Tecnoloxía de defensa——Estudo experimental das capacidades antibalas de Kevlar, de diferentes pesos e número de capas, con proxectís de 9 mm.

2.1.Gel balístico

O xel balístico foi feito de xelatina sen sabor.A densidade e consistencia do xel deben ser as mesmas que as utilizadas polo Federal Bureau of Investigation (FBI).Para conseguir a mesma consistencia, as instrucións dadas na Ref.[30] foron seguidos e foi probado contra os estándares descritos na Ref.[31].

Mestúranse 8 cuncas (250 ml) de xelatina en po sen sabor (aproximadamente 1,25 kg) con 8 l de auga (1 parte de xelatina por cada 4 partes de auga) ata que se disolve todo o po.Despois de verter a solución nos recipientes (utilízanse recipientes de 2 × 5 L para a mestura anterior), verteron 5 gotas de aceite esencial (aceite esencial de folla de canela) sobre a solución e removeuse suavemente nela.O motivo do aceite esencial é permitir que as burbullas da solución se disipen e darlle ao xel balístico un cheiro mellorado.A solución colócase nos recipientes colocados nunha neveira.O xel balístico estaba listo para ser usado 36 h despois de ser feito e despois foi envolto en papel de celofán.Está dispoñible un vídeo que mostra os detalles para facer o xel balísticohttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

A densidade do xel balístico calculouse como 996 km/m3(99,6% da densidade da auga).A densidade media de sangue, graxa e músculos humanos [32], que é a consistencia da carne humana, é de 1004 kg/m3.Unha diferenza de 0,8% nas densidades considérase aceptable para que o xel balístico reproduza a carne dun corpo humano.

2.2.Kevlar mostras

Nas probas utilizáronse tres pesos de tecido Kevlar, a saber, 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM.Dado que o Kevlar pode usarse como material tecido, a maior resistencia do material podería utilizarse nunha orientación 0-90.As mostras apiláronse cunha orientación −45/+45 (casi isotrópica) que absorbe máis enerxía ao impacto que as orientacións 0-90 apiladas unhas sobre outras.33].As mostras que se utilizaron nos ensaios realizáronse en múltiplos de 3 capas onde cada mostra foi estratificada na orde de 90/±45/90.Cando se colocaron dúas ou tres mostras unha encima da outra, fíxose de tal xeito que a última capa dunha mostra colocouse a 45° coa seguinte capa da seguinte mostra.

As follas de Kevlar dividíronse e cortábanse en follas de tamaño A4 para preparalas para unilas utilizando a resina epoxi e o endurecedor recomendados.As mostras deixáronse secar.As mostras cortáronse despois de que a resina se fixera e atornáronse unhas ás outras e colocáronse en posición para a realización das probas.

As probas balísticas realizáronse utilizando dous tipos diferentes de munición, a saber, a camisa metálica completa (FMJ) e a punta oca con camisa (JHP) do calibre Parabellum de 9 mm (P ou Para para abreviar).O método utilizado para probar as mostras descríbese a continuación:

• 1)

• Instalouse un cronógrafo de arma de fogo para medir a velocidade das balas.O cronógrafo colocouse a 2 m do foco das armas de fogo para evitar que a chama do fociño dese lecturas imprecisas.

• 2)

• Realizouse unha proba de referencia para determinar a velocidade da bala directamente no xel balístico.Ecuación da enerxía cinética
  E=(1/2)mv2

  utilizouse para determinar a enerxía e a distancia de penetración no xel balístico.

• 3)

• OKevlarA continuación colocáronse mostras diante do xel balístico e este colocouse a 1 m de distancia do cronógrafo.O motivo da distancia de 1 m é replicar o peor dos casos en que unha persoa ou obxecto recibe un disparo a unha distancia próxima.

• 4)

• A mostra disparouse co proxectil atravesando o cronógrafo para determinar a súa velocidade inicial.Despois diso, a mostra é penetrada e o proxectil é aloxado no xel balístico.Utilizáronse as velocidades das probas para obter unvelocidade medialectura que se utilizou para actualizar os valores no paso 2.

• 5)

• Mediuse e rexistrouse a distancia de penetración no xel balístico.

• 6)

• Repetiuse o paso 2 para cada tipo de munición utilizada nas probas.Repetiuse do paso 3 ao paso 5 para cada mostra de Kevlar.Repetíase unha proba con munición específica se o proxectil non viaxaba en liña recta dentro do xel balístico ou se penetraba na mostra de Kevlar nunha zona que se consideraba que non era estruturalmente sólida.

Coas mostras de 3 capas, os proxectís Parabellum FMJ de 9 mm viaxaron un pouco menos en comparación co caso sen Kevlar.Os proxectís de punta oca viaxaron máis lonxe en comparación coa caixa sen Kevlar.O proxectil Parabellum de 9 mm (número 4) non se deformou moito, pero a chaqueta de latón comezou a arrincar o proxectil.

As probas que se levaron a cabo con 6 capas de Kevlar de 160 GSM indicaron que os proxectís de punta oca Parabellum de 9 mm foron máis aló en comparación coas probas de penetración sen Kevlar co proxectil número 4 que percorreu case a mesma distancia que o dun proxectil FMJ.

Coas 9 capas de 160 GSM Kevlar, as distancias correspondentes percorridas polos proxectís no xel mostraron que os proxectís números 1, 3 e 4 foron máis lonxe despois de atravesar as 9 capas de 160 GSM Kevlar, en comparación cos proxectís disparados no balístico. xel (sen Kevlar).

As probas realizadas con 12 capas de Kevlar de 160 GSM mostran que todos os proxectís mostran unha tendencia decrecente da profundidade de penetración en comparación coas 9 capas.

Como se ve enFig. 3, as profundidades de penetración dos proxectís fluctúan coa profundidade a medida que aumenta o número de capas, aínda que obsérvase unha diminución de 9 a 12 capas en todos os casos.Observouse que os proxectís de punta oca penetraron nas capas de Kevlar e no proceso o punto oco bloqueouse co material de Kevlar.Unha vez que estes proxectís de punta oca chegan ao xel balístico, funcionan do mesmo xeito que un proxectí FMJ.Debido á razón mencionada anteriormente coas mostras de Kevlar utilizadas, os proxectís penetraron máis no xel balístico en comparación coas probas realizadas sen Kevlar.Só unha vez que se penetraron as capas suficientes de Kevlar para absorber enerxía suficiente, o proxectil mostrou as características dunha diminución da penetración no xel balístico.Esta característica observouse nas outras probas, cos diferentes pesos de Kevlar como se presenta neste traballo.

3.4.200 GSMKevlar

As probas de Kevlar de 200 GSM realizáronse con mostras de 3, 6, 9, 12 e 15 capas.Dado que 200 GSM Kevlar úsase habitualmente para chalecos antibalas, decidiuse realizar probas con 15 capas.Os resultados da penetración no xel balístico móstranse enFig. 4.

As probas realizadas con 3 capas de Kevlar de 200 GSM mostran que os proxectís Parabellum FMJ de 9 mm pasaron polo xel balístico e as distancias que percorreron en comparación coa caixa sen Kevlar non se reduciron.Os proxectís de punta oca Parabellum de 9 mm creceron como se esperaba, e o proxectil Parabellum de 9 mm número 4 tiña a camisa de bronce aloxada no xel balístico, aínda que o proxectil de chumbo continuou e parou como se rexistra enFig. 4.

Con 6 capas de Kevlar de 200 GSM, observouse que a distancia de penetración do proxectil 1 no xel balístico diminuíu mentres que os proxectís 2, 3 e 4 foron máis lonxe no xel balístico en comparación co caso sen Kevlar.

As probas realizadas con 9 capas de Kevlar de 200 GSM mostran que o proxectil número 2 viaxou máis no xel balístico en comparación coa caixa sen Kevlar.Observouse que os proxectís 3 e 4 tiñan Kevlar bloqueado na punta oca, o que impedía que se formase.Os proxectís 3 e 4 viaxaron máis adiante no xel balístico despois de penetrar 9 capas de Kevlar de 200 GSM en comparación coa caixa sen Kevlar.

Coas probas realizadas con 12 capas de Kevlar de 200 GSM, observouse que os proxectís Parabellum FMJ de 9 mm, número 1 e 2, tiñan unha cabeza máis plana despois de penetrar.O proxectil número 4, aínda que non creceu moito coa punta oca bloqueada con Kevlar, estaba máis aplanado na cabeza.O proxectil número 3 non produciu moito cogomelo, pero había evidencias de que a punta da cabeza estaba deformada.

As probas realizadas con 15 capas de Kevlar de 200 GSM, tiñan ambos proxectís FMJ que indicaban signos de proliferación.Os proxectís números 1 e 2 mostran unha diminución da profundidade de penetración no xel balístico en comparación co caso sen Kevlar.No presente caso, os proxectís 3 e 4 foron detidos polas capas de Kevlar.

Como se ve enFig. 4, cando se consideran as medias entre os puntos, parece indicar que se produce un gradiente lineal de penetración decrecente no xel balístico, unha vez que se alcanza un pico de aproximadamente 6 capas de Kevlar de 200 GSM.O Kevlar de 200 GSM está a mostrar un mellor rendemento en comparación co Kevlar de 160 GSM, como se esperaba.En 15 capas do Kevlar de 200 GSM, os proxectís número 3 e 4 foron detidos, pero non os proxectís número 1 e 2. Seguindo o gradiente medio, estímase que os proxectís número 1 e 2 serán parados usando posiblemente 18 e 21 capas de Kevlar de 200 GSM, respectivamente.

• As probas de Kevlar 400 GSM realizáronse utilizando mostras de 3, 6, 9 e 12 capas, tal e como indican os resultados mostrados enFig. 5.

4. Análise e discusión de resultados

Fig. 6mostra a comparación das profundidades de penetración de diferentes proxectís en 3 capas de 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM Kevlar.Como se ve enFig. 6, cos proxectís de punta oca Parabellum de 9 mm, 3 capas de Kevlar de 200 GSM detiveron os proxectís na distancia máis curta.3 capas de 400 GSM e 160 GSM Kevlar detiveron máis os proxectís 1 e 2, respectivamente.

Fig. 7,Fig. 9indican que non hai características similares con proxectís diferentes para dous números diferentes de capas de GSM semellante.Un exemplo son 12 capas de 200 GSM Kevlar e 6 capas de 400 GSM Kevlar.Ambas as mostras teñen un total de 2400 GSM Kevlar cada unha.Ao comparar estas dúas mostras diferentes, non diminúen a distancia dos proxectís nunha cantidade similar.Pódense observar correlacións e conclusións similares a partir de 3 capas de 400 GSM Kevlar e 6 capas de 200 GSM Kevlar.Cada un destes casos ten mostras de 1200 GSM, pero non teñen características similares nos resultados.

Curvas medias dos proxectís 1 e 2, mostradas enFig. 4, indican que os proxectís pararían con 6 e 7 múltiplos de 3 capas de Kevlar 200 GSM, respectivamente (é dicir, 18 e 21 capas de Kevlar 200 GSM).Hai unha tendencia que duplica aproximadamente o número de capas de Kevlar que se necesitan, en comparación co Kevlar danado real para deter os proxectís.Con 18 e 21 capas de Kevlar de 200 GSM, fará que os proxectís 1 e 2 se deteñan en aproximadamente 9 e 10 capas de Kevlar.Este número de capas correlaciona co número de capas de Kevlar que conteñen os chalecos antibalas só de Kevlar dispoñibles comercialmente.

Algúns elementos para a súa referencia:

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 para a súa referencia:

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

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

5. Conclusións

Comparacións de 160 GSM, 200 GSM e 400 GSMKevlarbaixo impacto balístico realizáronse coas probas balísticas realizadas con munición Parabellum de 9 mm e con diferente número de capas de Kevlar.Observouse que algunhas capas de Kevlar non son eficaces para deter os proxectís, senón que obrigan aos proxectís a viaxar máis adiante no xel balístico.Só unha vez que se aumenta o número de capas, observouse a diminución da penetración do proxectil no xel balístico.A razón deste pico de penetración, especialmente cos proxectís de punta oca, debeuse a que o buraco se encheu de material Kevlar e facía que funcione como un proxectil FMJ.Observáronse gradientes negativos medios similares entre o FMJ e os proxectís de punta oca, unha vez alcanzado o pico.

Resumindo as contribucións deste traballo, pódese concluír:

• 1)

• Investigouse a eficacia de diferentes capas de Kevlar de 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM con capas de xel balístico, e descubriuse que Kevlar 200 GSM era máis eficaz para deter un proxectil Parabellum de 9 mm.

• 2)

• Descubriuse que non existe unha relación lineal entre dous tipos diferentes de Kevlar con diferentes pesos (como 200 GSM e 400 GSM Kevlar), estratificados de forma que teñan o mesmo peso combinado.

• 3)

• Probáronse catro tipos diferentes de munición Parabellum de 9 mm e identificáronse as súas profundidades de penetración no xel balístico para diferentes capas de Kevlar.

• 4)

• Valorouse que para unha munición Parabellum de 9 mm, que se usa máis habitualmente en todo o mundo, requírense como mínimo 21 capas de Kevlar de 200 GSM para deter o proxectil.Suxírese que, como medida de seguridade, se inclúa un factor de seguridade adicional xa que a penetración depende tamén do perfil do proxectil.

En base aos resultados presentados anteriormente para as características das capas de Kevlar de diferente peso, espérase que estas características poidan ser utilizadas para desenvolver e deseñar chalecos antibalas seguros e eficaces.

A tendencia xeral de que se necesita duplicar a cantidade de capas de Kevlar en comparación coa cantidade real de capas danadas, merecería a pena explorar en investigacións posteriores con diferentes municións.As investigacións futuras tamén poderían indicar o efecto de penetración que teñen os proxectís e municións de menor calibre no Kevlar en comparación co da munición Para de 9 mm.Do mesmo xeito, investigacións futuras poderán identificar como as diferentes municións e proxectís penetran en Kevlar de 200 GSM, como o Kevlar que se usa só nos chalecos antibalas.Coas características observadas cos proxectís de punta oca que penetran máis profundamente no xel balístico, despois de que a punta oca sexa bloqueada con Kevlar, futuras investigacións permitirían identificar se se experimentaría un efecto similar nun escenario no que o proxectil penetrase na roupa, antes de penetrar na carne. .

Agradecementos

A investigación foi financiada parcialmente polaFundación Nacional de Investigación.Recoñécese ás seguintes empresas e persoas a súa asistencia, orientación e uso das súas instalacións, por orde alfabética: Borrie Bornman, John Evans, Centro de Avaliación e Formación de Competencias de Armas de Fogo (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Traficante de armas de fogo e Armeiro;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 e 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 e Leonie Stopforth.Hai que ter en conta que as opinións dos autores deste traballo non son necesariamente as opinións das empresas, organizacións e individuos mencionados anteriormente.Os autores non recibiron ningún beneficio económico polas probas realizadas.