[pt] DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS BALÍSTICOS LAMINADOS

[en] DEVELOPMENT AND CARACTERIZATION OF BALLISTIC LAMINATED COMPOSITES

[pt] MARCEL PASSOS ZYLBERBERG

[pt] COMPOSITO

[pt] COLETE BALISTICO

[pt] UHMWPE

[pt] BLINDAGEM

[pt] CARACTERIZACAO

[en] COMPOSITE

[en] BULLETPROOF VEST

[en] UHMWPE

[en] ARMOR

[en] CHARACTERIZATION

[pt] Ameaças contra a vida, principalmente por disparos de armas de fogo, impulsionam a pesquisa de novos materiais para fabricação de soluções para proteção balística individual. Os compósitos poliméricos reforçados por fibras de polietileno de ultra alto peso molecular revolucionaram esse campo nos últimos 15 anos e têm sido extensivamente estudados, principalmente por suas excepcionais propriedades mecânicas e baixa densidade, visando desenvolver materiais com alta capacidade específica de absorção de energia. Em desacordo, a produção desses compósitos é dominada por poucas empresas no mundo, e sua disponibilidade relativamente limitada, além do fato das placas balísticas serem materiais controlados e de domínio de fabricação restrito, o que dificultou a obtenção de informações. Neste sentido, a presente pesquisa buscou projetar, fabricar e caracterizar seis modelos de placas balísticas para proteção contra disparo de munição de fuzil, utilizando diferentes tipos de compósitos (préimpregnados) com a adição de camada da liga de titânio. A caracterização contou com ensaios de FTIR do CBPF, TGA e DSC da PUC-Rio, ensaio de tração (EMT) das fibras, de dureza, MEV e metalografia no CTEx. A análise do desempenho das placas foi realizada no CAEx e contou com câmera de ultra alta velocidade, equipamentos para ensaios balísticos e equipamento de varredura 3D a laser. Os resultados dos ensaios foram mensurados pela velocidade dos disparos e pela profundidade da deformação da face posterior de 16 placas. Foi possível concluir que a fabricação de protótipos mantendo os valores de espessura ou densidade de área da solução semelhante a de placas controle somente em pré-impregnado foi eficiente. O emprego da chapa da liga de Ti-6Al-4V com espessura de apenas 1mm se deu em substituição de até 30 por cento do material pré-impregnado. Na situação limite, foi possível obter placas que resistiram aos impactos de munição de fuzil com cerca de 95 por cento da velocidade especificada na norma, dentro da tolerância de deformação posterior.

[en] Life threats, mainly from firearms, incentive research into new materials for manufacturing personal ballistic protection. Polymer composites reinforced with ultra high molecular weight polyethylene fiber have revolutionized this field over the last 15 years and have been extensively studied, especially for their exceptional mechanical properties and low density, to develop materials with high specific energy absorption capacity. In disagreement, the production of these composites is dominated by few companies in the world, and their availability is relatively limited, besides the fact that ballistic plates are controlled materials and restricted manufacturing domain, which made it difficult to obtain information. In this sense, the present research aims to design, manufacture and characterize six models of ballistic plates for protection against firing of rifle ammunition, using different types of composites (prepregs) with the addition of a titanium alloy layer. The characterization included FTIR at CBPF, TGA and DSC tests at PUC-Rio, fiber tensile strength, SEM, and metallography at CTEx. The plate performance analysis was performed at CAEx and included an ultra high speed camera, ballistic testing equipment and 3D laser scanning equipment. Test results were measured by firing speed and depth of the back face deformation of 16 plates. It was possible to conclude that the prototyping keeping the thickness or areal density values of the solution similar to control plates only in prepreg was efficient. The use of Ti-6Al-4V alloy plate with thickness of only 1mm by replacing up to 30 percent of prepreg material. In the border situation, it was possible to obtain plates that withstood the impact of rifle ammunition at about 95 percent of the speed specified in the standard, within the back face deformation tolerance.

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

FRANCISCO JOSE DA CUNHA PIRES SOEIRO

MARCOS HENRIQUE DE PINHO MAURICIO

JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA

MARÍLIA GARCIA DINIZ

CARLOS FREDERICO DE MATOS CHAGAS

2020-06-09

2019-12-26

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=48531@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.48531