Tecnologia di difesa: studio sperimentale delle capacità a prova di proiettile del kevlar, di diversi pesi e numero di strati, con proiettili da 9 mm

2.1.Gel balistico

Il gel balistico era costituito da gelatina non aromatizzata.La densità e la consistenza del gel devono essere le stesse utilizzate dal Federal Bureau of Investigation (FBI).Per ottenere la stessa consistenza, le indicazioni di cui al Rif.[30] sono stati seguiti ed è stato testato rispetto agli standard descritti in Rif.[31].

8 tazze (250 ml) di gelatina in polvere non aromatizzata (circa 1,25 kg) vengono mescolate con 8 L di acqua (1 parte di gelatina ogni 4 parti di acqua) fino a quando tutta la polvere non si è sciolta.Dopo aver versato la soluzione nei contenitori (per la miscela di cui sopra sono stati usati contenitori da 2 × 5 L), 5 gocce di olio essenziale (olio essenziale di foglie di cannella) sono state versate sulla soluzione e vi sono state mescolate delicatamente.Il motivo dell'olio essenziale è quello di consentire alle bolle nella soluzione di dissiparsi e conferire al gel balistico un odore migliore.La soluzione viene posta nei contenitori posti in frigorifero.Il gel balistico era pronto per essere utilizzato 36 ore dopo essere stato prodotto e quindi è stato avvolto in un involucro di cellophan.È disponibile un video che mostra i dettagli per realizzare il gel balisticohttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

La densità del gel balistico è stata calcolata in 996 km/m3(99,6% della densità dell'acqua).La densità media di sangue, grasso e muscoli umani [32], che è la consistenza della carne umana, è di 1004 kg/m23.Una differenza dello 0,8% nelle densità è considerata accettabile per il gel balistico per replicare la carne di un corpo umano.

2.2.Kevlar campioni

Nei test sono stati utilizzati tre pesi di tessuto in Kevlar, ovvero 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM.Poiché il Kevlar può essere utilizzato come materiale intrecciato, è possibile utilizzare la massima resistenza del materiale con un orientamento 0–90.I campioni sono stati impilati con un orientamento -45/+45 (quasi-isotropico) che assorbe più energia all'impatto rispetto a 0-90 orientamenti impilati l'uno sull'altro [33].I campioni utilizzati nelle prove sono stati realizzati in multipli di 3 strati in cui ogni campione è stato stratificato nell'ordine di 90/±45/90.Quando due o tre campioni sono stati posizionati uno sopra l'altro, è stato fatto in modo tale che l'ultimo strato di un campione fosse posizionato a 45° rispetto allo strato successivo del campione successivo.

I fogli di Kevlar sono stati divisi e tagliati in fogli di formato A4 per prepararli ad essere legati insieme utilizzando la resina epossidica e l'indurente consigliati.I campioni sono stati lasciati asciugare.I campioni sono stati tagliati dopo che la resina si era indurita e fissata l'uno all'altro e sono stati collocati in posizione per l'esecuzione dei test.

I test balistici sono stati eseguiti utilizzando due diversi tipi di munizioni, vale a dire, full metal jacket (FMJ) e jacketed hollow point (JHP) del calibro 9 mm Parabellum (P o Para in breve).Il metodo utilizzato per testare i campioni è descritto di seguito:

• 1)

• Un cronografo per armi da fuoco è stato allestito per misurare la velocità dei proiettili.Il cronografo è stato posizionato a 2 m dalla volata delle armi da fuoco per evitare che la fiamma della volata fornisse letture imprecise.

• 2)

• È stato eseguito un test di base per determinare la velocità del proiettile direttamente nel gel balistico.L'equazione dell'energia cinetica
  E=(1/2)mv2

  è stato utilizzato per determinare l'energia e la distanza di penetrazione nel gel balistico.

• 3)

• IlKevlari campioni sono stati quindi posti davanti al gel balistico e questo è stato posizionato a 1 m di distanza dal cronografo.Il motivo della distanza di 1 m è replicare lo scenario peggiore in cui una persona o un oggetto viene colpito da una distanza ravvicinata.

• 4)

• Il campione è stato girato con il proiettile che attraversava il cronografo per determinarne la velocità iniziale.Successivamente, il campione viene penetrato e il proiettile viene alloggiato nel gel balistico.Le velocità delle prove sono state utilizzate per ottenere unvelocità medialettura che è stata utilizzata per aggiornare i valori nel passaggio 2.

• 5)

• La distanza di penetrazione nel gel balistico è stata misurata e registrata.

• 6)

• Il passaggio 2 è stato ripetuto per ogni tipo di munizione utilizzata nei test.Il passaggio 3 al passaggio 5 è stato ripetuto per ciascun campione di Kevlar.È stato ripetuto un test con munizioni specifiche se il proiettile non viaggiava dritto all'interno del gel balistico o se penetrava nel campione di Kevlar in un'area considerata non strutturalmente sana.

Con i campioni a 3 strati, i proiettili Parabellum FMJ da 9 mm hanno viaggiato leggermente meno rispetto al case senza Kevlar.I proiettili a punta cava hanno viaggiato più lontano rispetto al caso senza Kevlar.Il proiettile Parabellum da 9 mm (numero 4) non si è deformato molto, ma la camicia di ottone ha iniziato a strappare il proiettile.

I test che sono stati condotti con 6 strati di 160 GSM Kevlar hanno indicato che i proiettili a punta cava Parabellum da 9 mm sono andati oltre rispetto a nessun test di penetrazione in Kevlar con il proiettile numero 4 quasi alla stessa distanza di un proiettile FMJ.

Con i 9 strati di 160 GSM Kevlar, le corrispondenti distanze percorse dai proiettili nel gel hanno mostrato che i proiettili numeri 1, 3 e 4 sono andati oltre dopo aver attraversato i 9 strati di 160 GSM Kevlar, rispetto ai proiettili sparati nel balistico gel (senza Kevlar).

I test condotti con 12 strati di Kevlar 160 GSM mostrano che tutti i proiettili mostrano un andamento decrescente della profondità di penetrazione rispetto ai 9 strati.

Come visto inFig. 3, le profondità di penetrazione dei proiettili fluttuano con la profondità all'aumentare del numero di strati, tuttavia si osserva una diminuzione da 9 a 12 strati in tutti i casi.È stato osservato che i proiettili a punta cava penetravano negli strati di Kevlar e nel processo la punta cava veniva bloccata con il materiale di Kevlar.Una volta che questi proiettili a punta cava raggiungono il gel balistico, si comportano allo stesso modo di un proiettile FMJ.A causa del suddetto motivo con i campioni di Kevlar utilizzati, i proiettili sono penetrati ulteriormente nel gel balistico rispetto ai test eseguiti senza Kevlar.Solo una volta che sono stati penetrati strati sufficienti di Kevlar per assorbire energia sufficiente, il proiettile ha mostrato caratteristiche di una penetrazione ridotta nel gel balistico.Questa caratteristica è stata osservata negli altri test, con i diversi pesi di Kevlar presentati in questo documento.

3.4.200 GSMKevlar

I 200 test GSM Kevlar sono stati eseguiti con campioni di 3, 6, 9, 12 e 15 strati.Poiché 200 GSM Kevlar è comunemente usato per i giubbotti antiproiettile, si è deciso di eseguire test con 15 strati.I risultati della penetrazione nel gel balistico sono mostrati inFig. 4.

I test condotti con 3 strati di Kevlar da 200 GSM mostrano che i proiettili FMJ Parabellum da 9 mm hanno attraversato il gel balistico e le distanze percorse rispetto alla custodia senza Kevlar non sono state ridotte.I proiettili a punta cava del Parabellum da 9 mm sono esplosi come previsto e il proiettile Parabellum numero 4 da 9 mm aveva la camicia di ottone alloggiata nel gel balistico, tuttavia il proiettile di piombo è continuato e si è fermato come registrato inFig. 4.

Con 6 strati di 200 GSM Kevlar, è stato osservato che la distanza di penetrazione del proiettile 1 nel gel balistico è diminuita mentre i proiettili 2, 3 e 4 sono andati ulteriormente nel gel balistico rispetto al caso senza Kevlar.

I test condotti con 9 strati di 200 GSM Kevlar mostrano che il proiettile numero 2 ha viaggiato ulteriormente nel gel balistico rispetto alla custodia senza Kevlar.È stato osservato che i proiettili 3 e 4 avevano il kevlar bloccato nella punta cava che ne impediva la formazione di funghi.I proiettili 3 e 4 hanno viaggiato ulteriormente nel gel balistico dopo essere penetrati in 9 strati di Kevlar da 200 GSM rispetto alla custodia senza Kevlar.

Con i test condotti con 12 strati di 200 GSM Kevlar, è stato osservato che i proiettili Parabellum FMJ da 9 mm, numero 1 e 2, avevano una testa più piatta dopo essere penetrati.Il proiettile numero 4, anche se non è cresciuto molto con la punta cava bloccata con Kevlar, è stato appiattito maggiormente nella testa.Il proiettile numero 3 non ha funzionato molto, ma c'erano prove della deformazione della punta della testa.

I test condotti con 15 strati di 200 GSM Kevlar, avevano entrambi i proiettili FMJ che indicavano segni di formazione di funghi.I proiettili numeri 1 e 2 mostrano una diminuzione della profondità di penetrazione nel gel balistico rispetto al caso senza Kevlar.Nel presente caso, i proiettili 3 e 4 sono stati fermati dagli strati di Kevlar.

Come visto inFig. 4, quando si considerano le medie tra i punti, sembra indicare un gradiente lineare di penetrazione decrescente nel gel balistico che si verifica una volta raggiunto un picco a circa 6 strati di 200 GSM Kevlar.Il Kevlar da 200 GSM mostra prestazioni migliori rispetto al Kevlar da 160 GSM, come previsto.A 15 strati del Kevlar 200 GSM, i proiettili numero 3 e 4 sono stati fermati, ma non i proiettili numero 1 e 2. Seguendo la pendenza media, si stima che i proiettili numero 1 e 2 verranno fermati utilizzando possibilmente 18 e 21 strati di 200 GSM Kevlar, rispettivamente.

• I test 400 GSM Kevlar sono stati eseguiti utilizzando campioni di 3, 6, 9 e 12 strati, come indicato dai risultati mostrati inFig. 5.

4. Analisi e discussione dei risultati

Fig. 6mostra il confronto delle profondità di penetrazione di diversi proiettili in 3 strati di 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM Kevlar.Come visto inFig. 6, con i proiettili a punta cava Parabellum da 9 mm, 3 strati di 200 GSM Kevlar hanno fermato i proiettili nella distanza più breve.3 strati di 400 GSM e 160 GSM Kevlar hanno fermato di più i proiettili 1 e 2, rispettivamente.

Fig. 7,Fig. 9indicano che non ci sono caratteristiche simili con proiettili diversi per due diversi numeri di strati di GSM simili.Un esempio è 12 strati di 200 GSM Kevlar e 6 strati di 400 GSM Kevlar.Entrambi questi campioni hanno un totale di 2400 GSM Kevlar ciascuno.Quando si confrontano questi due diversi campioni, non riducono la distanza dei proiettili di una quantità simile.Simili correlazioni e conclusioni possono essere osservate da 3 strati di 400 GSM Kevlar e 6 strati di 200 GSM Kevlar.Ciascuno di questi casi ha 1200 campioni GSM, ma non ha caratteristiche simili nei risultati.

Curve medie per i proiettili 1 e 2, mostrate inFig. 4, indicano che i proiettili si fermerebbero con 6 e 7 multipli di 3 strati rispettivamente di 200 GSM Kevlar (cioè 18 e 21 strati di 200 GSM Kevlar).C'è una tendenza che raddoppia approssimativamente il numero di strati di Kevlar necessari, rispetto al Kevlar effettivamente danneggiato per fermare i proiettili.Con 18 e 21 strati di Kevlar da 200 GSM, i proiettili 1 e 2 si fermeranno in circa 9 e 10 strati di Kevlar.Questo numero di strati è correlato al numero di strati di Kevlar contenuti nei giubbotti antiproiettile solo in Kevlar disponibili in commercio.

Alcuni articoli per il vostro riferimento:

https://www.senkencorp.com/bullet-proof-vest/military-vip-police-occulable-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-balistic-nij-iiia-pe-or-kevlar.html

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

Video per riferimento:

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

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

5. Conclusioni

Confronto di 160 GSM, 200 GSM e 400 GSMKevlarsotto impatto balistico sono state effettuate prove balistiche effettuate con munizioni Parabellum da 9 mm e con diverso numero di strati di Kevlar.È stato osservato che alcuni strati di Kevlar non sono efficaci nell'arrestare i proiettili, ma piuttosto forzano i proiettili a viaggiare ulteriormente nel gel balistico.Solo una volta aumentato il numero di strati, è stata osservata la diminuzione della penetrazione del proiettile nel gel balistico.Il motivo di questo picco di penetrazione, in particolare con i proiettili a punta cava, era dovuto al riempimento del foro con materiale Kevlar e che lo faceva funzionare come un proiettile FMJ.Gradienti negativi medi simili sono stati osservati tra l'FMJ e i proiettili a punta cava, una volta raggiunto il picco.

Riassumendo i contributi di questo lavoro, si può concludere:

• 1)

• È stata studiata l'efficacia di diversi strati di 160 GSM, 200 GSM e 400 GSM di Kevlar stratificati con gel balistico ed è stato riscontrato che 200 GSM Kevlar era più efficace per fermare un proiettile Parabellum da 9 mm.

• 2)

• È stato riscontrato che non esiste una relazione lineare tra due diversi tipi di Kevlar con pesi diversi (come 200 GSM e 400 GSM Kevlar), stratificati in modo tale da avere lo stesso peso combinato.

• 3)

• Sono stati testati quattro diversi tipi di munizioni Parabellum da 9 mm e sono state identificate le loro profondità di penetrazione nel gel balistico per diversi strati di Kevlar.

• 4)

• È stato valutato che per una munizione Parabellum da 9 mm, che sono più comunemente utilizzate in tutto il mondo, sono necessari almeno 21 strati di 200 GSM Kevlar per fermare il proiettile.Si suggerisce, come precauzione di sicurezza, di includere un ulteriore fattore di sicurezza poiché la penetrazione dipende anche dal profilo del proiettile.

Sulla base dei risultati presentati sopra per le caratteristiche degli strati di Kevlar di diverso peso, si spera che queste caratteristiche possano essere utilizzate per sviluppare e progettare giubbotti antiproiettile sicuri ed efficaci.

La tendenza generale che raddoppia la quantità di strati di Kevlar è necessaria rispetto alla quantità effettiva di strati danneggiati, varrebbe la pena esplorare in ulteriori ricerche con diverse munizioni.La ricerca futura sarebbe anche in grado di indicare l'effetto di penetrazione che proiettili e munizioni di calibro più piccolo hanno sul Kevlar rispetto a quello delle munizioni Para da 9 mm.Allo stesso modo, la ricerca futura sarà in grado di identificare come diverse munizioni e proiettili penetrano in 200 GSM Kevlar come il Kevlar utilizzato solo nei giubbotti antiproiettile.Con le caratteristiche osservate con i proiettili a punta cava che penetrano più in profondità nel gel balistico, dopo che la punta cava è stata bloccata con Kevlar, la ricerca futura permetterebbe di identificare se un effetto simile si sarebbe verificato in uno scenario in cui il proiettile è penetrato nei vestiti, prima di penetrare nella carne .

Ringraziamenti

La ricerca è stata parzialmente finanziata dalFondazione Nazionale per la Ricerca.Le seguenti società e persone sono riconosciute per la loro assistenza, guida e utilizzo delle loro strutture, in ordine alfabetico: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Center (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (commerciante d'armi e armaiolo;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Fattoria e riserva naturale della valle del fiume (+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), operazioni Southern Sky (+27 31 579 4141;www.skyops.co.za;mike@skyops.co.za), Louis e Leonie Stopforth.Va notato che le opinioni degli autori in questo documento non sono necessariamente le opinioni delle aziende, delle organizzazioni e degli individui sopra menzionati.Gli autori non hanno ricevuto alcun guadagno finanziario per i test condotti.