Energia cinética, à prova de bala, faca ou escudo de agulha ... todos sabem o que é um colete à prova de bala. Mas com base em qual princípio físico um "pano" ou uma placa rígida para uma bala ou uma faca e qual é o material feito para proteger você de um corpo penetrante? Qual a ergonomia, qual o peso e qual a relação benefício / risco para o usuário? Qual (ideal) vida útil do material de proteção? em resumo, uma visão geral rápida para ajudá-lo a escolher a proteção certa e levar em consideração as restrições que a acompanham!
Começaremos definindo o essencial (para quem dá pau vá para o resto do artigo), o que é energia cinética? Vamos mantê-lo simples e conciso

  • É a energia de um corpo em movimento (neste caso, a bala, a faca ou a seringa). Essa energia dependerá da massa do corpo em questão e de sua velocidade. A energia cinética é expressa em joule. No caso de uma bola - que será o exemplo mais simples e mais revelador -, é a energia cinética liberada que determina seu poder de penetração (com um conjunto de outros fatores, como o calibre da bola, sua forma, seu material, o poder da explosão que permitirá imprimir a força inicial - colocando em movimento a bola e o comprimento do cano - o que permitirá o acúmulo de energia até a boca ).
  • Para calcular a energia cinética de uma bola (ou de outro objeto) será necessário aplicar a seguinte fórmula:
  • Ec = 0,5 × m × v 2
  • Ec: energia cinética
  • m: massa - expressa em quilos
  • v: velocidade (ao quadrado) - expressa em metros (por segundo, minuto, etc.)
    • Portanto, para uma bala de 9x19mm, com um peso de 8 gramas (0,008 Kg) e projetada a uma velocidade de 350 m / s dá:
      • 0,5 × 0,008 (a massa expressa em Kg): 0,004
      • 350 × 350 (o quadrado da velocidade da bola em m / s): 122500
      • Portanto: 0,004 × 122500: 490 joules
  • O fascinante da energia é que ela não pode ser perdida, apenas transferida. Uma vez fora do cano - e assim uma vez no ar - a energia de uma bala sofre atrito (dilatando o ar com precisão) e transfere parte dele, até o impacto naquele alvo . Ao impacto, a energia remanescente será transferida em sua totalidade (dependendo obviamente da natureza do alvo) e causará o dano que vai bem em tecidos, ossos, órgãos ...É aqui que o material à prova de balas fará o trabalho!
A ideia geral é, portanto, absorver (parar o projétil morto é tentador mas ... lembre-se que a energia não sofre uma perda, apenas uma transferência - deixo você imaginar para onde irá se o material de proteção parou o projétil sem absorver sua energia eh ...) a transferência de energia do projétil em uma superfície (o maior possível) que não o seu corpo. O que fica complicado é que a ponta de uma faca ou o cone de uma bala têm superfícies de impacto relativamente “pequenas” enquanto concentram uma energia fenomenal!

comparação de energia cinética

Aço balístico, Kevlar, Goldflex, polietileno, dyneema, cerâmica... Antes de apresentar as propriedades mecânicas dos materiais de proteção, uma pequena lista daqueles usados ​​em todos os coletes do mercado (eu excluo deliberadamente os materiais das nanotecnologias, do bio-aço - as famosas cerdas de aranha - ou modificações celulares de artista Jalila Essaïdi):

  • Fibras (disponível em folhas flexíveis):
    • As para-aramidas
      • Twaron (empresa Teijin)
      • Kevlar (empresa Dupont)
      • Goldflex (empresa da Honeywell)
    • Polietilenos
      • Spectra (empresa da Honeywell)
      • Dyneema (empresa DSM)

De todas as suas fibras, retemos o Goldflex (maior capacidade de resistência, melhor comportamento de torção - mais caro para produzir) e Dyneema (maior relação peso / força do que seus concorrentes e uma notável resistência a umidade, abrasão e UV).

Mais uma vez, repassamos o processo de manufatura e os diferentes estágios de transformação das fibras, as tecelagens utilizadas, bem como as propriedades físicas de cada material ou suas variações (para informações existem 6 diferentes tipos de Kevlar, sem contar os tipos de Dyneema, obtidos de acordo com um protocolo de fabricação diferente - Eu não tenho tempo suficiente para escrever um livro ... Mas se você estiver interessado, envie-nos uma mensagem, nós lhe enviaremos a documentação).

Você encontrará uma dessas fibras em todas as folhas flexíveis disponíveis no mercado. Possuem mais ou menos as mesmas capacidades mecânicas - capacidade de absorção em joules por m2 - com variações na resistência à umidade, exposição aos raios ultravioleta e abrasão. Obviamente alguns serão "melhores" do que outros, mas em qualquer caso será necessário considerar que uma placa danificada (após a absorção de um tiro, uma exposição a um agente químico, uma lágrima ...) deve imperativamente ser substituído.

dyneema de fibra balística

  • Aços (disponível em placas rígidas ou recortes específicos para a proteção de um veículo ou edifício):
    • Armadura ou Armox 500 - dependendo do fabricante
      • Sem entrar em detalhes um aço com a estrutura específica, usado para a fabricação de placas balísticas rígidas e estruturas à prova de balas para veículos, edifícios modulares ... Declínio na espessura variável, dependendo da necessidade.
      • A indicação 500 refere-se ao índice de dureza (escala Brinell)
      • Nós passamos os aços com um índice de 550 ou mais, eles não são usados ​​para a fabricação de elementos de proteção pessoal.
  • Cerâmica - ou melhor, um material compósito, incluindo cerâmica (disponível em placas rígidas ou esferas, exclusivamente para uso à prova de balas):
  • Composto principalmente de uma primeira camada de epóxi ou fibra de vidro - proteção da placa contra lascas, arranhões, choques contundentes ... - cerâmica (alumina, carboneto de boro ...), depois camadas de UHMWPE em polietileno (polietileno de ultra alto peso molecular) ou uma fibra balística flexível (veja acima) que irá garantir a dispersão de energia sobre toda a superfície da placa. Isto é o que dá a famosa placa balística SAPI (Small Arms Protective Insert)
  • As três fórmulas de cerâmica usadas (mais comumente) para a fabricação de uma placa de proteção balística:
    • Óxido de alumínio (Al2O3 - vulgarmente conhecido como Alumina)
      • É a fórmula mais econômica (ao custo de fabricação e ao volume de material a ser usado para obter um nível ótimo de proteção) e a de maior densidade - dependendo da pureza do produto final - em seu processo de fabricação deve exibir uma pureza de 90 em 99,95% e uma porosidade menor que 2%
    • Carboneto de boro (B4C)
      • 2 vezes mais duro que a alumina, mas também de menor densidade, é o material ideal para "parar" uma bala ... só que é caro de produzir, extremamente frágil para "rasgar" - que é a característica de uma bala perfurante por exemplo - e que requer um processo de fabricação diferente dependendo se se deseja obter proteção ideal para a absorção de uma ou mais. Para explorar seu desempenho excepcional, o carboneto de boro é geralmente usado em conjunto com o carboneto de silício.
    • Carboneto de silício (SiC)
      • Encontramos, grosso merdo, as mesmas capacidades físicas do carboneto de boro, porém com uma densidade mais alta. A combinação de uma dureza quase semelhante à alumina e ao carboneto de boro com sua densidade - dependendo do processo de fabricação - mais ou menos alta torna a escolha ideal para (ou contra) as esferas em velocidade muito alta ou piercing.
    • Deve-se notar que o componente cerâmico, por natureza, é "quebradiço" e que a placa de proteção de cerâmica invariavelmente sofrerá danos significativos no impacto - isto é mesmo em parte o que garante a transferência de energia e l parando o projétil. Discutiremos a diferença entre "single" e "multi" acertos (placa que apresenta a possibilidade de absorver a energia de um ou mais projéteis) mas, conforme observado na introdução ao capítulo "cerâmica", para garantir a consistência do material, permitindo-lhe reter suas propriedades balísticas e evitar a projeção de estilhaços, envolve a adição de um material compósito (na capa - epóxi, resinas de fibra de carbono de poliéster) e um material balístico (para base de polietileno ou fibra de aramida por exemplo - permitindo a redução de microfissuras na placa cerâmica e a absorção ótima de energia cinética. A maioria das placas de cerâmica também tem uma camada de material (espuma fenólica) por sua resistência ao fogo e propriedades de isolamento térmico.

Em suma, quanto mais rígida a placa cerâmica (e feita em conjunto com uma “manta” e “reforçada” com fibra balística), mais “dura” a cerâmica utilizada - mais dura que o material da bala - melhor ela é. 'Leste!

  • O polietileno de alto desempenho (UHMWPE - polietileno de ultra alto peso molecular) em sua forma composta laminada (em sua versão de fibra o UHMWPE é - em particular - os materiais de proteção balística Dyneema e Spectra na forma de placas balísticas flexíveis) - novamente o O material será colado na forma de placas individuais ou cortado no tamanho para proteção de veículos ou aeronaves. Vamos simplificar: até o momento, é o composto termoplástico mais resistente (a choques, solventes, abrasão) e dificilmente absorve umidade. Composto por uma repetição de unidades monoméricas (aproximadamente a repetição da estrutura de uma macromolécula - milhares de vezes. Polimerização), o UHMWPE pode ser feito em vários processos (com a impregnação de uma matriz termostática , com um número mais ou menos alto de filamentos ou de seção mais ou menos larga, com uma fiação particular ...) e a placa protetora pode ter um número variável de folhas (a "folha" de UHMWPE fabricada por DSM Dyneema ® SB71 por exemplo), mas no caso de uma placa rígida sempre será apresentado na forma de compósito. A sua baixíssima densidade e excepcional capacidade de resistência tornam-no o material ideal para uma ótima relação proteção / peso.
  • Você encontrará o UHMWPE na composição da maioria dos escudos e visores balísticos - especialmente porque permite transparência e, portanto, uma visão ideal para o usuário.
  • Uma placa UHMWPE não pode ser usada para proteção contra uma bala perfurante ou em alta velocidade (um conjunto de teste demonstrou isso), mas será um excelente aditivo à placa de cerâmica para permitir um tipo de placa individual em "sanduíche" - a placa de cerâmica e compósito conforme apresentado acima - que fornecerá proteção contra a maioria dos calibres leves (excluindo certas munições específicas, o .50 BMG, .408 CheyTac, basicamente qualquer coisa que também possa servir como um calibre anti-veículo )

arranjo cerâmico

Ótimo ! Então, como isso funciona na prática? Relativamente simples! seja uma fibra, aço ou cerâmica, o importante é:

  1. Que a estrutura molecular do material tenha uma capacidade máxima de absorção de energia.
  2. Que a absorção de energia ocorre na maior superfície possível.
  3. No caso de um colete à prova de bala, a força do impacto sobre o material de proteção permite a deformação (e, portanto, reduz a concentração de energia ao permitir que a bala se expanda) ou a explosão da projétil.

Para os materiais de proteção "flexíveis" propostos (kevlar, goldflex, spectra ou dyneema):

Por uma questão de popularização, rejeito voluntariamente as diferenças estruturais entre para-aramidas e polietileno.. Imagine uma rede de quadra de tênis (ou uma rede de gol de campo de futebol). Quando uma bola (ou bola) atinge a rede ela se deforma de forma cônica e os fios que compõem a rede absorvem a energia a 360 ° até que seja totalmente absorvida e a bola pare . O material têxtil "macio" de uma placa à prova de balas agirá exatamente da mesma maneira, exceto que o trauma causado por uma penetração cônica muito poderosa - e em uma superfície muito pequena - no interior do corpo pode ser. tão mortal como se o projétil realmente penetrasse no corpo. A diferença, portanto, está em uma malha de fibra muito mais apertada do que a malha de uma rede esportiva. Essa malha muito fina permitirá a dispersão da energia por toda a superfície da placa e, portanto, a redução da deformação cônica que lhe é imposta pelo projétil (voltaremos a isso no capítulo sobre as várias padronizações oficiais).

Para permitir esta dispersão de energia e a parada completa do projétil antes da penetração, é necessário:

  • A sucessão de camadas têxteis que atuam individualmente como uma rede
  • Uma malha de cada camada que é suficientemente fina para uma dispersão máxima da energia em toda a sua superfície
  • Que no impacto a transferência de energia atua sobre o próprio projétil “esmagando-o” para eliminar parte da penetração devido ao formato cônico das balas - e assim contribuindo para aumentar a superfície de “pega”. no comando 'da bola
  • Que a fibra utilizada possui propriedades excepcionais de resistência à tração
  • O caso específico de placas de proteção de faca ou seringa:
  • A diferença de velocidade (velocidade) de um golpe realizado com uma faca (ou uma palheta ou uma seringa) é muito menor do que a de uma bala (mesmo de calibre muito pequeno). Na verdade, os fabricantes (a primeira padronização de placas anti-facas datam de ... 1993) tiveram que adaptar a resistência mecânica das fibras normalmente usadas para parar os fardos.
  • As fibras utilizadas têm os mesmos nomes comerciais - Dyneema ou Kevlar - mas o processo de fabrico difere para obter uma malha capaz de absorver e parar a progressão de uma lâmina ou de uma seringa na superfície da placa.
  • Voltaremos mais tarde, mas foi o Inglês (droga rosbife), que (assim 1993) através da HOSDB (Home Office Filial Desenvolvimento Científico - instituto científico do Ministério do Interior que) desenvolver uma norma específica projetada para proteção contra lâminas de facas ou seringas (capacidades balísticas, protocolo de teste, níveis de eficiência, etc.)
  • Note-se que uma placa de ponta de faca pode ser transportada em conjunto com uma placa à prova de balas

Para os materiais de proteção "duros" propostos (cerâmica e UHMWPE):

O processo é um pouco diferente! O objetivo de uma placa dura é proteger seu usuário dos danos mecânicos de uma munição muito mais rápida (potencialmente com um design projetado para aumentar a penetração ou concentração de energia cinética em uma pequena área). O comportamento de uma bala de calibre mais “modesto” (ou com menor explosão inicial) ao atingir uma placa “têxtil” não será absolutamente idêntico no caso de uma bala mais rápida e mais “bala”. poderoso ". Por um lado porque a energia cinética liberada poderia permitir que o projétil penetrasse na superfície protetora sem problemas - e continuasse sua trajetória no corpo do usuário - e por outro lado porque mesmo em caso de absorção da energia a deformação cônica imposta mecanicamente causaria danos fisiológicos potencialmente tão fatais como se não houvesse proteção alguma. Portanto, é imperativo que a placa dure:

  • Consiste em um material mais duro que o oposto (a bola que tenta penetrar)
  • Que a absorção de energia é feita (como para placas flexíveis) na maior área possível
  • Que no impacto (sempre como em placas flexíveis) o projétil cai ou se desintegra ao máximo
  • O caso particular de "multi-hits" (a placa capaz de absorver a energia de vários projéteis em sucessão):
  • Nada muito complicado - veja o capítulo "Cerâmica - ou melhor, um material composto incluindo cerâmica" que detalha a estrutura de uma placa composta por diferentes camadas (revestimento protetor - epóxi, cerâmica, material balístico composto e potencialmente uma camada de espuma fenólica).
  • É esta composição em “sanduíche” que permitirá reter principalmente as propriedades da cerâmica (que, como indicado acima, se fragmentará ao primeiro impacto). Mesmo sendo um material cerâmico “peça”, tão logo o desenho “sanduíche” retenha sua estrutura inicial - em suma, a cerâmica da peça permanece comprimida em sua matriz (antes do primeiro impacto), retendo suas propriedades mecânicas. O material balístico composto continuará a cumprir sua função de absorção de energia.
  • Além da composição em "sanduíche", entra em jogo o tipo de estrutura utilizada para a superfície cerâmica. De acordo com os testes citados a seguir, é imprescindível que a cerâmica seja colocada não em uma peça, mas em vários "ladrilhos". Esta telha mantém intacta a capacidade de proteção das peças adjacentes à telha que absorveu o primeiro impacto. Lógico o quê.
  • Com base em um teste comparativo V50 (velocidade 50 - ver abaixo) feito por senhores Horsfall e Buckley e Watson et ai (vejam no Google se os testes são de seu interesse) com placas e placas intactas o resultado indica (dependendo da velocidade da bala no impacto / com munições 7,62 / em placas SAPI de alumina) uma diminuição no desempenho de 3 para 8%. Isso ainda permite observar que o material retém uma capacidade de 24 12% maior que os requisitos do padrão.
  • Atenção : mesmo se o material funcionar, ele não será capaz de protegê-lo contra dezenas de impactos! Resumindo, cubra a fissa!
  • O caso particular de placas “autônomas” (a placa que fornece o nível de proteção que indica - dependendo do padrão escolhido para seu teste - sem ser usada em conjunto com outra placa de proteção (flexível):
  • Novamente é uma placa protetora (dura) que terá se beneficiado de um processo de fabricação ou uma estrutura que permite seu uso sozinha, sem ser usada em conjunto com o suporte de uma placa flexível (convencionalmente uma placa protetora usada em um colete E uma placa dura usada por cima em um compartimento previsto para esse fim). Resumindo, você pode usar esta placa em um “porta-placa” tático - o que irá reduzir o volume e o peso representado pela combinação do colete com placa macia + placa rígida assim como o conforto de movimentação do usuário. Obviamente isso também reduz a superfície protetora, mas se você tem mais ou menos certeza de enfrentar tiros de calibre mais potentes do que aqueles "tratados" por uma placa flexível ... é melhor não ficar entediado - pense no risco de danos. fragmentos de estilhaços ...
  • A placa "anti-trauma":
  • Simples: é uma placa flexível adicional (geralmente em fibra, mas costumava existir em aço ou alumínio) que é embalada em um formato muito mais fino do que a placa à prova de balas flexível clássica (mas no mesmo material, portanto). A ideia não é oferecer uma proteção "adicional", mas limitar a deformação cônica no impacto (e o trauma fisiológico que dele resulta) otimizando a superfície de dispersão de energia e o esmagamento do projétil. no impacto.

Mas então que tipo de placa impede que tipo de medidores ou cavacos?

Cada país industrializado - França, EUA, Alemanha, China, Rússia, Inglaterra ... Definiu, em um momento ou outro, um protocolo de teste que define as capacidades de proteção (para estilhaços, munições, efeito de explosão e facas) de cada material utilizado. Os diferentes protocolos oferecem todos (em função dos constrangimentos exigidos para os testes) uma escala que permite determinar qual o produto mais adequado para o risco a tratar.

Bem, começamos com a casa, hein? Isso é o menos importante! O protocolo francês e a escala de avaliação, portanto:

  • Pois bem, há um pequeno problema: a AFNOR (Association Française de Normalization) não oferece um protocolo específico para materiais à prova de balas utilizados para proteção pessoal ou em veículos.
  • Observe, entretanto:
    • Normas NF A36-800-2 e NF A50-800-2 (chapas de aço soldáveis ​​laminadas a quente para blindagem - Parte 2: método de teste de incêndio)
    • A norma NF P 78-401 (substituída pela norma europeia NF EN 1063 - Vidro no edifício - Vidros de segurança - Ensaios e classificação da resistência ao ataque por bala
    • A norma NF EN 1522 / 1523 (janelas, portas, fechos e persianas - À prova de balas - Prescrições e classificação)
    • Em suma, nenhum comentário ...

O protocolo americano e a escala de classificação:

  • Todos vocês conhecem o padrão estabelecido pelo NIJ. Mas os riquenhos gostam de fazer em grande! Portanto, isso dá:
  1. Os padrões definidos pelo NIJ (National Institute of Justice - órgão federal americano de pesquisa científica e padrões):

NIJ Standard 0101.07 - Resistência Balística (calado)
NIJ Standard 0101.06 - Resistência Balística
NIJ Standard 2005 Requisitos Provisórios para Resistência Balística
NIJ Standard 0101.04 - Resistência Balística
NIJ Standard 0101.04 Revisão A - Resistência Balística
NIJ Standard 0101.03 - Resistência Balística
NIJ Standard 0115.00 - Resistência ao Punhal
NIJ 0104.02 Standard - Capacetes Anti-Motim e Escudos Faciais
NIJ Standard 010600 - Capacetes
NIJ padrão 0117.00 - padrão de terno de bomba de segurança pública
NIJ Standard 0108.01 - Materiais de proteção balísticos
Protocolo de teste da armadura corporal do FBI 2008
Procedimento de teste de capacete HP branco 401-01b

  1. Os padrões definidos pelos militares dos EUA:

MIL-STD-662F, PADRÃO MILITAR: TESTE BALÍSTICO V50 PARA ARMADURA

O protocolo alemão e a escala de classificação:

  • Com minhas desculpas, impossível encontrar uma versão dos documentos em francês ou em inglês, por isso dou-lhe a versão original em alemão - você ainda tem que usar o google translate hein ...
  1. O organismo de certificação alemão (Vereinigung der Prüfstellen für angriffshemmende Materialien und Konstruktionen) definiu os seguintes padrões:

Suporte para VPAM KDIW2004: 18.05.2011
Suporte para VPAM KDIW 2004: 12.05.2010
Suporte VPAM HVN 2009: 12.05.2010
Edição VPAM APR 2006: 2009-05-14
Suporte para VPAM BSW 2006: 14.05.2009

O protocolo russo e a escala de classificação:

  • O GOST (para os interessados ​​em uma tradução do documento, envie-me uma mensagem, sabemos como fazê-lo internamente).

GOST R 50744 95

O protocolo de inglês e a escala de avaliação:

  • Recorde-se que foi o instituto científico inglês que primeiro definiu um protocolo específico para materiais fabricados para proteção contra facas e seringas 2013.
  1. Organismo de certificação inglês - HOSDB (Home Office Scientific Development Branch) definiu os seguintes protocolos:

Padrões de Armadura HOSDB para a Polícia do Reino Unido (2007)
Padrões de Armadura HOSDB para Polícia do Reino Unido (2007) 1 Parte: Requisitos Gerais
Padrões de Armadura HOSDB para a Polícia do Reino Unido (2007) Parte 2: Resistência Balística
Padrões de Armadura HOSDB para Polícia do Reino Unido (2007) Parte 3: Resistência a Facas e Pinos

O protocolo chinês e a escala de avaliação:

  • Espero que você tenha algumas noções de inglês, esta é a única versão que encontrei - excluindo o chinês e o mandarim, obviamente ...
  1. O padrão é definido sob o nome:

GA 141 2010

Protocolo da NATO e escala de classificação (STANAG) - exclusivamente para veículos e aeronaves:

  • Este protocolo é expresso em volumes 2 (voo NATO AEP-55 STANAG 4569 1 e 2)
  • Não se destina a elementos de proteção pessoal, mas exclusivamente para veículos e aeronaves
  1. A tabela padrão está disponível aqui:

NATO AEP-55 STANAG 4569

Protocolo e escala de classificação da Austrália e Nova Zelândia:

  • Deve-se notar que este protocolo leva em conta apenas armas curtas e calibre de caça .12
  1. O padrão é definido sob o nome:

AS / NZS 2343: 1997

AQUI UMA TABELA RESUMIDA DE PADRÕES PARA PROTEÇÕES INDIVIDUAIS E PROTEÇÕES PARA VEÍCULOS E AERONAVES

PEQUENAS DICAS ANTES (E APÓS) A COMPRA:

  • Pense na mobilidade e conforto de movimento - estar ainda sob o fogo inimigo é estar morto
  • Nenhum material de proteção garante que um projétil não penetre. Tenha confiança em seu material, mas de uma maneira racional, não se exponha de maneira inútil
  • Quando uma placa (flexível ou rígida) sofre um impacto ou degradação significativa ... ela não está mais operacional!
  • Quando você avalia o peso do seu colete ou das suas chapas, leve em consideração a carruagem da sua bolsa, sua munição, suas armas ...
  • Compre placas "anti-trauma". O custo é menor e em qualquer caso menor do que a dor e o conseqüente risco letal de danos fisiológicos causados ​​pela deformação interna de suas placas flexíveis no impacto
  • Lembre-se de que materiais eficientes têm uma vida inteira! Além da garantia fornecida pelo vendedor ou fabricante, você deve considerar que o material não está mais operacional
  • Observe as instruções de manutenção e proteção (umidade, exposição aos raios UV, exposição a solventes, etc.) indicadas pelo vendedor ou pelo fabricante.
  • Pratique o manuseio de suas armas e acessórios que carrega com o colete ou o porta-pratos nas costas! Vai melhorar suas sensações e seus reflexos

Boa sorte e, como sempre, fique seguro, seja abençoado!

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