Tehnologia de apărare——Studiu experimental al capacităților de protecție împotriva glonțurilor ale Kevlarului, al diferitelor greutăți și al numărului de straturi, cu proiectile de 9 mm

2.1.Gel balistic

Gelul balistic a fost făcut din gelatină fără aromă.Densitatea și consistența gelului trebuie să fie aceleași cu cele utilizate de Biroul Federal de Investigații (FBI).Pentru a obține aceeași consistență, instrucțiunile din Ref.[30] au fost respectate și a fost testat în raport cu standardele descrise în Ref.[31].

Se amestecă 8 căni (250 ml) de pulbere de gelatină nearomatizată (aproximativ 1,25 kg) cu 8 L de apă (1 parte gelatină pentru fiecare 4 părți de apă) până când toată pulberea este dizolvată.După ce soluția a fost turnată în recipiente (s-au folosit recipiente de 2 × 5 L pentru amestecul de mai sus), 5 picături de ulei esențial (ulei esențial din frunze de scorțișoară) au fost turnate peste soluție și amestecate ușor în ea.Motivul pentru uleiul esențial este acela de a permite bulelor din soluție să se disipeze și de a oferi gelului balistic un miros îmbunătățit.Soluția se pune în recipientele puse la frigider.Gelul balistic a fost gata de utilizare la 36 de ore după ce a fost fabricat și apoi a fost învelit în ambalaj de celofan.Un videoclip care arată detaliile pentru realizarea gelului balistic este disponibil de lahttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

Densitatea gelului balistic a fost calculată ca 996 km/m3(99,6% din densitatea apei).Densitatea medie a sângelui uman, grăsimii și mușchilor [32], care este consistența cărnii umane, este de 1004 kg/m3.O diferență de 0,8% în densități este considerată acceptabilă pentru ca gelul balistic să reproducă carnea unui corp uman.

2.2.Kevlar mostre

În teste au fost utilizate trei greutăți de țesătură Kevlar, și anume, 160 GSM, 200 GSM și 400 GSM.Deoarece Kevlarul poate fi utilizat ca material țesut, cea mai mare rezistență a materialului ar putea fi utilizată într-o orientare 0-90.Probele au fost stivuite cu o orientare -45/+45 (cvasi-izotropă), care absoarbe mai multă energie la impact decât 0-90 de orientări stivuite una pe cealaltă.33].Probele care au fost utilizate în teste au fost realizate în multipli de 3 straturi unde fiecare probă a fost stratificată de ordinul a 90/±45/90.Când două sau trei probe au fost plasate una peste alta, sa făcut astfel încât ultimul strat al unei probe să fie plasat la 45° față de următorul strat al probei următoare.

Foile de Kevlar au fost împărțite și tăiate în foi de dimensiune A4 pentru a le pregăti pentru a fi legate împreună folosind rășina epoxidice și întăritorul recomandat.Probele au fost lăsate să se usuce.Probele au fost tăiate după ce rășina s-a întărit și s-a fixat între ele și au fost plasate în poziție pentru efectuarea testelor.

Testele balistice au fost efectuate folosind două tipuri diferite de muniție, și anume, jacket full metal (FMJ) și jacketed hollow point (JHP) de calibru Parabellum de 9 mm (P sau Para pe scurt).Metoda utilizată pentru testarea probelor este descrisă în continuare:

• 1)

• Un cronograf pentru armă de foc a fost instalat pentru a măsura viteza gloanțelor.Cronograful a fost plasat la 2 m de botul armelor de foc pentru a preveni ca flacăra botului să dea citiri inexacte.

• 2)

• A fost efectuat un test de bază pentru a determina viteza glonțului direct în gelul balistic.Ecuația energiei cinetice
  E=(1/2)mv2

  a fost folosit pentru a determina energia și distanța de penetrare în gelul balistic.

• 3)

• TheKevlarprobele au fost apoi plasate în fața gelului balistic și acesta a fost plasat la 1 m distanță de cronograf.Motivul pentru distanța de 1 m este de a reproduce cel mai rău scenariu în care o persoană sau un obiect este împușcat la o distanță apropiată.

• 4)

• Eșantionul a fost împușcat cu proiectilul trecând prin cronograf pentru a determina viteza sa inițială.După aceasta, proba este pătrunsă și proiectilul este introdus în gelul balistic.Vitezele testelor au fost utilizate pentru a obține anviteza mediecitire care a fost folosită pentru a actualiza valorile la pasul 2.

• 5)

• Distanța de penetrare în gelul balistic a fost măsurată și înregistrată.

• 6)

• Pasul 2 a fost repetat pentru fiecare tip de muniție folosit în teste.Pasul 3 până la pasul 5 a fost repetat pentru fiecare probă de Kevlar.Un test cu muniție specifică a fost repetat dacă proiectilul nu a călătorit drept în gelul balistic sau dacă a pătruns în proba de Kevlar într-o zonă care a fost considerată a nu fi solidă din punct de vedere structural.

Cu probele cu 3 straturi, proiectilele Parabellum FMJ de 9 mm au călătorit puțin mai puțin în comparație cu cazul fără Kevlar.Proiectilele cu vârfuri goale au călătorit mai mult în comparație cu carcasa fără Kevlar.Proiectilul Parabellum de 9 mm (numărul 4) nu s-a deformat prea mult, dar jacheta de alamă a început să rupă proiectilul.

Testele care au fost efectuate cu 6 straturi de Kevlar de 160 GSM au indicat că proiectilele cu punct gol Parabellum de 9 mm au mers mai departe în comparație cu testele de penetrare fără Kevlar, proiectilul numărul 4 mergând aproape la aceeași distanță ca și proiectilul FMJ.

Cu cele 9 straturi de 160 GSM Kevlar, distanțele corespunzătoare parcurse de proiectilele din gel au arătat că proiectilele numerele 1, 3 și 4 au mers mai departe după ce a trecut prin cele 9 straturi de 160 GSM Kevlar, în comparație cu proiectilele împușcate în balistic. gel (fără Kevlar).

Testele efectuate cu 12 straturi de Kevlar de 160 GSM arată că toate proiectilele prezintă o tendință de scădere a adâncimii de penetrare față de 9 straturi.

Așa cum se vede înFig. 3, adâncimile de penetrare ale proiectilelor fluctuează cu adâncimea pe măsură ce numărul de straturi crește, totuși se observă o scădere de la 9 la 12 straturi în toate cazurile.S-a observat că proiectilele cu punct gol au pătruns în straturile de Kevlar și în acest proces punctul gol a fost blocat cu materialul Kevlar.Odată ce aceste proiectile cu punct gol ajung la gelul balistic, ele funcționează în același mod ca un proiectil FMJ.Datorită motivului menționat mai sus cu probele de Kevlar utilizate, proiectilele au pătruns mai mult în gelul balistic în comparație cu testele efectuate fără Kevlar.Doar odată ce au fost pătrunse suficiente straturi de Kevlar pentru a absorbi suficientă energie, proiectilul a prezentat caracteristici de scădere a pătrunderii în gelul balistic.Această caracteristică a fost observată în celelalte teste, cu diferitele greutăți Kevlar prezentate în această lucrare.

3.4.200 GSMKevlar

Testele de 200 GSM Kevlar au fost efectuate cu mostre de 3, 6, 9, 12 și 15 straturi.Deoarece 200 GSM Kevlar este folosit în mod obișnuit pentru vestele antiglonț, s-a decis să se efectueze teste cu 15 straturi.Rezultatele pătrunderii în gelul balistic sunt prezentate înFig. 4.

Testele efectuate cu 3 straturi de 200 GSM Kevlar arată că proiectilele Parabellum FMJ de 9 mm au trecut prin gel balistic și distanțele pe care le-au parcurs în comparație cu carcasa fără Kevlar nu au fost reduse.Proiectilele Parabellum cu vârf de 9 mm au apărut așa cum era de așteptat, iar proiectilul Parabellum de 9 mm numărul 4 avea mantaua de alamă blocată în gelul balistic, dar proiectilul de plumb a continuat și s-a oprit așa cum este înregistrat înFig. 4.

Cu 6 straturi de Kevlar de 200 GSM, s-a observat că distanța de penetrare a proiectilului 1 în gelul balistic a scăzut în timp ce proiectilele 2, 3 și 4 au mers mai departe în gelul balistic în comparație cu cazul fără Kevlar.

Testele efectuate cu 9 straturi de Kevlar de 200 GSM arată că proiectilul numărul 2 a călătorit mai mult în gelul balistic, comparativ cu carcasa fără Kevlar.S-a observat că proiectilele 3 și 4 aveau Kevlar blocat în punctul gol, ceea ce a împiedicat apariția ciupercilor.Proiectilele 3 și 4 au călătorit mai departe în gelul balistic după ce au pătruns 9 straturi de Kevlar de 200 GSM în comparație cu carcasa fără Kevlar.

La testele efectuate cu 12 straturi de 200 GSM Kevlar, s-a observat că proiectilele Parabellum FMJ de 9 mm, numărul 1 și 2, au avut un cap mai plat după penetrare.Proiectilul numărul 4, deși nu s-a înmulțit prea mult cu vârful gol blocat cu Kevlar, a fost mai mult turtit în cap.Proiectilul numărul 3 nu s-a răspândit prea mult, dar au existat dovezi că vârful capului a fost deformat.

Testele efectuate cu 15 straturi de 200 GSM Kevlar, au avut ambele proiectile FMJ indicând semne de ciuperci.Numerele proiectilelor 1 și 2 arată o scădere a adâncimii de penetrare în gelul balistic comparativ cu cazul fără Kevlar.În cazul de față, proiectilele 3 și 4 au fost oprite de straturile de Kevlar.

Așa cum se vede înFig. 4, când sunt luate în considerare mediile dintre puncte, pare să indice un gradient liniar de scădere a pătrunderii în gelul balistic, odată ce a fost atins un vârf la aproximativ 6 straturi de 200 GSM Kevlar.Kevlarul de 200 GSM arată o performanță mai bună în comparație cu Kevlarul de 160 GSM, așa cum era de așteptat.La 15 straturi de Kevlar de 200 GSM, proiectilele numărul 3 și 4 au fost oprite, dar nu și proiectilele numărul 1 și 2. În urma gradientului mediu, se estimează că proiectilele numărul 1 și 2 vor fi oprite folosind posibil 18 și 21 de straturi de 200 GSM Kevlar, respectiv.

• Testele 400 GSM Kevlar au fost efectuate folosind mostre de 3, 6, 9 și 12 straturi, așa cum este indicat de rezultatele prezentate înFig. 5.

4. Analiza si discutarea rezultatelor

Fig. 6arată compararea adâncimii de penetrare a diferitelor proiectile în 3 straturi de 160 GSM, 200 GSM și 400 GSM Kevlar.Așa cum se vede înFig. 6, cu proiectilele cu punct gol Parabellum de 9 mm, 3 straturi de 200 GSM Kevlar au oprit proiectilele pe cea mai scurtă distanță.3 straturi de 400 GSM și 160 GSM Kevlar au oprit cel mai mult proiectilele 1, respectiv 2.

Fig. 7,Fig. 9indică faptul că nu există caracteristici similare cu proiectile diferite pentru două numere diferite de straturi de GSM similar.Un exemplu este 12 straturi de 200 GSM Kevlar și 6 straturi de 400 GSM Kevlar.Ambele mostre au un total de 2400 GSM Kevlar fiecare.Când se compară aceste două mostre diferite, ele nu reduc distanța proiectilelor cu o cantitate similară.Corelații și concluzii similare pot fi observate din 3 straturi de 400 GSM Kevlar și 6 straturi de 200 GSM Kevlar.Fiecare dintre aceste cazuri are 1200 de mostre GSM, dar nu au caracteristici similare în rezultate.

Curbele medii pentru proiectilele 1 și 2, prezentate înFig. 4, indică faptul că proiectilele s-ar opri cu 6 și, respectiv, 7 multipli de 3 straturi de 200 GSM Kevlar (adică 18 și 21 de straturi de 200 GSM Kevlar).Există o tendință care dublează aproximativ numărul de straturi de Kevlar necesare, în comparație cu Kevlarul deteriorat real pentru a opri proiectilele.Cu 18 și 21 de straturi de 200 GSM Kevlar, proiectilele 1 și 2 se vor opri în aproximativ 9 și 10 straturi de Kevlar.Acest număr de straturi se corelează cu numărul de straturi de Kevlar pe care le conțin vestele antiglonț numai Kevlar disponibile comercial.

Câteva articole pentru referință:

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

Videoclipuri pentru referință:

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

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

5. Concluzii

Comparații între 160 GSM, 200 GSM și 400 GSMKevlarsub impact balistic au fost realizate cu teste balistice efectuate cu muniție Parabellum de 9 mm și cu număr diferit de straturi de Kevlar.S-a observat că câteva straturi de Kevlar nu sunt eficiente în oprirea proiectilelor, ci mai degrabă forțează proiectilele să călătorească mai departe în gelul balistic.Doar odată cu creșterea numărului de straturi s-a observat scăderea pătrunderii proiectilului în gelul balistic.Motivul pentru acest vârf de penetrare, în special cu proiectilele cu vârf, sa datorat umplerii găurii cu material Kevlar și făcându-l să funcționeze ca un proiectil FMJ.Gradienți negativi medii similari au fost observați între proiectilele FMJ și cu punct gol, odată ce vârful a fost atins.

Rezumând contribuțiile acestei lucrări, se poate concluziona:

• 1)

• Eficacitatea diferitelor straturi de 160 GSM, 200 GSM și 400 GSM de Kevlar stratificat cu gel balistic a fost investigată și s-a constatat că 200 GSM Kevlar a fost mai eficient pentru oprirea unui proiectil Parabellum de 9 mm.

• 2)

• S-a constatat că nu există o relație liniară între două tipuri diferite de Kevlar cu greutăți diferite (cum ar fi 200 GSM și 400 GSM Kevlar), stratificate în așa fel încât să aibă aceeași greutate combinată.

• 3)

• Au fost testate patru tipuri diferite de muniție Parabellum de 9 mm, iar adâncimile lor de penetrare în gelul balistic au fost identificate pentru diferite straturi de Kevlar.

• 4)

• S-a evaluat că pentru o muniție Parabellum de 9 mm, care este cel mai frecvent utilizată în întreaga lume, sunt necesare minim 21 de straturi de 200 GSM Kevlar pentru a opri proiectilul.Se sugerează ca, ca măsură de siguranță, să fie inclus un factor de siguranță suplimentar, deoarece penetrarea depinde și de profilul proiectilului.

Pe baza rezultatelor prezentate mai sus pentru caracteristicile straturilor de Kevlar de greutate diferită, se speră că aceste caracteristici pot fi utilizate pentru a dezvolta și proiecta veste antiglonț sigure și eficiente.

Tendința generală că este necesară dublarea cantității de straturi de Kevlar în comparație cu cantitatea reală de straturi deteriorate, ar merita să fie explorată în cercetări ulterioare cu diferite muniții.Cercetările viitoare ar putea, de asemenea, să indice efectul de penetrare pe care proiectilele și muniția de calibru mai mic îl au asupra Kevlarului în comparație cu cel al muniției Para de 9 mm.În mod similar, cercetările viitoare vor putea identifica modul în care diferitele muniții și proiectile penetrează Kevlar de 200 GSM, cum ar fi Kevlarul folosit doar în vestele antiglonț.Cu caracteristicile observate cu proiectilele cu vârf cav pătrunzând mai adânc în gelul balistic, după ce punctul gol este blocat cu Kevlar, cercetările viitoare ar permite să se identifice dacă un efect similar ar fi experimentat într-un scenariu în care proiectilul a pătruns în îmbrăcăminte, înainte de a pătrunde în carne. .

Mulțumiri

Cercetarea a fost finanțată parțial de cătreFundatia Nationala de Cercetare.Următoarele companii și persoane sunt recunoscute pentru asistența, îndrumarea și utilizarea facilităților lor, în ordine alfabetică: Borrie Bornman, John Evans, Centrul de evaluare și formare a competențelor în arme de foc (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Dealer de arme de foc și Armurier;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Ferma și rezervația naturală River Valley (+27 82 694 2258;https://www.rivervalleynaturereserve.co.za/;info@jollyfresh.co.za), Marc Lee, David și 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 și Leonie Stopforth.Trebuie menționat că opiniile autorilor din această lucrare nu sunt neapărat opiniile companiilor, organizațiilor și persoanelor menționate mai sus.Autorii nu au primit niciun câștig financiar pentru testele efectuate.