Projetos de Pesquisa

 

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Sergio Neves Monteiro

Engenharias

Engenharia de Materiais e Metalúrgica
  • compósitos poliméricos reforçados com fibras e tecidos naturais para blindagem balística multicamada
  • Nas últimas décadas, trabalhos de pesquisa relacionados com o emprego de fibras e tecidos naturais como reforço de compósitos para aplicações tecnológicas avançadas experimentaram uma grande expansão. De fato, de acordo com métricas internacionais, o número de artigos científicos anualmente publicados com a palavra-chave “natural fiber” passou de 24 em 1990 para mais de 4000 no ano de 2017. Além de publicações científicas, ocorreu um significativo aumento na aplicação tecnológica de fibras naturais, sobretudo como reforço de compósitos poliméricos, em diversos setores industriais, tais como de construção civil e automobilístico. Em particular, nos últimos anos foram divulgadas pesquisas mostrando a possibilidade de se utilizar compósitos poliméricos reforçados com fibras e tecidos naturais em blindagem balística contra armas de fogo com grande poder de impacto e penetração do projétil. Uma blindagem balística pode ser definida como equipamento ou item que seja capaz de promover proteção contra ameaças de arma de fogo dentro da sua área coberta, podendo ser concebida ou adicionada a qualquer indivíduo, veículo ou edificação. Até meados do século XX as blindagens balísticas consistiam basicamente de uma única camada metálica, em geral aço. No entanto, o desenvolvimento nos processos tecnológicos impactou diretamente em armamentos mais potentes e com um alto poder destrutivo. Sendo assim, a utilização de blindagens pessoais contando com apenas uma camada de aço torna-se inviável, já que para promover proteção contra munições de alta energia tal blindagem deveria apresentar uma espessura relativamente grande, o que aumentaria o peso da blindagem e diminuiria a mobilidade do usuário. Foram então desenvolvidas, e até hoje utilizadas, blindagens pessoais baseadas em materiais sintéticos leves, como a fibra de aramida (KevlarTM) e o polietileno de ultra-alto peso molecular (Dyneema®). Além de capacete e botas, a blindagem pessoal requer o uso de colete específico para determinado nível de ameaça balística. O colete básico possui paineis com camadas de tecido sintético, como o KevlarTM, que confere proteção contra tiro de pistola até o calibre .44 magnum. Para proteção contra tiro de fuzil calibre 7.62 mm há necessidade de se introduzir placas em compartimentos na frente e nas costas do colete básico. Atualmente o Exército Brasileiro utiliza placas constituídas de tecido prensado de Dyneema® inseridas compartimentos do colete com painéis de KevlarTM para proteção contra munição de fuzil. Além de ser importado, esse material é caro e tem prazo de validade restrito em alguns anos. Isto obriga constante renovação das placas balísticas dos coletes e constitui um problema logístico envolvendo aquisição de material importado e crescente compromisso orçamentário. No Instituto Militar de Engenharia, pesquisas revelaram um comportamento surpreendente de diversas fibras e tecidos naturais quando usados como reforço de compósitos poliméricos em ensaios balísticos. Mostrou-se que estes compósitos garantem proteção balística comparável ao KevlarTM ou Dyneema®. A vantagem dos compósitos com tecidos naturais está associada ao seu baixo custo comparativamente aos tecidos e fibras sintéticos. Além disto, a trama do tecido impede que, após um primeiro impacto balístico, ocorra a ruptura total ao longo da direção de fibras simplesmente alinhadas. Esta ruptura por delaminação do compósito é evitada pela malha cruzada de fios do tecido. Desta forma, o objetivo inicial do presente projeto é avaliar o desempenho de sistemas multicamadas que utilizem compósitos poliméricos reforçados com diferentes fibras e tecidos naturais. Pretende-se caracterizar a eficiência balística e custo de processamento bem como modelar os mecanismos de fratura e captura de fragmentos gerados no impacto balístico dos materiais compósitos reforçados com fibras e tecidos naturais comparativamente com materiais sintéticos usualmente empregados pelo Exército Brasileiro. Com base nos resultados do objetivo inicial, uma continuidade deste objetivo será fabricar placas multicamadas para inserção em coletes ou cobertura de viaturas militares visando proteção contra tiros de fuzil. Estas placas serão formadas de uma camada frontal cerâmica com finalidade de erodir o projétil e dissipar maior parte da energia. Como segunda camada será utilizado um compósito polimérico reforçado com fibras ou tecidos naturais com finalidade de capturar nuvem de fragmentos resultantes do impacto do projétil com a camada frontal de cerâmica. O polímero da matriz do compósito será selecionado entre os termorrígidos disponíveis no mercado como epóxi, poliéster ou fenólico. As fibras e tecidos naturais serão escolhidos entre aqueles típicos do Brasil como o curauá, piaçava, buriti e guarumã ou então largamente cultivadas como a juta, sisal, rami e bambu, bem como resíduos como casca de coco e bagaço de cana de açúcar. Os resultados dos ensaios balísticos de coletes ou viaturas com estas placas serão comparados com os dos sistemas atualmente empregados pelo Exército Brasileiro. Além da eficiência balística pretende-se também comparar custos e pesos de ambos os sistemas. Serão também modelados e analisados os mecanismos de ruptura dos compósitos e captura de fragmentos de cerâmica e projétil vindos do impacto na camada frontal. Não é do nosso conhecimento a existência de projetos semelhantes que tenham sido implementados ou estejam em implementação no Brasil ou qualquer outro país, visando utilizar compósitos de tecido de fibra natural como parte de blindagem para proteção pessoal e de viaturas militares contra munições de alta energia, como o tiro de fuzil.
  • Instituto Militar de Engenharia - RJ - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022