Desempenho de proteção de sistemas têxteis flexíveis

Abstract

A avaliação da capacidade de proteção de sistemas têxteis flexíveis contra ameaças envolvendo armas brancas e objetos cortantes é colocada em primeiro plano neste trabalho. Foram realizados estudos numéricos, recorrendo ao método dos elementos finitos (MEF), no sentido de avaliar a influência da variação do número de camadas de Kevlar-29 ® (com 0.1 mm de espessura cada), constituinte dos coletes de proteção de torso, na capacidade de proteção contra a faca PSDB/S1/G, utilizada pela norma de certificação de equipamentos de proteção NIJ-0115.00 Este estudo foi realizado para alvos com camadas alinhadas e para alvos com camadas desencontradas, concluindo que a capacidade de proteção é relativamente maior nos alvos em que as camadas surgem desencontradas ao longo da sua espessura. Verificou-se ainda que o coeficiente de atrito nas interfaces tecido-faca e tecido-tecido apresenta uma grande influência no fenómeno físico. As características mecânicas da cortiça (baixa densidade e elevada rigidez específica) apontam para que este material seja um bom candidato à introdução no alvo. Foi, portanto, inserida cortiça sob a forma de micro-aglomerado e avaliado o efeito da variação do número de placas de cortiça, para a mesma espessura. Observou-se que a capacidade de proteção do alvo sai claramente beneficiada com a utilização de uma placa de cortiça, quando comparada com a utilização de várias placas com a mesma espessura total. No seguimento disto, foi também realizada uma comparação de várias configurações do alvo, mantendo a mesma quantidade (número de camadas de tecido e espessura de cortiça) de cada um dos dois materiais, observando que a face de ataque do alvo é a que mais influência tem na capacidade de proteção do mesmo, pelo que um aumento da quantidade de tecido nesta face revela resultados significativamente piores ao nível de dissipação de energia que o aumento na face oposta e no interior do alvo, que se aproximam. Por fim, foram realizadas algumas comparações com a finalidade de perceber se a cortiça apresenta vantagens, de uma forma genérica, na capacidade de proteção do alvo. Neste caso, verificou-se que a introdução deste material celular, com espessura de 0.6 mm, resultou em reduções de penetração da faca que rondam os 36% e 50%, para ensaios com duas e três camadas de tecido, respetivamente.

Assessing the protection performance of flexible textile systems against threats involving bladed weapons and sharp objects was the main focus of the work here presented. A set of numerical analyses were performed using the finite element method (FEM) in order to evaluate the influence of changing the number of layers of Kevlar ® (0.1 mm thick each), a constituent of body vests, on the ability to protect against knife impacts. The impactor used was the PSDB/S1/G knife, in accordance to the NIJ-0115.00 standard. This study was conducted with targets with both aligned and unaligned layers, leading to the conclusion that the protective capacity is higher for targets with unaligned layers. It was also found that the coefficients of friction of the pairs knife-fabric and fabric-fabric have a great influence on the mechanical response of the system. Some mechanical properties of cork (low density and high specific stiffness and strength) suggest that this material is a good candidate for personal protection applications. Therefore, tests were made where cork micro-agglomerate (MAC) was considered as an additional layer (or layers) of the target. The effect of changing the configuration of the cork layers was evaluated. It was observed that the protection ability of the target clearly benefits if only one MAC layer is used, as compared to multiple layers (for the same overall thickness). A comparative study was also made to evaluate the performance of different target arrangements. It was observed that the stiffness of front target surface plays the most important role in the protection ability of the full target system. Finally, comparisons were made in order to understand if cork micro-agglomerates could be used and have advantages in the protection performance of flexible textile personal protection vests. It was found that the introduction of MAC with a thickness as high as 0.6 mm resulted in a reduction of penetration of the knife of approximately 36% and 50% for targets with two and three layers of Kevlar, respectively.