Materiales de protección ligeros y de alta tecnología. Parte de 1
La esfera de los materiales protectores es inmensa y de rápido desarrollo. Los nuevos materiales están ampliando las bases tecnológicas para la protección del personal y las plataformas de armas. Al mismo tiempo, las formas de negocios están cambiando, que se están alejando de los proveedores exclusivos y otros esquemas tradicionales comunes a industrias como la defensa y la seguridad.
La industria está tratando de responder rápidamente a las crecientes necesidades de los clientes militares, no solo con el objetivo de “aligerar la carga”, sino también al desarrollar las características igualmente importantes de los nuevos materiales de protección y los sistemas de protección de armaduras.
Los kits de protección RUAG se instalan en una amplia variedad de máquinas, desde autos ligeros 4x4 a MBT, por ejemplo, como este LEOPARD 2. El tanque digital LEOPARD 2A4 ha mejorado la protección del techo y los costados, sin mencionar la protección contra minas.
En confirmación, se pueden citar las palabras de Marco Manica, director del negocio de protección de DSM Dyneema, quien dijo en una entrevista: "Producimos la fibra artificial más duradera, y esta es la fibra DYNEEMA".
Un experto de la industria ha clasificado las soluciones de protección de DSM como una "nueva generación de protección de onda o balística". Las ofertas de la compañía, que él denominó "topes tecnológicos intransigentes", combinan materiales ligeros y un rendimiento superior, brindan comodidad junto con otras características de calidad y brindan a los clientes "todo lo que necesitan para realizar tareas críticas".
Manik destacó el material compuesto laminado HB basado en fibras de DYNEEMA como un ejemplo de un avance tecnológico en el campo de los sistemas de protección balística. De hecho, "la fibra DYNEEMA HB no solo es 15 veces más resistente que el acero, sino que tiene una gran cantidad de propiedades a las que prestamos la mayor atención", enfatizó, pero a la pregunta de qué quieren los clientes en primer lugar en esta área, respondió. que "quieren tener todas las opciones más ligeras para su equipo".
Cheryl Ingstad, jefe de prospectiva de cerámica en ZM, está de acuerdo con él: "Vemos una gran demanda en los Estados Unidos y en otros países para sistemas de protección contra la luz y es aquí donde nuestros esfuerzos se concentran hoy. Nos esforzamos por conciliar a fondo todos los aspectos de nuestro trabajo, desde la tecnología patentada y las actividades de investigación hasta la coherencia de nuestro personal y el perfeccionamiento de los procesos de producción, para proporcionar sistemas ligeros que reduzcan la carga sobre los militares, pero al mismo tiempo proporcionen el nivel de protección requerido ".
Como representante de Ceradyne (parte de la empresa ZM), Ingstad informó que hasta la fecha, las fuerzas armadas de los EE. UU. Han suministrado más de dos millones de forros para la armadura corporal y más del casco mejorado de combate mejorado con 100000.
A pesar de su masa relativamente pequeña, la UST "proporciona un mayor nivel de protección contra balas y astillas que cualquier otro casco de combate en historias- dijo Ingstad. "En comparación con otros cascos del mismo peso, el UST aumenta el nivel de protección anti-bala y anti-astilla en más del 35%".
Los primeros cascos ECH entraron en servicio con el ejército de EE. UU. En el año 2014.
La cartera de Ceradyne de sistemas de protección personal también incluye insertos livianos y mejorados para proteger contra las armas pequeñas. armas ESAPI (inserto de protección mejorado para armas pequeñas), que protege el cuerpo del fuego de las armas pequeñas. Disponibles inserciones de diferentes tamaños, se insertan en las divisiones internas especiales de la armadura para los militares de ambos sexos. "Suministramos forros para armaduras al Departamento de Logística del Ministerio de Defensa, que luego ejecuta las órdenes de cada unidad individual", dijo un representante de Ceradyne.
La empresa suministra modernos inserciones de protección ESAPI de diferentes pesos. El contrato actual del Departamento de Defensa de EE. UU. Prevé el suministro de insertos ultra pequeños, pequeños y medianos, cuya masa varía desde menos de 2 kg hasta casi 2,5 kg. Ceradyne también ofrece inserciones grandes y extra grandes para armaduras, que tienen una masa ligeramente más grande.
Ceradyne comenzó a enviar las inserciones un mes antes de lo programado en junio pasado. Según él, la compañía debe completar las entregas en este pedido al final de 2017.
Protección de vehículos y sus tripulaciones.
El representante de la empresa RUAG Defence evaluó los problemas y las tareas en el campo de los materiales de protección para vehículos, lo que, de hecho, se reduce a encontrar un compromiso entre la rentabilidad económica y la pérdida de peso máxima posible (maniobrabilidad fuera de la carretera, transferencia aérea, etc.). También soluciones que protegen a las tripulaciones y los autos de una variedad de amenazas, cada vez más dinámicas y más mortales. El representante de RUAG Defence también señaló: “Obviamente, las necesidades específicas difieren de un escenario a otro, pero siempre se intenta encontrar el equilibrio perfecto entre los niveles de protección y movilidad. Los que hablan sobre la variabilidad de las amenazas tienen razón, pero estamos constantemente explorando nuevas ideas en el campo de los materiales y las soluciones constructivas ".
Además, el representante de RUAG destacó la confusión de los límites entre los escenarios de amenazas modernas y los desafíos que estos escenarios plantean a los proveedores de materiales y sistemas de protección. “Los escenarios de amenazas ya no son tan seguros como lo eran antes. La distinción entre acciones militares simétricas y asimétricas se está borrando ante nuestros ojos; hoy en día, se necesitan soluciones híbridas que puedan cubrir una gama mucho mayor de amenazas ".
RUAG se esfuerza por cumplir con los desafíos globales actuales y desarrolla kits de protección que se instalan en una amplia variedad de vehículos, desde vehículos blindados 4x4 ligeros hasta los principales de combate. por tanques, por ejemplo, LEOPARD 2, y en este sentido, la cartera de la compañía en este sector está en constante expansión.
Luego, el representante de la compañía suiza continuó: “Para el PUMA BMP alemán, proporcionamos protección contra las minas junto con otros componentes de defensa. "RUAG emprendió el desarrollo de protección antiminas integrada, protección contra IED (dispositivos explosivos improvisados) y carcasas de perforación de blindaje para los vehículos blindados austriacos y belgas PANDUR I. La producción y el suministro de nuestros kits balísticos Roof PRO para el fabricante líder están en pleno apogeo".
Las fibras de aramida de alta tecnología se produjeron por primera vez en los 70 del siglo pasado. Las moléculas de esta fibra artificial se caracterizan por cadenas de polímeros relativamente fuertes. Estas moléculas están unidas por fuertes enlaces de hidrógeno que transfieren cargas mecánicas de manera muy eficiente, lo que hace posible utilizar cadenas con un peso molecular relativamente pequeño. Tejin siempre está buscando nuevas formas de optimizar sus soluciones y es sensible a las necesidades de sus clientes, desarrollando nuevas marcas de fibra de aramida. Cada marca, desde Тwaron a Technora y desde Teijinconex a Sulfron, tiene sus propiedades y campos de aplicación únicos para que los consumidores reciban equipos que cumplan con los requisitos modernos al máximo.
La vicepresidenta de Defensa de Alcoa, Margaret Cosentino, señaló otra tendencia paralela y, hasta cierto punto, competitiva en el campo de la protección de vehículos. Según ella, anteriormente, se prestó mucha atención al blindaje adicional de los vehículos que participan en las operaciones en Irak y Afganistán, y ahora hay un retorno a la velocidad, maniobrabilidad y maniobrabilidad como funciones para aumentar la capacidad de supervivencia del combate. “Por ejemplo, en operaciones especiales, se despliegan vehículos ultraligeros para grupos de combate. Alcoa está trabajando con la comunidad científica del Ejército de los EE. UU. Como parte de su programa Mobile Protected Firepower para obtener toda la información posible sobre materiales innovadores y tecnologías selectas para un sistema de fuego directo de alta precisión y alta precisión ".
Los productos de la compañía, Alcoa Defence, aumentan el ciclo de vida de los vehículos militares, su cartera incluye productos para vehículos nuevos y existentes. De hecho, los productos Alcoa de múltiples componentes, incluidos los obtenidos por extrusión, estampado, fundición, así como una gama completa de productos enrollados, se encuentran en vehículos tácticos con ruedas y vehículos de combate terrestres, que van desde armaduras de aluminio en jeeps HMWWV (como reacción a los IED) y camiones pesados todoterreno NEMTT, y termina con componentes de aluminio para nuevas plataformas, como el vehículo blindado JLTV.
"Primero, Alcoa Defense utiliza una amplia gama de materiales en sus actividades, ya que nuestro negocio se divide en partes iguales entre los productos de aluminio, titanio y níquel, lo que nos permite trabajar con los principales fabricantes de productos finales para obtener el material, la aleación y el tratamiento térmico necesarios. Requisitos para tareas especiales ", explicó Corentino. - Segundo, nos centramos en la integración vertical completa, desde el material hasta la forma del producto, hasta el mecanizado y el ensamblaje final. El aumento de la eficiencia de Alcoa contribuye a la eficiencia y la competitividad de nuestros clientes ".
Otro proveedor de sistemas de defensa en el campo de las máquinas militares es QinetiQ North America (QNA). Las explosiones antiadherentes de esta compañía LAST Armor Spall Liner se instalan en varias máquinas de la categoría MRAP de fabricación estadounidense, y sus asientos BlastRide de absorción de energía se instalan en vehículos de combate de infantería y transportes de personal blindados de diferentes países. Jeff Riu, jefe de sistemas de supervivencia de esta empresa, dijo: "Además, nuestras soluciones de protección pasiva RPG Q-NET están instaladas en más de máquinas 13000 en todo el mundo, por ejemplo, brindan protección para máquinas como MAXXPRO, PL-ATU, NEMT y STRYKER, así como plataformas de otros países. El sistema de protección Q-NET tiene el potencial de instalar el Ejército de los EE. UU. Y el Cuerpo de Marines en algunas variantes de vehículos blindados JLTV ".
QNA también desarrolla sistemas de protección individual para aviones y helicópteros, mientras que el Sr. Riu también compartió algunas de las recetas de "salsa secreta" de la compañía, que deben tener en cuenta las necesidades de sus clientes con respecto al costo, el peso y las características del producto final. Para proporcionarles la mejor solución. “Lo logramos trabajando con una variedad de materiales con excelentes características, que incluyen acero blindado enrollado, diversas cerámicas y las últimas fibras balísticas de la más alta calidad. También trabajamos incansablemente para desarrollar nuevas soluciones innovadoras, como nuestros asientos de absorción de energía y nuestra tecnología de atenuación de onda de explosión BlastPro ".
Cooperación y asociación
Uno de los temas candentes abordados en la discusión de los representantes del negocio de los materiales de protección se relaciona con la conclusión de acuerdos con muchos proveedores y otros socios (en algunos casos estamos hablando de cientos de organizaciones) además de los acuerdos de asociación exclusiva, que son comunes en otros segmentos del mercado de defensa.
Utilizando el ejemplo de su compañía, Marco Manik habló sobre el deseo de DSM de innovar y optimizar nuevas tecnologías en su red de socios y sobre la inversión nacional en investigación y desarrollo.
DSM prefiere socios en el campo de la defensa y la seguridad relacionada, y algunos de estos socios tienen conexiones más sólidas con él debido a su capacidad para introducir innovaciones técnicas. “Si tenemos un socio que tiene la capacidad de innovar más rápido que nadie, entonces él tiene una ventaja, porque además de nuestros productos, hay otros productos finales. Es por eso que necesitamos trabajar con socios que, en cierta medida, se correspondan con nuestra velocidad de innovación ", dijo Manik.
El último socio comercial de DSM Dyneema en este momento es First Armor, una subsidiaria de KADDB Investment Group. En junio, el 2016 de First Armory mostró un inserto de panel liviano, usado en combinación con un chaleco protector. Nuevo forro de First Armor hecho de material Dyneema HB212. Este material compuesto en capas basado en polietileno de peso molecular ultraalto es excelente para los sistemas de protección livianos y duraderos, que se crean utilizando la tecnología DYNEEMA Force Multiplier.
Las inserciones protectoras livianas fabricadas por ZM Ceradyne protegen el cuerpo contra el fuego de las armas pequeñas. Ceradyne comenzó a enviar forros para armaduras en junio 2016 un año antes de lo previsto. La compañía tiene programado completar las entregas para este pedido para el final de 2017.
First Armor pronto ofrecerá varios tipos de sistemas de protección corporal basados en diversos materiales con un alto rendimiento desarrollado por DYNEEMA.
A principios del año pasado, otro socio de DSM, Point Blank Enterprises, presentó su sistema de protección ALPHA ELITE Black, una línea de productos ALPHA ELITE en expansión. "El nuevo modelo ALPHA ELITE Black, que protege contra las balas de armas pequeñas, es una mejora del producto anterior, ya que reduce el peso en un 17% con el mismo nivel de protección", dijo la compañía en un comunicado de prensa. La armadura ALPHA ELITE Black utiliza la tecnología de nueva generación DYNEEMA Force Multiplier de DSM.
RUAG tampoco pasa por alto a ninguna organización en esta área, luchando por una cooperación mutuamente beneficiosa. El representante de RUAG explicó que la compañía “estudia regularmente el mercado de nuevos desarrollos y materiales; y estamos orgullosos de la calidad de nuestras pruebas y pruebas que realizamos para determinar con precisión las propiedades protectoras de los materiales. Esto permite que RUAG adapte las soluciones de protección a cualquier vehículo y amenaza a una masa y costo óptimos ".
El Sr. Riu de QNA señaló: “Hemos establecido fuertes lazos con algunos de los principales fabricantes de cerámica avanzada, materiales balísticos y fibras compuestas. El uso de estos enlaces nos permite desarrollar y entregar productos que son superiores a los productos de nuestros competidores ".
DuPont es otro proveedor que ha tomado una “posición fuerte” en el suministro de materiales utilizados en diversas aplicaciones. Por ejemplo, la tecnología de fibra sintética Kevlar encuentra una aplicación muy diferente: varias armaduras, inserciones, cascos, protección de extremidades y vehículos de reserva. Todos estos productos aumentan los niveles de supervivencia del personal, mientras que los consumidores reciben material protector de diversos grados de "suavidad" o "dureza" (términos comunes en este sector). "La protección suave se llama chaquetas y otros equipos, que a menudo están hechos de materiales de fibra de tela y otras estructuras flexibles para mejorar el ajuste, la comodidad y la movilidad de los propietarios", dijo el tecnólogo jefe de DuPont Protection Solutions, Joseph Hovanek. "La protección sólida se refiere a estructuras compuestas más resistentes, como insertos, cascos y componentes de protección del vehículo, para los cuales DuPont ofrece láminas de plástico Tensylon además de Kevlar".
Hovanek habló sobre un aspecto del modelo de negocios de DuPont, señalando que la empresa suministra fibras, telas y otras estructuras desde Kevlar a los principales fabricantes de chalecos, cascos y vehículos blindados, que utilizan estos materiales en el diseño y fabricación de sus productos. El experto de la industria agregó: "Nos centramos en el desarrollo de soluciones localizadas, los fabricantes líderes trabajan con nuestros cuatro centros técnicos principales en diferentes países".
Además de QNA y otras compañías mencionadas anteriormente y que suministran productos a varios usuarios finales, vale la pena señalar que otra compañía opera en varios campos relacionados. Combat Clothing Australia (CCA) Protect es un proveedor global de defensa y seguridad con amplia experiencia en la creación y fabricación de protección balística para personas, plataformas terrestres y aviación. El director comercial, Lee O'Schia, señaló que "CCA Protect opera en los mercados de Australia, Estados Unidos, Hong Kong, Malasia, Singapur, Emiratos Árabes Unidos, Nueva Zelanda y Papua Nueva Guinea".
En particular, CCA Protect suministra sistemas de protección para cuerpos duros y blandos hasta el nivel IV, así como armaduras para vehículos que pueden soportar misiles antitanques. O'Schia continuó: “Con el fin de garantizar la protección balística de los helicópteros australianos UH-60 BLACKHAWK y CH-47 CHINOOK, se seleccionaron las soluciones de reserva avanzadas de CCA Protect. "La capacidad de producción de CCA Protect hace posible la fabricación de grandes paneles de blindaje único, lo que los convierte en la solución ideal para el proyecto 400 Phase 2 de Australia Land". Como parte de este proyecto, Australia actualizará y modernizará su flota de vehículos de reconocimiento de combate.
Para cumplir con los requisitos de sus clientes en el extranjero, CCA Protect realiza un análisis exhaustivo de las soluciones para lograr un equilibrio entre costo, movilidad, protección y masa. O'Schia concluyó diciendo que “el espacio de combate que cambia rápidamente contribuye constantemente a la promoción de la innovación en la industria de protección balística. La producción moderna y los ingenieros experimentados de CCA Protect pueden realizar estas complejas tareas. La combinación de materiales compuestos avanzados y métodos únicos de combinación de materiales le permite crear materiales de protección ultraligeros, duraderos y delgados ".
La compañía suiza Garant desarrolla soluciones modernas de protección balística FirmLiner y FlexLiner para aplicaciones de diferentes tipos. Junto con el uso de nuevos materiales, que son el resultado de actividades intensivas de investigación y desarrollo, Garant también tiene una gran experiencia adquirida en la implementación de programas a largo plazo junto con proveedores de materiales y usuarios finales. Los materiales populares y ampliamente utilizados incluyen para-aramida, polietileno, polipropileno y fibra de vidrio.
Cerámica de espinela transparente para aplicaciones marinas.
La espinela de aluminio-magnesia es una de las candidatas para el papel de una capa exterior duradera en una armadura transparente. La figura enumera dos tipos de espinela de grano fino que tienen un tamaño de grano promedio nominal 0,6 micras y micras 1,6, y unos bimodal de espinela de grano de cereales secundarios multas tamaño 250 micras (micrómetros 5-20) de matriz 6 mm de espesor, que disparó balas perforantes de calibre 7,62 mm a velocidades 850 m / s y 1100 m / s. También se muestra una lámina de oxinitruro de aluminio (AION), una cerámica policristalina transparente avanzada (hecha de polvo) con una estructura de espinela de cristal cúbico.
La espinela transparente (MgAl2O4) es actualmente el material preferido para su uso en diversas aplicaciones marinas y otras de defensa. Es un material cristalino con una celosía cúbica, que se utiliza cada vez más para proteger varios sistemas de barcos, incluidos sensores, materiales protectores y "inteligentes" y armas.
Además de la alta resistencia, las cerámicas de espinela tienen un excelente ancho de banda, desde rayos ultravioleta (0,2 μm) hasta la región del infrarrojo medio del espectro (5 μm). Para los mástiles optrónicos de los submarinos nucleares de la clase VIRGINIA de la Armada de los EE. UU., Se utiliza vidrio de espinela simple, que aumenta la capacidad de supervivencia y reduce significativamente los costos de mantenimiento y ciclo de vida. Anteriormente, se instaló un mástil óptico fabricado por L-3 КЕО en vidrio de silicona y germanio cristalino para transmitir luz visible y rayos en la región del infrarrojo medio del espectro, respectivamente. Ambos materiales, sin embargo, no eran lo suficientemente fuertes y propensos a dañarse, a pesar del hecho de que su grosor era 3,8. Ver. El problema era cómo hacer una ventana de espinela gruesa. Según la investigación, las cerámicas de espinela 3,8 de espesor cm, cuyo proceso de fabricación se basa en el prensado en caliente, tienen muy buenas propiedades ópticas.
El puente destructor estadounidense de la clase ZUMWALT (DDG 1000) también está equipado con ventanas grandes de alta resistencia, que transmiten luz visible y ondas IR con una longitud de onda de 5 μm y que deben soportar ondas de choque de hasta 0,56 kg / cm2. Dado que el proceso de prensado en caliente se escala a tamaños grandes, la ventana del puente se puede hacer desde una gran pieza de espinela. A la inversa, se puede producir por difusión de borde, conectando dos o más ventanas pequeñas en una. La División de Óptica Aplicada del Laboratorio de Investigación de la Marina de los Estados Unidos (NRL) ha demostrado la viabilidad de estos dos enfoques.
El Laboratorio observó que el método tradicional de crecimiento a alta temperatura a partir de una masa fundida (> 2000 ° C) de espinela monocristalina es difícil de hacer una hoja de más de unos pocos milímetros. En el proceso de solución de este problema, el NRL determinó que la mala calidad de las cerámicas comerciales de espinela se debe a la mezcla desigual del aditivo de sinterización (fluoruro de litio) con el polvo de espinela, lo que conduce a la porosidad y atrapamiento (residuo en el producto final) de este aditivo de sinterización. Los científicos de NRL han desarrollado un proceso patentado para recubrir uniformemente cada partícula de polvo de espinela con un aditivo de sinterización, que permite eliminar el aditivo durante el proceso de prensado en caliente a una temperatura de aproximadamente 1600 ° C. Según NRL, esto permite la producción de cerámicas de espinela completamente compactadas, uniformemente transparentes con altas propiedades ópticas, mientras que el proceso es escalable y permite grandes ventanas.
Diseñado para un entorno agresivo.
Las cerámicas de espinela transparentes se utilizan en otras aplicaciones de defensa. Entre ellos se encuentran los láseres de alta potencia desarrollados para armas de energía dirigida. Desde un punto de vista óptico, uno de los lugares más problemáticos es la lente de salida (ventana), ya que el vidrio para tales sistemas no tiene propiedades térmicas, ópticas y mecánicas suficientemente buenas. La razón es que las ventanas de vidrio tienen una conductividad térmica muy baja, lo que lleva a un choque térmico. Según los científicos de la NRL, la pequeña resistencia del vidrio tampoco permite su uso en entornos agresivos. Por otro lado, la excelente resistencia de la espinela permite que se use en condiciones adversas, y su alta resistencia permite el uso de ventanas más delgadas, lo que reduce el peso. El laboratorio de NRL desarrolló la tecnología de polvo de espinela ultra puro, que se utilizó para la fabricación de cerámica de espinela con una pérdida de absorción baja registrada 6 ppm (partículas por millón) / cm a una longitud de onda de 1,06 μm.
Las cerámicas de espinela con altas propiedades ópticas también se utilizan para hacer carenados duraderos y transparentes al calor para los cohetes que transmiten una señal infrarroja. Como dicen en fuentes abiertas, los materiales existentes, como el silicio cristalino, son frágiles y no proporcionan transmisión de luz visible. Otro material, el zafiro (a-Al2O3) tiene una transmisión limitada a una longitud de onda de 5µm. El zafiro es extremadamente resistente al daño mecánico porque tiene una dureza notable (9 en la escala de Mohs); Es el material más duro después del diamante y el carborundo (a-SiC). Pero la espinela pasa perfectamente la luz visible y tiene una mejor transmitancia en comparación con el zafiro en una longitud de 5 μm. En un esfuerzo por demostrar la aplicabilidad práctica de la espinela, los científicos del NRL han cambiado el proceso de prensado en caliente y han realizado con éxito carenados de este material.
La disponibilidad de cerámica de espinela con altas propiedades ópticas también permitirá la fabricación de pantallas y gafas antiexplosivas ligeras para la protección personal contra IED, así como también ventanas conformes para sistemas de vigilancia. Los estudios realizados en el año 2013 demostraron que la espinela de aluminio-magnesia es un excelente candidato para capas reforzadas externas de armadura transparente. Los investigadores que realizaron estudios sistemáticos de la fragmentación de tres tipos de cerámica de espinela demostraron que el régimen de fragmentación es uno de los parámetros clave que afectan la resistencia balística de la cerámica.
La compañía australiana CCA Protect suministra sus productos a los sectores de defensa y seguridad, teniendo una experiencia exitosa en el diseño y producción de protección balística para personas, vehículos y aviación. La empresa, para cumplir con los requisitos de sus clientes extranjeros, realiza un análisis exhaustivo de las soluciones con el fin de lograr un equilibrio entre el costo, la movilidad, la protección y la masa.
El refuerzo antiadherente LASET Armor de QinetiQ North America aumenta los niveles de protección al reducir el rendimiento de la armadura de proyectiles.
Continuará ...
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