Technologie de défense ——Étude expérimentale des capacités pare-balles du Kevlar, de différents poids et nombres de couches, avec des projectiles de 9 mm

2.1. Gel balistique

Le gel balistique était fabriqué à partir de gélatine sans saveur. La densité et la consistance du gel doivent être les mêmes que celles utilisées par le Federal Bureau of Investigation (FBI). Pour obtenir la même cohérence, les instructions données dans la Réf. [30] ont été suivis et il a été testé par rapport aux normes décrites dans la réf. [31].

8 tasses (250 ml) de poudre de gélatine sans saveur (environ 1,25 kg) sont mélangées avec 8 L d'eau (1 partie de gélatine pour 4 parties d'eau) jusqu'à ce que toute la poudre soit dissoute. Après avoir versé la solution dans les récipients (des récipients de 2 × 5 L ont été utilisés pour le mélange ci-dessus), 5 gouttes d'huile essentielle (huile essentielle de feuille de cannelle) ont été versées sur la solution et y ont été doucement mélangées. La raison d’être de l’huile essentielle est de permettre aux bulles de la solution de se dissiper et de donner au gel balistique une odeur améliorée. La solution est prise dans des récipients placés au réfrigérateur. Le gel balistique était prêt à être utilisé 36 heures après sa fabrication, puis il était enveloppé dans un film cellophane. Une vidéo montrant les détails de fabrication du gel balistique est disponible surhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

La densité du gel balistique a été calculée à 996 km/m3(99,6% de la densité de l'eau). La densité moyenne du sang, de la graisse et des muscles humains [32], qui est la consistance de la chair humaine, est de 1004 kg/m3. Une différence de densité de 0,8 % est considérée comme acceptable pour que le gel balistique reproduise la chair d'un corps humain.

2.2.Kevlar échantillons

Trois poids de tissu Kevlar ont été utilisés lors des tests, à savoir 160 GSM, 200 GSM et 400 GSM. Étant donné que le Kevlar peut être utilisé comme matériau tissé, la résistance la plus élevée du matériau pourrait être utilisée dans une orientation 0-90. Les échantillons ont été empilés avec une orientation -45/+45 (quasi-isotrope) qui absorbe plus d'énergie à l'impact que les orientations 0 à 90 empilées les unes sur les autres [33]. Les échantillons utilisés dans les tests ont été réalisés en multiples de 3 couches où chaque échantillon était superposé dans l'ordre 90/±45/90. Lorsque deux ou trois échantillons étaient placés les uns sur les autres, cela était fait de telle sorte que la dernière couche d'un échantillon soit placée à 45° par rapport à la couche suivante de l'échantillon suivant.

Les feuilles de Kevlar ont été divisées et découpées en feuilles de format A4 pour les préparer à être liées ensemble à l'aide de la résine époxy et du durcisseur recommandés. Les échantillons ont été laissés sécher. Les échantillons ont été découpés une fois la résine durcie et boulonnés les uns aux autres et placés en position pour les tests à effectuer.

Des tests balistiques ont été effectués avec deux types de munitions différents, à savoir les munitions à gaine entièrement métallique (FMJ) et à pointe creuse gainée (JHP) du calibre Parabellum 9 mm (P ou Para en abrégé). La méthode utilisée pour tester les échantillons est décrite ci-dessous :

• 1)

• Un chronographe d'arme à feu a été installé pour mesurer la vitesse des balles. Le chronographe était placé à 2 m de la bouche des armes à feu pour éviter que la flamme de la bouche ne donne des lectures inexactes.

• 2)

• Un test de base a été effectué pour déterminer la vitesse de la balle directement dans le gel balistique. L'équation de l'énergie cinétique
  E=(1/2)mv2

  a été utilisé pour déterminer l’énergie et la distance de pénétration dans le gel balistique.

• 3)

• LeKevlarDes échantillons ont ensuite été placés devant le gel balistique et celui-ci a été placé à 1 m du chronographe. La distance de 1 m a pour but de reproduire le pire des cas où une personne ou un objet est abattu à courte distance.

• 4)

• L'échantillon a été tiré avec le projectile traversant le chronographe pour déterminer sa vitesse initiale. L’échantillon est ensuite pénétré et le projectile se loge dans le gel balistique. Les vitesses des tests ont été utilisées pour obtenir unvitesse moyennelecture qui a été utilisée pour mettre à jour les valeurs à l’étape 2.

• 5)

• La distance de pénétration dans le gel balistique a été mesurée et enregistrée.

• 6)

• L’étape 2 a été répétée pour chaque type de munition utilisé lors des tests. Les étapes 3 à 5 ont été répétées pour chaque échantillon de Kevlar. Un test avec des munitions spécifiques a été répété si le projectile ne voyageait pas directement dans le gel balistique ou s'il pénétrait dans l'échantillon de Kevlar dans une zone considérée comme structurellement non solide.

Avec les échantillons à 3 couches, les projectiles Parabellum FMJ de 9 mm ont voyagé légèrement moins par rapport au boîtier sans Kevlar. Les projectiles à pointe creuse ont voyagé plus loin que le boîtier sans Kevlar. Le projectile Parabellum de 9 mm (numéro 4) ne s'est pas beaucoup déformé, mais la gaine en laiton a commencé à arracher le projectile.

Les tests effectués avec 6 couches de Kevlar 160 GSM ont indiqué que les projectiles à pointe creuse Parabellum de 9 mm allaient plus loin que les tests de pénétration sans Kevlar avec le projectile numéro 4 parcourant presque la même distance que celle d'un projectile FMJ.

Avec les 9 couches de Kevlar 160 GSM, les distances correspondantes parcourues par les projectiles dans le gel ont montré que les projectiles numéros 1, 3 et 4 allaient plus loin après avoir traversé les 9 couches de Kevlar 160 GSM, par rapport aux projectiles tirés dans le système balistique. gel (pas de Kevlar).

Les tests effectués avec 12 couches de Kevlar 160 GSM montrent que tous les projectiles présentent une tendance à la baisse de la profondeur de pénétration par rapport à 9 couches.

Comme on le voit dansFigure 3, les profondeurs de pénétration des projectiles fluctuent avec la profondeur à mesure que le nombre de couches augmente, mais on observe une diminution de 9 à 12 couches dans tous les cas. Il a été observé que les projectiles à pointe creuse pénétraient dans les couches de Kevlar et que, ce faisant, la pointe creuse était bloquée par le matériau Kevlar. Une fois que ces projectiles à pointe creuse atteignent le gel balistique, ils fonctionnent de la même manière qu’un projectile FMJ. En raison des échantillons de Kevlar utilisés mentionnés ci-dessus, les projectiles ont pénétré plus profondément dans le gel balistique par rapport aux tests effectués sans Kevlar. Ce n’est qu’une fois suffisamment de couches de Kevlar pénétrées pour absorber suffisamment d’énergie que le projectile a montré les caractéristiques d’une pénétration réduite dans le gel balistique. Cette caractéristique a été observée dans les autres tests, avec les différents poids Kevlar tels que présentés dans cet article.

3.4. 200 g/m²Kevlar

Les tests Kevlar 200 GSM ont été réalisés avec des échantillons de 3, 6, 9, 12 et 15 couches. Le Kevlar 200 GSM étant couramment utilisé pour les gilets pare-balles, il a été décidé d'effectuer des tests avec 15 couches. Les résultats de la pénétration dans le gel balistique sont présentés dansFigure 4.

Les tests réalisés avec 3 couches de Kevlar 200 GSM montrent que les projectiles Parabellum FMJ de 9 mm ont traversé le gel balistique et que les distances parcourues par rapport au boîtier sans Kevlar n'ont pas été réduites. Les projectiles à pointe creuse Parabellum de 9 mm se sont multipliés comme prévu, et le projectile Parabellum de 9 mm numéro 4 avait la gaine en laiton logée dans le gel balistique, mais le projectile en plomb a continué et s'est arrêté comme enregistré dansFigure 4.

Avec 6 couches de Kevlar 200 GSM, il a été observé que la distance de pénétration du projectile 1 dans le gel balistique diminuait tandis que les projectiles 2, 3 et 4 pénétraient plus loin dans le gel balistique par rapport au boîtier sans Kevlar.

Les tests effectués avec 9 couches de Kevlar 200 GSM montrent que le projectile numéro 2 a pénétré plus loin dans le gel balistique par rapport au boîtier sans Kevlar. Il a été observé que les projectiles 3 et 4 avaient du Kevlar bloqué dans la pointe creuse ce qui l'empêchait de se propager. Les projectiles 3 et 4 ont voyagé plus loin dans le gel balistique après avoir pénétré 9 couches de Kevlar 200 GSM par rapport au boîtier sans Kevlar.

Avec les tests réalisés avec 12 couches de Kevlar 200 GSM, il a été observé que les projectiles Parabellum FMJ de 9 mm, numéros 1 et 2, avaient une tête plus plate après pénétration. Le projectile numéro 4, même s'il n'avait pas beaucoup poussé avec la pointe creuse bloquée par du Kevlar, était davantage aplati au niveau de la tête. Le projectile numéro 3 n'a pas beaucoup poussé, mais il y avait des traces de déformation de la pointe de la tête.

Les tests effectués avec 15 couches de Kevlar 200 GSM ont montré que les deux projectiles FMJ montraient des signes de prolifération. Les projectiles numéros 1 et 2 montrent une diminution de la profondeur de pénétration dans le gel balistique par rapport au boîtier sans Kevlar. Dans le cas présent, les projectiles 3 et 4 ont été stoppés par les couches de Kevlar.

Comme on le voit dansFigure 4, lorsque les moyennes entre les points sont considérées, cela semble indiquer qu'un gradient linéaire de pénétration décroissante dans le gel balistique se produit, une fois qu'un pic d'environ 6 couches de Kevlar 200 GSM a été atteint. Le Kevlar 200 GSM affiche, comme prévu, de meilleures performances par rapport au Kevlar 160 GSM. A 15 couches de Kevlar 200 GSM, les projectiles numéros 3 et 4 ont été arrêtés, mais pas les projectiles numéros 1 et 2. Suivant la pente moyenne, on estime que les projectiles numéros 1 et 2 seront arrêtés en utilisant éventuellement 18 et 21 couches de Kevlar. Kevlar 200 GSM, respectivement.

• Les tests Kevlar 400 GSM ont été effectués en utilisant des échantillons de 3, 6, 9 et 12 couches, comme l'indiquent les résultats présentés dansFigure 5.

4. Analyse et discussion des résultats

Figure 6montre la comparaison des profondeurs de pénétration de différents projectiles en 3 couches de 160 GSM, 200 GSM et 400 GSM Kevlar. Comme on le voit dansFigure 6, avec les projectiles à pointe creuse Parabellum de 9 mm, 3 couches de Kevlar 200 GSM arrêtaient les projectiles sur la distance la plus courte. 3 couches de Kevlar 400 GSM et 160 GSM ont arrêté respectivement les projectiles 1 et 2.

Figure 7,Figure 9indiquent qu'il n'existe pas de caractéristiques similaires avec des projectiles différents pour deux nombres différents de couches de GSM similaire. Un exemple est 12 couches de Kevlar 200 GSM et 6 couches de Kevlar 400 GSM. Ces deux échantillons contiennent chacun un total de 2 400 GSM Kevlar. Lorsque l’on compare ces deux échantillons différents, ils ne diminuent pas la distance des projectiles d’une quantité similaire. Des corrélations et des conclusions similaires peuvent être observées à partir de 3 couches de Kevlar 400 GSM et de 6 couches de Kevlar 200 GSM. Chacun de ces cas contient 1 200 échantillons GSM, mais leurs résultats ne présentent pas de caractéristiques similaires.

Courbes moyennes des projectiles 1 et 2, représentées enFigure 4, indiquent que les projectiles s'arrêteraient avec respectivement 6 et 7 multiples de 3 couches de Kevlar 200 GSM (soit 18 et 21 couches de Kevlar 200 GSM). Il existe une tendance qui double environ le nombre de couches de Kevlar nécessaires, par rapport au Kevlar réellement endommagé, pour arrêter les projectiles. Avec 18 et 21 couches de Kevlar 200 GSM, cela aura pour conséquence que les projectiles 1 et 2 s'arrêteront dans environ 9 et 10 couches de Kevlar. Ce nombre de couches est en corrélation avec le nombre de couches de Kevlar que contiennent les gilets pare-balles uniquement en Kevlar disponibles dans le commerce.

Quelques éléments pour votre référence :

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-armor.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

Vidéos pour votre référence :

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

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

5. Conclusions

Comparaisons de 160 GSM, 200 GSM et 400 GSMKevlarsous impact balistique ont été réalisés avec des tests balistiques réalisés avec des munitions Parabellum de 9 mm et avec différents nombres de couches de Kevlar. Il a été observé que quelques couches de Kevlar ne sont pas efficaces pour arrêter les projectiles, mais obligent plutôt les projectiles à pénétrer plus loin dans le gel balistique. Ce n’est qu’en augmentant le nombre de couches qu’une diminution de la pénétration du projectile dans le gel balistique a été observée. La raison de ce pic de pénétration, en particulier avec les projectiles à pointe creuse, était due au fait que le trou se remplissait de matériau Kevlar et le faisait fonctionner comme un projectile FMJ. Des gradients négatifs moyens similaires ont été observés entre le FMJ et les projectiles à pointe creuse, une fois le pic atteint.

En résumant les contributions de cet article, on peut conclure :

• 1)

• L'efficacité de différentes couches de Kevlar de qualité 160 GSM, 200 GSM et 400 GSM recouvertes de gel balistique a été étudiée, et il a été constaté que le Kevlar 200 GSM était plus efficace pour arrêter un projectile Parabellum de 9 mm.

• 2)

• Il a été constaté qu'il n'y a pas de relation linéaire entre deux types différents de Kevlar avec des poids différents (tels que 200 GSM et 400 GSM Kevlar), superposés de telle manière qu'ils ont le même poids combiné.

• 3)

• Quatre types différents de munitions Parabellum de 9 mm ont été testés et leurs profondeurs de pénétration dans le gel balistique ont été identifiées pour différentes couches de Kevlar.

• 4)

• Il a été estimé que pour les munitions Parabellum de 9 mm, les plus couramment utilisées dans le monde, 21 couches de Kevlar 200 GSM sont nécessaires au minimum pour arrêter le projectile. Il est suggéré, par mesure de sécurité, d'inclure un facteur de sécurité supplémentaire car la pénétration dépend également du profil du projectile.

Sur la base des résultats présentés ci-dessus concernant les caractéristiques des couches de Kevlar de différents poids, on espère que ces caractéristiques pourront être utilisées pour développer et concevoir des gilets pare-balles sûrs et efficaces.

La tendance générale selon laquelle il faut doubler le nombre de couches de Kevlar par rapport au nombre réel de couches endommagées mériterait d'être explorée dans le cadre de recherches plus approfondies avec différentes munitions. Des recherches futures pourraient également indiquer l’effet de pénétration que les projectiles et munitions de plus petit calibre ont sur le Kevlar par rapport à celui des munitions Para de 9 mm. De même, les recherches futures pourront identifier comment différentes munitions et projectiles pénètrent dans le Kevlar 200 GSM tel que le Kevlar utilisé uniquement dans les gilets pare-balles. Avec les caractéristiques observées avec les projectiles à pointe creuse pénétrant plus profondément dans le gel balistique, une fois la pointe creuse bloquée avec du Kevlar, des recherches futures permettraient d'identifier si un effet similaire serait ressenti dans un scénario où le projectile pénétrait dans les vêtements, avant de pénétrer dans la chair. .

Remerciements

La recherche a été partiellement financée par leFondation nationale de recherche. Les entreprises et les individus suivants sont remerciés pour leur aide, leurs conseils et l'utilisation de leurs installations, par ordre alphabétique : Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379 ;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (marchand d'armes à feu et armurier ;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Ferme et réserve naturelle de River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David et 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 et Léonie Stopforth. Il convient de noter que les opinions des auteurs dans cet article ne sont pas nécessairement celles des entreprises, organisations et individus mentionnés ci-dessus. Les auteurs n'ont reçu aucun gain financier pour les tests effectués.