Tecnología de Defensa: Estudio experimental de la capacidad antibalas del kevlar, de diferentes pesos y número de capas, con proyectiles de 9 mm.

2.1. Gel balístico

El gel balístico se elaboró ​​con gelatina sin sabor. La densidad y consistencia del gel deben ser las mismas que las utilizadas por el FBI. Para lograr la misma consistencia, siga las instrucciones de la referencia [30] se siguieron y se probaron 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 por completo. Tras verter la solución en los recipientes (para la mezcla anterior se utilizaron 2 recipientes de 5 L), se vierten 5 gotas de aceite esencial (aceite esencial de hoja de canela) sobre la solución y se mezcla suavemente. El aceite esencial se utiliza para disipar las burbujas de la solución y para mejorar el aroma del gel balístico. La solución se coloca en los recipientes refrigerados. El gel balístico está listo para su uso 36 h después de su elaboración, tras lo cual se envuelve en celofán. Hay un vídeo que muestra los detalles de la elaboración del gel balístico disponible enhttps://www.youtube.com/watch?v=0nLWqJauFEw.

La densidad del gel balístico se calculó en 996 km/m.3(99,6 % de 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/m3Una diferencia del 0,8% en las densidades se considera aceptable para que el gel balístico replique la carne de un cuerpo humano.

2.2.Kevlar muestras

En las pruebas se utilizaron tres pesos de tejido de Kevlar: 160 GSM, 200 GSM y 400 GSM. Dado que el Kevlar puede usarse como material tejido, su mayor resistencia se pudo aprovechar en una orientación de 0 a 90 grados. Las muestras se apilaron con una orientación −45/+45 (cuasi-isotrópica), que absorbe más energía en caso de impacto que las orientaciones de 0 a 90 grados apiladas una sobre otra.33Las muestras utilizadas en las pruebas se fabricaron en múltiplos de 3 capas, donde cada muestra se superpuso en el orden 90/±45/90. Al superponer dos o tres muestras, la última capa de una se colocó a 45° de la siguiente.

Las láminas de Kevlar se dividieron y cortaron en hojas A4 para prepararlas para su unión con la resina epoxi y el endurecedor recomendados. Las muestras se dejaron secar. Tras el fraguado de la resina, se cortaron y se atornillaron entre sí, colocándose en su posición para las pruebas.

Se realizaron pruebas balísticas con dos tipos de munición: munición de punta hueca encamisada (JHP) y munición de punta hueca encamisada (FMJ) del calibre 9 mm Parabellum (P o Para). El método empleado para analizar las muestras se describe a continuación:

• 1)

• Se instaló un cronógrafo para armas de fuego para medir la velocidad de las balas. El cronógrafo se colocó a 2 m de la boca del cañón para evitar que la llama de la boca del cañón 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 energía cinética...
  E=(1/2)mv2

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

• 3)

• ElKevlarLas muestras se colocaron frente al gel balístico, a 1 m del cronógrafo. Esta distancia de 1 m se debe a la necesidad de simular el peor escenario posible: una persona u objeto recibe un disparo a corta distancia.

• 4)

• La muestra se disparó con el proyectil pasando por el cronógrafo para determinar su velocidad inicial. Posteriormente, se penetra la muestra y el proyectil se aloja en el gel balístico. Las velocidades de las pruebas se utilizaron para obtener unavelocidad medialectura 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. Los pasos 3 a 5 se repitieron para cada muestra de Kevlar. Se repitió una prueba con una munición específica si el proyectil no se desplazaba en línea recta dentro del gel balístico o si penetraba la muestra de Kevlar en una zona considerada estructuralmente deficiente.

Con las muestras de 3 capas, los proyectiles FMJ Parabellum de 9 mm se desplazaron ligeramente menos en comparación con la vaina sin Kevlar. Los proyectiles de punta hueca se desplazaron más lejos que la vaina sin Kevlar. El proyectil Parabellum de 9 mm (número 4) no se deformó mucho, pero la camisa de latón comenzó a desprenderse.

Las pruebas que se llevaron a cabo con 6 capas de Kevlar de 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, y el proyectil número 4 recorrió casi la misma distancia que 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 fueron más lejos después de atravesar las 9 capas de Kevlar de 160 GSM, en comparación con los proyectiles disparados al gel balístico (sin Kevlar).

Las pruebas realizadas con 12 capas de Kevlar de 160 GSM muestran que todos los proyectiles presentan una tendencia decreciente en la profundidad de penetración en comparación con las 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, sin embargo, se observa una disminución de 9 a 12 capas en todos los casos. 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, se comportan 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. Solo una vez que se penetraron suficientes capas de Kevlar para absorber suficiente energía, el proyectil mostró características de una penetración disminuida en el gel balístico. Esta característica se observó en las otras pruebas, con los diferentes pesos de Kevlar como se presenta en este documento.

3.4.200 GSMKevlar

Las pruebas de Kevlar de 200 GSM se realizaron con muestras de 3, 6, 9, 12 y 15 capas. Dado que el Kevlar de 200 GSM se utiliza comúnmente en 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 tres capas de Kevlar de 200 GSM muestran que los proyectiles FMJ Parabellum de 9 mm atravesaron el gel balístico y que las distancias recorridas, en comparación con la vaina sin Kevlar, no se redujeron. Los proyectiles de punta hueca Parabellum de 9 mm se expandieron como se esperaba, y el proyectil Parabellum número 4 de 9 mm tenía la camisa de latón alojada en el gel balístico; sin embargo, 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 profundamente en el gel balístico en comparación con el caso sin Kevlar.

Las pruebas realizadas con 9 capas de Kevlar de 200 GSM muestran que el proyectil número 2 penetró más profundamente en el gel balístico que el casquillo sin Kevlar. Se observó que los proyectiles 3 y 4 tenían Kevlar bloqueado en la punta hueca, lo que impidió su expansión. Los proyectiles 3 y 4 penetraron más profundamente en el gel balístico tras 9 capas de Kevlar de 200 GSM, en comparación con el casquillo sin Kevlar.

En las pruebas realizadas con 12 capas de Kevlar de 200 GSM, se observó que los proyectiles Parabellum FMJ de 9 mm, números 1 y 2, presentaban una cabeza más plana tras la penetración. El proyectil número 4, aunque no se expandió mucho con la punta hueca bloqueada con Kevlar, se aplanó más en la cabeza. El proyectil número 3 no se expandió mucho, pero se observó una deformación en la punta de la cabeza.

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

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

• Las pruebas de Kevlar de 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 tres 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 la mayor cantidad de proyectiles 1 y 2, respectivamente.

Figura 7,Figura 9Indican que no existen características similares entre proyectiles con diferentes números 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 de Kevlar cada una. Al comparar estas dos muestras, se observa que la distancia de los proyectiles no disminuye de forma similar. Se pueden observar correlaciones y conclusiones similares con 3 capas de Kevlar de 400 GSM y 6 capas de Kevlar de 200 GSM. Cada uno de estos casos tiene muestras de 1200 GSM, pero no presentan 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 de 200 GSM, respectivamente (es decir, 18 y 21 capas de Kevlar de 200 GSM). Existe una tendencia a duplicar la cantidad de capas de Kevlar necesarias para detener los proyectiles, en comparación con la cantidad real de Kevlar dañado. Con 18 y 21 capas de Kevlar de 200 GSM, los proyectiles 1 y 2 se detendrían con aproximadamente 9 y 10 capas de Kevlar. Esta cantidad de capas se correlaciona con la cantidad de capas de Kevlar que contienen los chalecos antibalas comerciales fabricados exclusivamente con Kevlar.

Algunos artículos para su referencia:

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/chaleco-militar-vip-policial-ocultable-ligero.html

https://www.senkencorp.com/chaleco-antibalas/armadura-táctica-de-alta-calidad-para-uso-militar.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 GSMKevlarSe han realizado pruebas balísticas de impacto con munición Parabellum de 9 mm y diferentes números de capas de Kevlar. Se observó que unas pocas capas de Kevlar no detienen los proyectiles, sino que los fuerzan a penetrar más en el gel balístico. Solo al aumentar el número de capas, se observó una disminución en la penetración del proyectil. Este pico de penetración, especialmente con los proyectiles de punta hueca, se debió al relleno del orificio con Kevlar, lo que le permitió actuar como un proyectil FMJ. Se observaron gradientes negativos promedio similares entre los proyectiles FMJ y de punta hueca una vez alcanzado el pico.

Resumiendo las aportaciones de este trabajo, se puede concluir:

• 1)

• Se investigó la eficacia de diferentes capas de Kevlar de 160 GSM, 200 GSM y 400 GSM recubiertas con gel balístico, y se descubrió que el Kevlar de 200 GSM 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 200 GSM y 400 GSM), colocados en capas de tal manera que tienen 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, la más utilizada a nivel mundial, se requieren al menos 21 capas de Kevlar de 200 GSM para detener el proyectil. Se sugiere, como medida de seguridad, incluir un factor de seguridad adicional, ya que la penetración también depende 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 utilizarse para desarrollar y diseñar chalecos antibalas seguros y efectivos.

La tendencia general de que se necesita el doble de capas de Kevlar en comparación con la cantidad real de capas dañadas valdría la pena explorarla en futuras investigaciones con diferentes municiones. Investigaciones futuras también podrían indicar el efecto de penetración que los proyectiles y municiones de menor calibre tienen en el Kevlar en comparación con el de la munición Para de 9 mm. De manera similar, investigaciones futuras podrán identificar cómo diferentes municiones y proyectiles penetran el Kevlar de 200 GSM, como el Kevlar usado solo en chalecos antibalas. Con las características observadas con los proyectiles de punta hueca que penetran más profundamente en el gel balístico, después de que la punta hueca se bloquea 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 porFundación Nacional de InvestigaciónSe agradece a las siguientes empresas e individuos por su ayuda, orientación y uso de sus instalaciones, en orden alfabético: Borrie Bornman, John Evans, Firearm Competency Assessment and Training Centre (+27 39 315 0379;fcatc1@webafrica.org.za), Henns Arms (Distribuidor de armas de fuego y armero;www.hennsarms.co.za;info@hennsarms.co.za), Granja y reserva natural 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 de 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 en este artículo no reflejan necesariamente las de las empresas, organizaciones ni personas mencionadas anteriormente. Los autores no recibieron ningún beneficio económico por las pruebas realizadas.