Por siglos, los blindajes personales han estado evolucionando pasando de ser pesadas armaduras a ligeros atuendos, en algunas ocasiones casi imperceptibles. La necesidad de este tipo de vestimenta se originó en el ámbito militar, que requiere una alta protección para su personal en el campo de batalla combinada con la mayor agilidad posible. Estos requerimientos han sido satisfechos de una manera bastante cómoda con la aparición de las fibras poliméricas, las cuales ofrecen una resistencia especifica muy superior a los materiales utilizados tradicionalmente.
Los primeros blindajes personales de fibras poliméricas fueron construidos durante la segunda guerra mundial a partir de fibras de nylon o de fibras de vidrio clase E embebidas en una matriz de etil celulosa, esto marcó la introducción de materiales compuestos de matriz polimérica en este ámbito y contribuyó al desarrollo de aeronaves que requerían el menor peso posible en su fuselaje y la mayor resistencia balística. En la actualidad las fibras más utilizadas para blindajes son las de aramida y las de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE).
Los blindajes de fibras poliméricas altamente flexibles basan su resistencia balística en un mecanismo de absorción de energía en el que la carga impactada es transferida a una red de fibras (tejido) que están en contacto con el proyectil, ocasionando que la resistencia a la penetración este altamente relacionada a parámetros exclusivos del tejido, por lo tanto, la resistencia balística depende en gran parte de la interacción entre los nodos del tejido. Esto hace necesario recubrir las fibras de tal manera que las aísle de la humedad, la cual pudiera afectar la resistencia balística del tejido, ya sea degradando las fibras, lubricándolas en exceso y/o permitiendo la apertura de los hilos con mayor facilidad al contacto con el proyectil.
La fricción entre nodos de un blindaje promueve una mejor transferencia de cargas entre mechas de fibras ya que restringe su movilidad; esta es a su vez incrementa por la matriz polimérica, lo que le confiere a un material compuesto el grado de blindaje (armor-grade composite). La restricción de movimiento de las fibras incrementa la interacción entre ellas y genera otros mecanismos de falla (delaminación interlaminar e intralaminar) que contribuyen al proceso de absorción de energía, sin embargo, el grado de restricción de movimiento no debe ser tan alto que genere fragilidad. La Figura 1.20 muestra la diferencia entre un blindaje con y sin matriz polimérica, claramente se nota que la matriz limita el movimiento de las fibras, ocasionando que muchas más interactúen entre ellas en un evento de impacto.
Figura 1.20. Muestra de aramida impactada a distintas velocidades, a) Sin matriz polimérica, b) con matriz de polipropileno.
Los materiales compuestos de grado blindaje presentan varias desventajas, como la sensibilidad de su resistencia a los procedimientos de manufactura, el alto costo sus procesos de producción, la sensibilidad y dificultad para localizar daños generados a bajo impacto, y la desventaja más importante es su dificultad para modelar su comportamiento mecánico debido al gran número de parámetros involucrados derivados del gran número de mecanismos de falla que intervienen en el proceso de absorción de energía en un evento balístico, así como a la naturaleza viscoelástica de los materiales poliméricos que los hace altamente dependientes de la velocidad de impacto.
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