que Kevlar se puede utilizar como material tejido, la mayor resistencia del material podría utilizarse en una orientación de 0 a 90. Las muestras se apilaron con una orientación −45/+45 (cuasi-isotrópica) que absorbe más energía en el impacto que las orientaciones 0-90 apiladas una sobre otra.33]. Las muestras que se usaron en las pruebas se hicieron en múltiplos de 3 capas donde cada muestra se estratificó en el orden de 90/±45/90. Cuando se colocaron dos o tres muestras una encima de la otra, se hizo de manera que la última capa de una muestra se colocara a 45° con respecto a la siguiente capa de la siguiente muestra.

Las láminas de Kevlar se dividieron y cortaron en láminas de tamaño A4 para prepararlas para unirlas utilizando la resina epoxi y el endurecedor recomendados. Las muestras se dejaron secar. Las muestras se cortaron después de que la resina se hubo endurecido y se atornillaron entre sí y se colocaron en posición para realizar las pruebas.

Las pruebas balísticas se llevaron a cabo utilizando dos tipos diferentes de munición: con camisa metálica (FMJ) y con punta hueca con camisa (JHP) del calibre Parabellum de 9 mm (P o Para para abreviar). El método utilizado para analizar las muestras se describe a continuación:

• 1)

• Se instaló un cronógrafo de arma de fuego para medir la velocidad de las balas. El cronógrafo se colocó a 2 m de la boca de las armas de fuego para evitar que la llama de la boca diera lecturas inexactas.

• 2)

• Se realizó una prueba de referencia para determinar la velocidad de la bala directamente en el gel balístico. La ecuación de la energía cinética.
  E=(1/2)mv2

  se utilizó para determinar la energía y la distancia de penetración en el gel balístico.

• 3)

• ElkevlarLuego se colocaron las muestras frente al gel balístico y este se colocó a 1 m de distancia del cronógrafo. El motivo de la distancia de 1 m es replicar el peor de los casos en el que se dispara a una persona u objeto a corta distancia.

• 4)

• La muestra fue disparada con el proyectil pasando por el cronógrafo para determinar su velocidad inicial. Después de esto, se penetra la muestra y el proyectil se aloja en el gel balístico. Las velocidades de las pruebas se utilizaron para obtener unavelocidad promediolectura que se utilizó para actualizar los valores en el paso 2.

• 5)

• Se midió y registró la distancia de penetración en el gel balístico.

• 6)

• El paso 2 se repitió para cada tipo de munición utilizada en las pruebas. Se repitieron los pasos 3 a 5 para cada muestra de Kevlar. Se repitió una prueba con munición específica si el proyectil no viajaba recto dentro del gel balístico o si penetraba la muestra de Kevlar en una zona que se consideraba no estructuralmente sólida.

Con las muestras de 3 capas, los proyectiles Parabellum FMJ de 9 mm viajaron un poco menos en comparación con el caso sin Kevlar. Los proyectiles de punta hueca viajaron más lejos en comparación con el caso sin Kevlar. El proyectil Parabellum de 9 mm (número 4) no se deformó mucho, pero la camisa de latón comenzó a arrancarse del proyectil.

Las pruebas que se realizaron con 6 capas de Kevlar 160 GSM indicaron que los proyectiles de punta hueca Parabellum de 9 mm llegaron más lejos en comparación con las pruebas de penetración sin Kevlar, con el proyectil número 4 recorriendo casi la misma distancia que el de un proyectil FMJ.

Con las 9 capas de Kevlar de 160 GSM, las distancias correspondientes recorridas por los proyectiles en el gel mostraron que los proyectiles números 1, 3 y 4 llegaron más lejos después de atravesar las 9 capas de Kevlar de 160 GSM, en comparación con los proyectiles disparados en el balístico. gel (sin Kevlar).

Las pruebas realizadas con 12 capas de Kevlar 160 GSM muestran que todos los proyectiles muestran una tendencia decreciente en la profundidad de penetración en comparación con 9 capas.

Como se ve enfigura 3, las profundidades de penetración de los proyectiles fluctúan con la profundidad a medida que aumenta el número de capas, aunque en todos los casos se observa una disminución de 9 a 12 capas. Se observó que los proyectiles de punta hueca penetraron las capas de Kevlar y en el proceso la punta hueca fue bloqueada con el material de Kevlar. Una vez que estos proyectiles de punta hueca alcanzan el gel balístico, funcionan de la misma manera que un proyectil FMJ. Debido a la razón mencionada anteriormente, con las muestras de Kevlar utilizadas, los proyectiles penetraron más en el gel balístico en comparación con las pruebas realizadas sin Kevlar. Sólo una vez que se habían penetrado suficientes capas de Kevlar para absorber suficiente energía, el proyectil mostró características de una menor penetración en el gel balístico. Esta característica se observó en las otras pruebas, con los diferentes pesos de Kevlar como se presenta en este artículo.

3.4. 200 G/Mkevlar

Las pruebas de Kevlar 200 GSM se realizaron con muestras de 3, 6, 9, 12 y 15 capas. Dado que el Kevlar 200 GSM se utiliza habitualmente para los chalecos antibalas, se decidió realizar pruebas con 15 capas. Los resultados de la penetración en el gel balístico se muestran enFigura 4.

Las pruebas realizadas con 3 capas de Kevlar 200 GSM muestran que los proyectiles Parabellum FMJ de 9 mm atravesaron el gel balístico y las distancias recorridas en comparación con los proyectiles sin Kevlar no se redujeron. Los proyectiles de punta hueca Parabellum de 9 mm se multiplicaron como se esperaba, y el proyectil Parabellum número 4 de 9 mm tenía la camisa de latón alojada en el gel balístico, pero el proyectil de plomo continuó y se detuvo como se registra enFigura 4.

Con 6 capas de Kevlar de 200 GSM, se observó que la distancia de penetración del proyectil 1 en el gel balístico disminuyó mientras que los proyectiles 2, 3 y 4 penetraron más en el gel balístico en comparación con el caso sin Kevlar.

Las pruebas realizadas con 9 capas de Kevlar 200 GSM muestran que el proyectil número 2 penetró más en el gel balístico en comparación con el caso sin Kevlar. Se observó que los proyectiles 3 y 4 tenían Kevlar bloqueado en la punta hueca, lo que impedía que se multiplicara. Los proyectiles 3 y 4 viajaron más dentro del gel balístico después de penetrar 9 capas de Kevlar 200 GSM en comparación con el caso sin Kevlar.

Con las pruebas realizadas con 12 capas de Kevlar 200 GSM, se observó que los proyectiles Parabellum FMJ de 9 mm, números 1 y 2, tenían una cabeza más plana después de penetrar. El proyectil número 4, aunque no creció mucho con la punta hueca bloqueada con Kevlar, quedó más aplanado en la cabeza. El proyectil número 3 no creció mucho, pero había evidencia de que la punta de la cabeza estaba deformada.

Las pruebas realizadas con 15 capas de Kevlar 200 GSM mostraron que ambos proyectiles FMJ indicaban signos de proliferación. Los proyectiles números 1 y 2 muestran una disminución en la profundidad de penetración en el gel balístico en comparación con el caso sin Kevlar. En el presente caso, los proyectiles 3 y 4 fueron detenidos por las capas de Kevlar.

Como se ve enFigura 4, cuando se consideran los promedios entre los puntos, parece indicar que se produce un gradiente lineal de penetración decreciente en el gel balístico, una vez que se ha alcanzado un pico de aproximadamente 6 capas de Kevlar de 200 GSM. El Kevlar de 200 GSM está mostrando un mejor rendimiento en comparación con el Kevlar de 160 GSM, como se esperaba. Con 15 capas de Kevlar de 200 GSM, se han detenido los proyectiles número 3 y 4, pero no los proyectiles número 1 y 2. Siguiendo el gradiente medio, se estima que los proyectiles número 1 y 2 se detendrán utilizando posiblemente 18 y 21 capas de Kevlar 200 GSM, respectivamente.

• Las pruebas de Kevlar 400 GSM se realizaron utilizando muestras de 3, 6, 9 y 12 capas, como lo indican los resultados que se muestran enfigura 5.

4. Análisis y discusión de resultados.

Figura 6muestra la comparación de las profundidades de penetración de diferentes proyectiles en 3 capas de Kevlar de 160 GSM, 200 GSM y 400 GSM. Como se ve enFigura 6, con los proyectiles de punta hueca Parabellum de 9 mm, 3 capas de Kevlar de 200 GSM detuvieron los proyectiles en la distancia más corta. 3 capas de Kevlar de 400 GSM y 160 GSM detuvieron más los proyectiles 1 y 2, respectivamente.

figura 7,Figura 9indican que no existen características similares con proyectiles diferentes para dos números diferentes de capas de GSM similar. Un ejemplo son 12 capas de Kevlar de 200 GSM y 6 capas de Kevlar de 400 GSM. Ambas muestras tienen un total de 2400 GSM Kevlar cada una. Al comparar estas dos muestras diferentes, no disminuyen la distancia de los proyectiles en una cantidad similar. Se pueden observar correlaciones y conclusiones similares a partir de 3 capas de Kevlar de 400 GSM y 6 capas de Kevlar de 200 GSM. Cada uno de estos casos tiene 1200 muestras GSM, pero no tienen características similares en los resultados.

Curvas promedio para los proyectiles 1 y 2, que se muestran enFigura 4, indican que los proyectiles se detendrían con 6 y 7 múltiplos de 3 capas de Kevlar 200 GSM, respectivamente (es decir, 18 y 21 capas de Kevlar 200 GSM). Existe una tendencia a duplicar aproximadamente el número de capas de Kevlar necesarias, en comparación con el Kevlar realmente dañado, para detener los proyectiles. Con 18 y 21 capas de Kevlar 200 GSM, dará como resultado que los proyectiles 1 y 2 se detengan en aproximadamente 9 y 10 capas de Kevlar. Este número de capas se correlaciona con el número de capas de Kevlar que contienen los chalecos antibalas solo de Kevlar disponibles comercialmente.

Algunos artículos para su referencia:

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/military-vip-police-ocultable-light-weight.html

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/armadura-táctica-de-uso-militar-de-alta-calidad.html

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/military-ballistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/chaleco-antibalas-fdy3r-sk15.html

Vídeos para su referencia:

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

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

5. Conclusiones

Comparaciones de 160 GSM, 200 GSM y 400 GSMkevlarbajo impacto balístico se han realizado con las pruebas balísticas realizadas con munición Parabellum de 9 mm y con diferente número de capas de Kevlar. Se observó que unas pocas capas de Kevlar no son efectivas para detener los proyectiles, sino que obligan a los proyectiles a adentrarse más en el gel balístico. Sólo al aumentar el número de capas se observó una disminución en la penetración del proyectil en el gel balístico. La razón de este pico en la penetración, especialmente con los proyectiles de punta hueca, se debió a que el agujero se llenó con material de Kevlar y lo hizo funcionar como un proyectil FMJ. Se observaron gradientes negativos promediados similares entre el FMJ y los proyectiles de punta hueca, una vez alcanzado el pico.

Resumiendo los aportes de este trabajo, se puede concluir:

• 1)

• Se investigó la eficacia de diferentes capas de grados de 160 GSM, 200 GSM y 400 GSM de Kevlar recubiertas con gel balístico, y se descubrió que 200 GSM Kevlar era más eficaz para detener un proyectil Parabellum de 9 mm.

• 2)

• Se descubrió que no existe una relación lineal entre dos tipos diferentes de Kevlar con diferentes pesos (como Kevlar de 200 GSM y 400 GSM), estratificados de tal manera que tengan el mismo peso combinado.

• 3)

• Se probaron cuatro tipos diferentes de munición Parabellum de 9 mm y se identificaron sus profundidades de penetración en el gel balístico para diferentes capas de Kevlar.

• 4)

• Se evaluó que para una munición Parabellum de 9 mm, que se usa con mayor frecuencia en todo el mundo, se requieren 21 capas de Kevlar de 200 GSM como mínimo para detener el proyectil. Se sugiere que, como medida de seguridad, se incluya un factor de seguridad adicional ya que la penetración depende también del perfil del proyectil.

Con base en los resultados presentados anteriormente para las características de las capas de Kevlar de diferente peso, se espera que estas características puedan usarse para desarrollar y diseñar chalecos antibalas seguros y eficaces.

Valdría la pena explorar en futuras investigaciones con diferentes municiones la tendencia general de que se necesita el doble de capas de Kevlar en comparación con la cantidad real de capas dañadas. Investigaciones futuras también podrían indicar el efecto de penetración que tienen los proyectiles y municiones de menor calibre en Kevlar en comparación con el de las municiones Para de 9 mm. Del mismo modo, futuras investigaciones podrán identificar cómo diferentes municiones y proyectiles penetran el Kevlar 200 GSM, como el Kevlar que se utiliza únicamente en los chalecos antibalas. Con las características observadas con los proyectiles de punta hueca que penetran más profundamente en el gel balístico, luego de que la punta hueca es bloqueada con Kevlar, investigaciones futuras permitirían identificar si se experimentaría un efecto similar en un escenario donde el proyectil penetrara la ropa, antes de penetrar la carne. .

Expresiones de gratitud

La investigación ha sido financiada parcialmente por elFundación Nacional de Investigación. Se reconoce a las siguientes empresas e individuos por su asistencia, orientación y uso de sus instalaciones, en orden alfabético: Borrie Bornman, John Evans, Centro de capacitación y evaluación de competencia en armas de fuego (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (comerciante de armas de fuego y armero;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Granja y reserva natural de River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David y Natasha Robert, Simms Arms (+27 39 315 6390;https://www.simmsarms.co.za;simmscraig@msn.com), Operaciones Southern Sky (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis y Leonie Stopforth. Cabe señalar que las opiniones de los autores de este artículo no son necesariamente las opiniones de las empresas, organizaciones e individuos mencionados anteriormente. Los autores no recibieron ningún beneficio económico por las pruebas realizadas.