RAPORTUL ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC · informaţii despre conflictele militare începând cu al II-lea...

ROMÂNIAMINISTERUL APĂRĂRII NAŢIONALE

CENTRUL DE CERCETARE ŞTIINŢIFICĂ PENTRU APĂRARE CBRN ŞI ECOLOGIE

RAPORTUL ŞTIINŢIFIC ŞI TE

Proiect: „Echipament ergonomic de protecţie balpersonalul feminin din structurile sistemului apărare” (FEMBALPROT) Contract: PCCA-2 nr. 303/2014Etapa I: Studiul factorilor ce influenţează particularităechipamentelor de protecţie balistică pentru personalu

Bucureşti - 2014 -

p.Şeful CentrulŞtiinţifică pentr EcologieCol.dr.ing.

Gabriel

APROBui de Cercetare u Apărare CBRN şi

EPURE

HNIC

istică pentru naţional de

ţile l feminin

Raport ştiinţific şi tehnic – FEMBALPROT, etapa I-2014 2

Cuprins

1. Rezumatul etapei 3

2. Descrierea ştiinţifică şi tehnică a rezultatelor 4

2.1. Identificarea cerinţelor şi a materialelor de protecţie balistică 4

2.1.1. Ameninţări 4

2.1.2. Materiale compozite utilizate la realizarea echipamentelor de

protecţie balistică individuale 6

2.2. Tehnologii de fabricaţie pentru echipamentele de protecţie balistică

individuală 10

2.2.1. Echipamentele de protecţie balistică şi confortul 10

2.3. Studiu antropometric preliminar privind măsurile

personalului feminin din sistemul naţional de apărare 16

2.3.1. Generalităţi 16

2.3.2. Aspecte teoretice privind proiectarea constructiva a

echipamentelor de protecţie individuală 16

2.3.3. Măsurători preliminare 18

3. Rezultate obţinute 20


1. Rezumatul etapei

În cadrul primei etape a proiectului „Echipament ergonomic de protecţie

balistică pentru personalul feminin din structurile sistemului naţional de

apărare” (FEMBALPROT), cu titlul „Studiul factorilor ce influenţează

particularităţile echipamentelor de protecţie balistică pentru personalul

feminin”, au fost planificate şi realizate studii şi cercetări privind identificarea

ameninţărilor la care trebuie să facă faţă echipamentele individuale de

protecţie balistică, precum şi o trecere în revistă a materialelor ce pot fi

utilizate pentru a contracara aceste ameninţări. De asemenea, partenerul

industrial a căutat cele mai bune tehnologii ce pot fi utilizate pentru realizarea

obiectivelor proiectului. Tot în această etapă a fost iniţiat, urmând a fi finalizat

în anul 2015, un amplu studiu antropometric asupra personalului feminin din

sistemul naţional de apărare, bazat pe măsurători computerizate, utilizând un

scanner 3D de înaltă rezoluţie.

Activitatea de cercetare a fost distribuită membrilor consorţiului,

fiecăruia după specificul şi experienţa anterioară în derularea activităţilor de

cercetare.

Au fost identificate 5 activităţi principale, din care două au fost

distribuite coordonatorului proiectului (Centrul de Cercetare Ştiinţifică pentru

Apărare CBRN şi Ecologie), două au fost distribuite partenerului 1 (SC

STIMPEX SA), iar una a fost distribuită partenerului 2 (Institutul Naţional de

Cercetare-Dezvoltare pentru textile şi Pielărie).

Aceste activităţi şi concretizarea lor sunt prezentate sintetic în tabelul de

mai jos.

Nr.crt.

Codificareactivitate

Denumire activitate Concretizare

1 1.CO.1

Studiu privind cerinţele specifice. Identificarea materialelor de pro-tecţie balistică ce pot fi utilizate la realizarea produsului

a. ”Studiu privind cerinţele şi identificarea materialelor deprotecţie balistică”, înregistrat la CO cu nr. A3330/26.11.2014, realizat de CO,CCSACBRNE;b. ”Studiu privind tehnologiilede fabricaţie pentru echipa-mentele de protecţie balistică individuală”, înregistrat la CO cu nr. A3331/26.11.2014,realizat de P1, SC STIMPEXSA;c. ”Studiu antropometric preli-minar privind măsurile personalului feminin dinsistemul naţional de apărare”, înregistrat la CO cu nr.A3329/26.11.2014 realizat deP2, INCDTP.

2 1.CO.2Teste preliminare pe materiale deprotecţie balistică

3 1.P1.3

Studiu privind identificarea teh-nologiilor de fabricaţie pentru echipamentele de protecţie balis-tică pentru personalul feminin

4 1.P1.4Probe tehnologice preliminarepentru realizarea liniei defabricaţie modelului experimental

5 1.P2.5

Studiu antropometric preliminarprivind masurile personaluluifeminin din sistemul naţional de apărare

Rezultatele obţinute în cadrul acestei etape vor fi diseminate în cadrul

site-ului web al proiectului.


2. Descrierea ştiinţifică şi tehnică a rezultatelor

2.1. Identificarea cerinţelor şi a materialelor de protecţie balistică

2.1.1. Ameninţări

Pentru definirea cerinţelor şi proiectarea echipamentelor de protecţie

individuale sau colective este esenţial să cunoască ameninţările care trebuie

eliminate sau măcar atenuate. Prin ameninţare se înţelege orice factor

distructiv de natură fizică, chimică sau biologică care poate pune în pericol

viaţa ori integritatea fizică a uneia sau mai multor persoane. Cuvântul

ameninţare reprezintă cea mai convenabilă traducere a englezescului threat

care este unanim folosit în literatura de specialitate.

Dintre ameninţările care pot fi întâlnite pe câmpul de luptă sau în alte

misiuni cele care pot fi atenuate de echipamentele de protecţie individuală

balistică sunt următoarele:

- schije;

- gloanţe;

- suprapresiuni şi acceleraţii generate de undele de şoc;

- arme albe;

- foc;

- radiaţii laser.

Schijele. Statistica efectuată de serviciul medical al armatei SUA cuprinzând

informaţii despre conflictele militare începând cu al II-lea război mondial arată că 75-

80% din pierderile de pe câmpul de luptă sunt cauzate de schije.

Muniţiile utilizate pentru a genera schije sunt de o diversitate tipo-

dimensională impresionantă. Amintim aici: proiectile, bombe de aruncător şi de

aviaţie, muniţiile cargou care transportă sub-muniţii generatoare de schije şi minele.

O altă sursă importantă de schije o reprezintă clădirile, tehnica de luptă şi orice

alt obiect asupra căruia acţionează factorii distructivi ai exploziilor.

Răspunzând necesităţii stringente de a putea avea o metodă de apreciere

a rezistenţei balistice la schije a materialelor şi echipamentelor de protecţie şi

pentru a le putea compara între ele, specialiştii în domeniu au adoptat

standardul STANAG-2920.

Acest standard stabileşte forma, dimensiunile şi caracteristicile mecanice

ale materialelor din care se produc schijele care simulează parţial schijele

reale şi stabileşte clar modul de efectuare a testelor.

Prin aplicarea metodei se determină viteza la care 50% din proiectile sunt

reţinute de probă (V50). Această metodă poate fi aplicată şi pentru gloanţe.

STANAG-2920 a fost preluat în mare parte şi de standardul românesc SMT

402021-2000.

Aplicând metoda STANAG-2920 se poate constata dacă o structură de

protecţie se înscrie sau nu în prescripţiile pentru V50 şi se pot compara două


probe testate cu acelaşi proiectil. Astfel, o structură de protecţie care are V50

de 700 ms oferă o protecţie balistică mai bună decât una cu V50 de 600 ms.

Gloanţele. Gloanţele au rămas în continuare o ameninţare majoră

pentru viaţa şi integritatea fizică a luptătorilor. Dacă în războiul clasic schijele

sunt cele mai periculoase, în alte tipuri de conflicte, inclusiv pe timp de pace,

gloanţele rămân principala cauză a pierderilor umane.

Este bine cunoscut faptul că gloanţele diferă mult între ele prin calibru,

masă, viteză iniţială, cămaşă, miez, vârf etc. Fabricarea unui echipament de

protecţie individuală care să asigure siguranţă totală pentru toate aceste

gloanţe este o imposibilitate practică, având în vedere şi constrângerea drastică

impusă de limitarea masei totale a echipamentelor pe care le poate căra un

luptător.

Pe baza experienţei acumulate în mai multe state, inclusiv în România

au fost adoptate standarde privind clasele de protecţie la gloanţe şi metode de

stabilire a încadrări unui blindaj într-o clasă. În tabelele următoare sunt

prezentate parţial standardele cele mai importante.

Pentru a se încadra în una din clasele standardizate, o structură de

protecţie balistică trebuie să îndeplinească două condiţii: să nu fie perforată de

gloanţele prescrise pentru clasa respectivă şi adâncimea amprentei în plastilina

suport să nu depăşească limita admisă. Importanţa celei de-a doua condiţii

rezultă din faptul că adâncimea amprentei aproximează efectele traumatice ale

glonţului care nu perforează vesta. Aceste efecte pot merge de la simple vânătăi

şi contuzii uşoare când amprenta este în limitele acceptate ori până la fracturi

de coaste sau vătămări ale organelor interne când această condiţie nu este

îndeplinită.

Din acest punct de vedere NIJ STANDARD USA 0101.062008 este cel

mai complet, pentru că are prevederi clare referitoare la pregătirea şi testarea

plastilinei suport. Standardele europene utilizează de obicei o plastilină mai

dură şi impun o limită mai redusă pentru amprenta traumatică. Standardul

românesc corespunde în mare măsură cu cel american.

Suprapresiunile şi acceleraţiile generate de undele de şoc. Detonarea

unei încărcături de exploziv are ca urmare producerea unei unde de şoc care se

propagă în mediul înconjurător şi poate produce distrugeri. Propagarea undei

de şoc în aer creează suprapresiuni locale de scurtă durată.

Efectele acestor suprapresiuni asupra oamenilor se resimt în principal la

nivelul urechilor şi al plămânilor. În cazul producerii unor explozii de mare

amploare pot fi afectaţi ochii şi organele interne.

Armele albe. Ameninţarea cauzată de atacurile cu obiecte tăietoare sau

cu vârf ascuţit devine din ce în ce mai importantă pentru persoanele care

acţionează în formaţiunile de pază sau de păstrare şi restabilire a ordinii


publice. Restricţiile legale privind posesia armelor de foc în Europa au dus la o

mai mare răspândire a utilizării armelor albe.

Poliţişti sunt în prezent ameninţaţi de o mulţime de tipuri de arme albe

care diferă mult prin formă şi periculozitate. Trebuie remarcat faptul că

membrii organizaţiilor teroriste utilizează arme albe din materiale nemetalice,

greu de depistat la trecerea prin filtre de control anti-tero.

Particularităţile atacurilor cu un obiect ascuţit depind mult de tipul de

armă şi de modul de folosire a acestuia (tăiere, înjunghiere etc.).

Focul. Focul a însoţit războiul de la începuturile sale. Arderea cetăţilor,

locuinţelor, recoltelor şi a inamicilor sunt considerate fapte eficiente şi demne

de laudă in cronicile antichităţii. Focul grecesc, utilizabil şi în bătălii navale a

fost o armă temută a evului mediu. Bombele incendiare lansate la Dresda în al

II-lea război mondial au generat o furtună de foc care a provocat un număr de

morţi comparabil cu cel de la Hiroşima.

În prezent focul rămâne o ameninţare major atât la război cât şi pe timp

de pace. În atacul terorist de la WTC din 11 septembrie 2001 impactul mecanic

al avioanelor cu clădirile şi explozia carburantului au provocat pagube majore,

dar incendiul care a urmat a provocat colapsul structurii de rezistenţă,

desăvârşind distrugerea.

Posibilitatea ca purtătorul unui echipament de protecţie balistică să fie

confruntat cu focul este destul de mare, iar proiectanţii şi fabricanţii ţin cont

de acest fapt. Materialele din care sunt confecţionate echipamentele sunt, în

cea mai mare parte, ignifuge sau ignifugate, asigurând purtătorul că în urma

unui contact de scurtă durată cu o flacără nu se va transforma într-o torţă

umană.

Radiaţiile LASER. Utilizarea radiaţiilor LASER pentru echiparea

telemetrelor de artilerie şi a aparaturii de ochire a armamentului individual

este o prezenţă obişnuită pentru militari. Fabricarea unor surse mai puternice

de radiaţii electromagnetice din spectrul vizibil şi direcţionarea luminii

intensificate către ochii luptătorilor nu implică bariere tehnologice importante.

Orbirea adversarului chiar şi pe termen scurt duce la creşterea

vulnerabilităţii acestuia şi măreşte posibilitatea de a fi scos din luptă sau

nimicit.

Este de aşteptat ca această ameninţare să crească în viitorul apropiat,

iar proiectanţi căştilor şi vizoarelor de protecţie balistică vor fi nevoiţi să ia în

considerare acest fapt.

2.1.2. Materiale compozite utilizate la realizarea echipamentelor de

protecţie balistică individuale

Cercetările de până acum s-au concentrat în găsirea unor materiale

speciale şi a unor combinaţii şi configuraţii ale acestor materiale, capabile să

răspundă prompt şi sigur la ameninţările exploziei şi efectelor acesteia. Cele


mai cunoscute materiale cu aplicabilitate în protecţia balistică individuală

sunt: fibra de sticlă, fibra de carbon, fibra de bor, fibrele organice, fibrele

acrilice, fibrele de nylon etc.

Fibra de sticlă (fig. 1) este cea mai veche şi mai des întâlnită fibră dintre

fibrele cu performanţe deosebite. Ea a fost fabricată începând cu anii 1930.

Deşi primele variante erau foarte rezistente, acestea erau relativ inflexibile,

având destul de puţine aplicaţii. Fibrele de sticlă din zilele noastre au

proprietăţi mult mai variate, fiind utilizate în diverse domenii.

Fig. 1. Fibră de sticlă

Fibrele de carbon (Fig. 2) pot fi, de asemenea, prelucrate pentru a se

obţine rezistenţa dorită. Sorturile de fibră de carbon diferă prin flexibilitate,

conductivitate electrică, termică şi rezistenţă chimică. Factorii primordiali care

guvernează proprietăţile fizice sunt reprezentaţi de gradul de carbonizare

(conţinutul de carbon, de obicei mai mare de 92% în greutate) şi orientarea

straturilor de carbon. Fibrele produse comercial au apărut pe piaţă în 1960 şi

conţin o gamă largă de produşi cristalini şi amorfi.

Se poate considera că fibrele de carbon fac tranziţia între fibrele

anorganice şi fibrele organice. Fibrele de carbon, împreună cu cele de sticlă, au

deschis era materialelor compozite. Fibrele de carbon au fost folosite prima

oară de către armate şi industria aviatică, şi mai târziu în industria

automobilelor.


Fig. 2. Fibră de carbon

Fibrele de bor sunt fibre de carbon sau fibre metalice acoperite cu un

strat de bor pentru a îmbunătăţi proprietăţile fibrei. Totuşi, costul extrem de

ridicat al acestei fibre face ca ea să fie utilizată doar în aplicaţiile speciale la

temperaturi înalte şi în echipamentul de sport specializat. Hibridul carbon-bor

poate avea proprietăţi mai bune decât orice altă fibră simplă.

Fibrele aramidice au fost introduse în producţia comercială în anul

1971, fiind poliamide derivate din acizi aromatici şi amine. Datorită stabilităţii

inelelor aromatice, la care se adaugă tăria legăturii amidice (datorată conjugării

cu structurile aromatice), fibrele aramidice au proprietăţi fizice şi mecanice

mult mai bune decât poliamidele aromatice (nylon). Para-aramidele, bazate pe

acid tereftalic şi p-fenilendiamină sau acid p-aminobenzoic au proprietăţi mai

bune decât cele cu legăturile în poziţia meta a nucleelor benzenice. Structura

moleculară a fibrelor aramidice se poate vizualiza în Fig. 3.

Fig. 3. Structura moleculară a fibrelor aramidice

Dintre sortimentele comercializate cele mai cunoscute sunt: Kevlar şi

Twaron.

Fibrele aramidice au tex-ul (greutatea în grame a 1000 m de fir) cuprins

între 20 şi 800. Rezistenţa şi modulul fibrelor aramidice sunt mai mari decât


ale oricăror fibre organice, dar nu mai mari decât ale fibrelor de carbon; de

asemenea, fibrele aramidice sunt mai puţin flexibile decât fibrele de carbon sau

cele de sticlă.

Fibrele aramidice sunt rezistente la acţiunea focului şi la atacul

substanţelor chimice, mai puţin la acizi şi baze foarte tari.

Kevlarul (poliparafenilendiamina-tereftalamidă) este o fibră para-

aramidică, cu formula prezentată în Fig. 4.

Fig. 4. Formula (sus) şi modelul unui strat din structura cristalului de

Kevlar (jos)

Kevlarul posedă o foarte bună stabilitate termică şi dimensională.

Datorită structurii sale, el rezistă la coroziune chimică pentru majoritatea

agenţilor chimici. Rezistă în condiţii foarte bune la flacără şi la căldură. De

asemenea, posedă excelente proprietăţi dielectrice şi rezistenţă la uzură.

Twaron-ul (poliparafenilen-tereftalamidă) este o fibră para-aramidică, cu

formula prezentată în Fig. 5.

Fig. 5. Formula (sus) şi modelul structurii unui cristal de Twaron (jos);

roşu-oxigen, albastru-azot, galben-legături de hidrogen


Twaron-ul este o fibră sintetică foarte rezistentă, uşoară, formată din

polimer aramidic. Moleculele aramidice se caracterizează prin lanţuri de

polimer relativ rigide, unite prin legături puternice de hidrogen, care transferă

stresul mecanic înapoi şi înainte asemănător unui fermoar. Aceasta permite

utilizarea lanţurilor cu masă moleculară relativ mică. Caracteristicile unice ale

Twaron-ului derivă din capacitatea moleculelor aramidice de a se orienta

singure în timpul procesului de filare, rezultând fibre drepte. Prin comparaţie,

fibrele mai puţin rezistente formate din polimeri cum ar fi nylon-ul sau

poliesterul au aspectul unei mase de fibre încolăcite.

Fibrele de polietilenă cu rezistenţă ultra înaltă cunoscută sub numele

comercial Dyneema sunt obţinute printr-un procedeu tehnologic de tragere din

gel, spre deosebire de majoritatea fibrelor chimice sintetice care se trag din

topitură. Principala deosebire chimică care separă Dyneema de polietilenele

obişnuite este masa macromoleculei care se situează între unu şi trei milioane.

Alte deosebiri care conferă fibrei Dyneema caracteristici excepţionale sunt

orientarea paralelă a macromoleculelor şi cristalinitatea ridicată a materialului.

Aceste fibre au o combinaţie unică de proprietăţi. Densitatea este mai

mică decât unu, în timp ce tenacitatea lor este cea mai mare cunoscută şi

poate fi de peste 15 ori mai mare decât a unui oţel de bună calitate. Modulul

de elasticitate este foarte înalt, situându-se pe locul doi după cel al fibrelor de

carbon de bună calitate. Elongaţia la rupere este mică, la fel ca şi în cazul

celorlalte fibre de mare performanţă, dar datorită tenacităţii, energia de rupere

este foarte mare.

2.2. Tehnologii de fabricaţie pentru echipamentele de protecţie

balistică individuală

2.2.1. Echipamentele de protecţie balistică şi confortul

De obicei, vestele antiglonţ sunt formate din două părţi, pachetul balistic

şi husa de transport. Panoul balistic este construit din diferite straturi de

material de protecţie balistică. Aceste straturi pot fi din acelaşi material sau

din tipuri diferite de material, care mai apoi sunt laminate între ele pentru a

realiza un anumit nivel de protecţie. Husa de transport este realizată din

ţesături de material obişnuit, cum ar fi ţesăturile din poliester. Panoul balistic

poate fi introdus sau cusut în husa de transport. Performanţele şi proprietăţile

vestei antiglonţ depind de amplasarea şi numărul de straturi ale acestui panou

de protecţie.

Confortul este legat în principal de numărul diferitelor straturi de

ţesătură şi de materialele panoului balistic. Obiectivul final al producătorilor de

echipamente de protecţie balistică este acela de a oferi protecţie maximă şi

confort, în condiţiile unei greutăţi cât mai reduse.

Contribuţia echipamentului de protecţie la supravieţuirea luptătorului

este foarte importantă. Potrivit unui studiu al Institutului Naţional de Justiţie


al SUA din 2006, vieţile a trei mii de ofiţeri de poliţie din SUA au fost salvate

datorită vestelor antiglonţ, în decursul ultimilor 30 de ani. Ofiţerii de poliţie nu

poartă vestele antiglonţ tot timpul, ci doar în momentele în care sunt de

serviciu. Cu toate acestea, militarii aflaţi în diverse teatre de operaţii sunt

nevoiţi să poarte echipamentul de protecţie tot timpul. Vestele de protecţie

balistică folosite de către poliţişti sunt diferite de cele utilizate în cadrul

armatei, întrucât nivelurile ameninţărilor pe care aceştia le întâlnesc sunt

diferite. Pe lângă nivelul de protecţie balistică, confortul reprezintă cea mai

mare problemă ridicată de aceste echipamente. Performanţele utilizatorilor pot

fi afectate de către nivelul de confort scăzut existent în timpul utilizării acestor

veste. Dacă vesta antiglonţ obişnuită nu poate oferi un nivel adecvat de

confort, nu este greu de imaginat disconfortul militarilor în momentul în care

aceştia poartă veste de protecţie balistică cu panouri de protecţie suplimentare.

Studiile actuale arată că, atunci când vestele antiglonţ sunt purtate de

către femei, apare un spaţiu liber între sâni şi panoul de protecţie, iar acest

spaţiu liber poate fi suficient de mare încât să încapă o grenadă, creând un

pericol suplimentar pentru femeile soldaţi. Mărimea cea mai mică (extra small)

este prea largă sau prea lungă pentru 85% din personalul feminin. Mai mult

decât atât, este dificil să respiri ca urmare a presiunii exercitate de panoul

balistic frontal asupra zonei pieptului. Aceşti factori măresc riscul de rănire

pentru femeile care poartă aceste tipuri de veste antiglonţ.

Sunt câteva proprietăţi ale vestelor antiglonţ care le definesc. Dintre

acestea rezistenţa la impact şi confortul, definit ca ajustare pe corp şi

mobilitate, sunt cele mai întâlnite şi mai necesare nevoi ale purtătorilor de

astfel de echipamente.

Rezistenţa la impact. Protejarea corpului faţă de impactul ce este

generat de diferite gloanţe sau schije a reprezentat una dintre ideile incipiente

ale inventării vestelor antiglonţ. De regulă, oamenii cred că principala utilitate

a vestei antiglonţ este de a preveni penetrarea corpului uman de către gloanţe

sau schije. Cu toate acestea, unele cercetări şi statistici recente au arătat că

traumatismele provocate ca urmare a impactului gloanţelor pot fi periculoase.

Se pot produce leziuni interne grave, echimoze sau chiar moartea. Vestele

antiglonţ, în special cele ce conţin materiale rigide, ar trebui să poată îndeplini

cel puţin următoarele trei funcţii de protecţie: în primul rând, disiparea

impactului, în al doilea rând, prevenirea penetrării şi în al treilea rând,

absorbţia energiei rezultate în urma impactului. Oamenii de ştiinţă şi

producătorii de echipamente balistice sunt de asemenea angajaţi în dezvoltarea

de noi materiale cu proprietăţi mai bune şi mai rapide de disipare a energiei

rezultată în urma impactului, cât şi de absorbţie a acesteia.

Confortul ( ajustarea pe corp şi mobilitatea). Confortul este definit ca

un concept abstract şi cu un sens foarte larg, fiind de asemenea foarte

subiectiv. Acesta poate fi reprezentat fie ca o senzaţie fizică, fie ca una

psihologică. Standardele după care oamenii îşi identifică nivelul de confort


sunt variate. Din acest motiv este foarte greu pentru proiectanţi să rezolve

această problemă. Cu toate că vestele de protecţie balistică au salvat mii de

vieţi ale ofiţerilor de poliţie, peste 40% dintre aceştia încă nu poartă vestele

antiglonţ, din cauza disconfortului provocat. Motivul principal este reprezentat

de disconfortul dat de problemele de ajustare şi de disipare a căldurii, care

afectează performanţele acestora în timpul purtării vestei.

Mulţi proiectanţi, producători şi oameni de ştiinţă sunt angajaţi în

dezvoltarea unor noi design-uri, pentru a creşte nivelul de confort. Proiectanţii

se concentrează în special pe determinarea unui sistem de măsuri şi pe formele

care împiedică mobilitatea, în timp ce producătorii şi oamenii de ştiinţă se

concentrează pe inventarea de noi materiale care să ofere proprietăţi de

rezistenţă la apă, flexibilitate, dar şi respirabilitate mai bune.

Principalele tehnologii folosite pentru realizarea panourilor de protecţie

balistică profilate pe forma corpului uman sunt:

- termoformarea: prelucrarea la cald a ţesăturilor de protecţie balistică

ranforsate cu diverse răşini şi apoi introducerea lor în prese care vor asigura la

răcire forma dorită;

- plisarea radială: realizarea de pliuri de material pe partea laterală a

valului de material în cute regulate şi apoi suprapunerea lor;

- draparea avansată: tehnică de cutare avansată ce presupune

suprapunerea verticală a straturilor de material textil, pentru a obţine o formă

neregulată a articolului de îmbrăcăminte.

În plus faţă de pachetul de protecţie balistică, pentru a putea asigura

purtarea şi confortul echipamentelor de protecţie balistică individuală se includ

repere ce includ: plătci pentru fermoare, pernuţe de umeri care adaugă suport

adiţional pentru umeri, pernuţe pentru zona axilară pentru reducerea frecării,

un material spaţial pentru a opri mişcarea vestei, elastic din microfibră care

ajută la păstrarea formei în jurul bustului, ţesături antibacteriene.

Cea mai mare provocare pentru realizarea unui echipament de protecţie

balistică individuală pentru personalul feminin constă în crearea unui material

balistic compozit sau laminat, care să poată fi utilizat în una dintre cele trei

tehnologii menţionate mai sus, pentru proiectarea în conformitate cu formele

feminine.

KEVLAR® HT a devenit fibra de referinţă pentru vestele antiglonţ folosite

de forţele armate europene. KEVLAR® în ţesătura tip 802 a fost special

conceput pentru a oferi un nivel înalt de protecţie la schije.

KEVLAR KM2®, lansat în 1991, este o fibră KEVLAR® realizată de DuPont

pentru aplicaţii militare. KEVLAR KM2® are capacitatea de absorbţie a energiei

cu 20% mai mare decât a KEVLAR® HT şi totodată o foarte mare rezistenţă

balistică. Această rezistenţă balistică e dată de coeficientul v50 care înseamnă

viteza glonţului ce are probabilitatea de penetrare a sistemului de 50%.

Aceasta reprezintă mărimea universală a limitei rezistenţei balistice a unui

sistem şi e folosită de forţele NATO pentru evaluarea echipamentelor de

protecţie balistică individuală (veste şi căşti).


Pentru a acoperi cerinţele majore de protecţie pentru căştile militare

DuPont a realizat un domeniu complet al ţesăturilor din KEVLAR®, numit

KEVLAR® H-Shell, care asigură un v50 de 500-700 m/s împotriva schijelor

standard de 1,1 g, cu o greutate a căştilor de 1,5 kg. La greutăţi echivalente

aceste căşti oferă o valoare a v50 cu 40-50% mai mare decât a căştilor din oţel.

Produse fabricate din KEVLAR® H-Shell sunt folosite de majoritatea forţelor

militare europene.

KEVLAR® este de asemenea folosit în protecţia împotriva muniţiei

armelor de asalt cum ar fi gloanţele de 7,62 mm şi 5,56 mm NATO, fiind folosit

în combinaţie cu materiale ceramice. Plăcile rezultate cresc nivelul de protecţie

împotriva acestor tipuri de gloanţe şi sunt de asemenea folosite pentru

blindarea vehiculelor şi elicopterelor civile şi militare şi totodată în

confecţionarea blindajelor ultra-uşoare (pt. elicoptere).

Twaron-ul este o fibră sintetică foarte rezistentă uşoară formată din

polimer aramidic. Moleculele aramidice se caracterizează prin lanţuri de

polimer relativ rigide, unite prin legături puternice de hidrogen, care transferă

stresul mecanic înapoi şi înainte asemănător unui fermoar. Aceasta permite

utilizarea lanţurilor cu masă moleculară relativ mică. Caracteristicile unice ale

Twaron-ului derivă din capacitatea moleculelor aramidice de a se orienta

singure în timpul procesului de filare rezultând fibre drepte.

În figura 6 sunt prezentate comparativ variaţiile densităţilor specifice

(kg/m2), funcţie de viteza maximă a gloanţelor oprite, pentru cele mai

performante trei sorturi de ţesătură Kevlar.

Figura 6: Caracteristicile balistice ale diferitelor sorturi de Kevlar

În figura 7 sunt prezentate densitatea greutatea specifică şi

grosimea straturilor de diferite tipuri de Kevlar, la diferite niveluri de protecţie

(în conformitate cu standardul Institutului Naţional de Justiţie al SUA - NIJ),

precum şi rezistenţa lor la împungere.

Fibrele aramidice stau la baza obţinerii unei game foarte largi de

materiale compozite. Acest lucru este determinat de faptul că fibrele aramidice

se pot utiliza sub diverse forme (fibre continue, fibre scurte etc.), în combinaţie

cu diferite tipuri de matrici polimerice (termoreactive, termoplastice etc.).


Figura 7: Caracteristici fizice şi balistice ale Kevlarului

În tabelul 1 sunt prezentate proprietăţile mecanice ale materialelor

compozite obţinute cu fibre Kevlar 49 şi matrice polimerice termoreactive, iar în

tabelul 2 sunt prezentate proprietăţile materialelor compozite obţinute din fibre

aramidice scurte şi matrice polimerice termoplastice.

Tabelul 1. Proprietăţile mecanice ale compozitelor cu fibre Kevlar 49

ProprietateRăşină

epoxidicăa

Răşină poliestericăb

Răşină poliestericăc

Conţinutul de fibre, % 50 40 37

Densitatea, g/cm3 1,33 1,30 -

Rezistenţa la întindere, MPa 517 414 400

Modulul de întindere, GPa 31 24 23

Deformarea la rupere, % 1,7 - -

Rezistenţa la compresiune, MPa

83 - -

Modulul la compresiune, GPa 31 - 32

Rezistenţa la flexiune, MPa 345 207 220

Modulul la flexiune, GPa 27,6 20 19a America Cyanamid BP-epoxy; b poliester "Corezyn"; c Atlac-ICI reticulat la rece cu

peroxid de MEK.

Tabelul 2. Proprietăţile materialelor compozite obţinute din Kevlar 49 scurte (20 % vol.)

Matricea polimeră Orientarea

Rezistenţa limită la

întindere,MPa

Modululla

întindere, GPa

Alungirea

limită, %

Aria curbeitensiune-deformaremMN/m3

IonomerAleator în planUnidirecţional

119,3157,9

5,0338,894

2,93,1

1,992,96

Polietilenă Aleator în planUnidirecţional

73,77131,7

5,1610,6

2,32,3

1,061,71

Nylon 12Aleator în planUnidirecţional

106,9151,7

4,178,55

5,92,8

3,433,32

PolicarbonatAleator în planUnidirecţional

115,8163,4

5,069,79

3,02,1

1,941,83

Polimetil-metacrilat

Aleator în planUnidirecţional

182,0207,5

7,7911,10

3,02,0

3,012,08

Rezultate interesante se obţin în cazul compozitelor hibride, care

utilizează alături de fibre aramidice şi fibre de carbon. În tabelul 3 sunt

prezentate proprietăţile unor compozite hibride pe bază de fibre Kevlar-fibre de

carbon şi răşini epoxidice.


Tabelul 3. Proprietăţile compozitelor unidirecţionale hibride cu fibre Thornel 300-Kevlar

49 în matrice epoxidică (conţinutul de fibre este de 60% vol.)

ProprietateRaportul fibrelor Thornel 300/Kevlar 49

100/0 75/25 50/50 0/100

Densitatea, g/cm3 1,6 1,56 1,51 1,35

Modulul la întindere, GPa 145 120 108 77

Rezistenţa limită la întindere, MPa 1565 1282 1213 1262

Rezistenţa limită la compresie, MPa 1007 938 688 286

Rezistenţa limită la flexiune, MPa 1606 1358 1103 634

Rezistenţa la forfecare, MPa 91 76 56 49

Fibrele aramidice sunt destinate obţinerii unor materiale compozite de

înaltă performanţă, utilizate în tehnica aerospaţială, în tehnica militară (căşti,

veste antiglonţ, elemente pentru avioanele de luptă etc.), în tehnica sportivă, în

industria automobilelor (cord pentru anvelope, curele de siguranţă, furtunuri

etc.), în marină (echipamente speciale pentru iahturi şi nave maritime).

Vestele de protecţie balistică pot fi flexibile sau rigide (prin utilizarea

unor inserţii din materiale rigide sau plăci de oţel, aluminiu, ceramică sau

Kevlar).

Vestele flexibile pot fi:

a) de corp (clasa I) care au aspectul unui maieu gros şi se poartă sub

îmbrăcămintea obişnuită, protejând toracele, faţă, spate şi lateral până la baza

şoldului. Aceasta oferă protecţie împotriva schijelor, gloanţelor cal. 9 mm şi

loviturilor armelor albe în zona apărată.

b) exterioare (clasa a II-a), care au un număr mai mare de straturi,

putând proteja în afară de torace şi abdomenul, gâtul, umerii şi chiar zona

pelviană. Există variante de veste la care toracele este protejat clasa a II-a iar

mâinile clasa I-a.

Vestele blindate sunt veste rigide, în construcţia lor utilizându-se inserţii

de materiale de blindaj rigid. Ele se împart în două clase: clasa IIIA şi clasa

IV de protecţie.

Cele mai răspândite sunt vestele blindate din clasa IIIA, cu buzunar în

faţă pentru panouri de blindaj suplimentar din: oţel, aluminiu, ceramică,

Kevlar sau combinaţii ale acestora. Complet echipată o astfel de vestă poate

ajunge până la maxim 10 kg, oferind protecţie împotriva gloanţelor perforante

ale pistoalelor mitralieră şi ale carabinelor cal. 9 mm, 5,56 mm de la distanţa

de 50 m, iar pentru alte tipuri de arme (pistoale, pistoale automate) la distanţa

de 5...10 m.

Panourile de blindaj suplimentar pot fi din:

- Kevlar rigidizat cu răşini sintetice;

- Kevlar pe placă de oţel de 2...5 mm;

- placă de oţel de blindaj de 2...6 mm;

- placă din oţel inoxidabil de înaltă tenacitate de 3...5 mm;

- placă din oţel Al-Ti de 4...6 mm;

- placă sandwich din plăcuţe de ceramică pe bază de oxizi sau carburi de

Al, Si, B consolidate pe o placă metalică sau de Kevlar.


2.3. Studiu antropometric preliminar privind măsurile

personalului feminin din sistemul naţional de apărare

2.3.1. Generalităţi

Îmbrăcămintea modernă de protecţie trebuie să răspundă unei mari

varietăţi de cerinţe multifuncţionale şi să ofere un nivel foarte ridicat de

protecţie, precum şi un confort remarcabil şi purtabilitate, care influenţează

performanţa fizică a purtătorului.

În domeniul echipamentelor de protecţie balistică, accentul se pune mai

ales pe confortul in purtare, discretie si reducerea traumei prin cresterea

capacitatii de absorbtie a energiei, precum si a capacitatii de oprire a

proiectilului.

Confortul vestelor de protectie balistica se refera la greutate si ergonomie

– produse usoare care sa raspunda cerintei de purtare permanenta, discrete si

adaptate morfologic purtatorilor.

In orice profesie o persoană trebuie să poată să își desfășoare activitatea

în condiții de siguranță, în mod eficient și confortabil. Complexitatea tot mai

mare a echipamentelor de protectie balistica folosite în cadrul misiunilor și

natura inerent periculoasă a acestor misiuni impun aplicarea unor principii

ergonomice la toate aspectele legate de muncă si echipament de protectie.

Deși proporția de persoane de sex feminin din structurile sistemului

naţional de aparare este în creștere, încă se mai utilizează echipamente de

protectie individuală și echipamente special concepute pentru bărbați. Această

practică poate fi nesigura și inconfortabila în anumite.

O bază de date antropometrice operaționala a persoanelor de sex feminin

va permite fabricanților să proiecteze echipamentele în mod special pentru

personalul feminin, care are cerinţe diferite din punct de vedere al

caracteristicilor de confort.

2.3.2. Aspecte teoretice privind proiectarea constructiva a

echipamentelor de protecţie individuală

Proiectarea oricărui tip de echipament de protecţie individuală trebuie să

se bazeze pe informaţii cu privire la:

forma şi dimensiunile corpului purtătorului căruia îi este destinat

produsul

condiţiile concrete de exploatare a produsului (destinaţie, domeniu de

utilizare)

particularităţile tipului de produs (poziţie în raport cu corpul, formă,

siluetă, croială, modalităţi de realizare a formei spaţiale etc.)

caracteristicile materialelor din care se va confecţiona produsul (grosime,

alungire, elasticitate, contracţie la tratamente umido-termice etc.)

particularităţile tehnologiei de execuţie.


Pentru asigurarea corespondenţei dimensionale a produsului cu corpul

purtătorului, se impune cunoaşterea particularităţilor anatomomorfologice ale

corpului uman, pe grupe de vârstă şi pe sexe, precum şi criteriile de clasificare

a corpurilor pe tipuri morfologice. Aceste informaţii se obţin pe baza

desfăşurării unor cercetări antropologice complexe.

Structura anatomică a corpului uman este aceeaşi pentru orice exponent

al rasei umane, dar dimensiunile şi forma corpului sunt caractere cu

variabilitate individuală. Ele sunt determinate de structura şi gradul de

dezvoltare a aparatului locomotor, gradul de dezvoltare şi modul de repartizare

a ţesutului adipos subcutanat, particularităţi metabolice etc.

Caracterizarea formei exterioare a corpului se face pe baza metodelor

specifice anatomiei formelor vii (anatomia plastică). Se analizează segmentele

corpului: cap, gât, trunchi, membre superioare şi membre inferioare şi se

evidenţiază forma acestora în plan anterior, posterior şi lateral (sagital).

În caracterizarea sub raport antropometric a corpului se utilizează şi alte

tipuri de mărimi, cum ar fi masa corpului (kg) şi unghiurile (°). În fig. 8 este

prezentată clasificarea mărimilor antropometrice

Fig. 3 Clasificarea mărimilor antropometrice.

Fiecare om poseda caractere biologice generale, informatii genetice

determinante care-i asigura bazele biologice ale existenţei sale. Alaturi de

caracteristicile biologice - totalitatea indicatorilor anatomici, fizici, psihici şi

antropomorfologici - omul are şi trasaturi sociale ce il caracterizează ca

persoană.

Analiza formei corpului este un element util atat designer-ului dar şi

proiectantului echipamentului de protectie:

designer-ul stabileste silueta (forma) potrivita pentru produsul de

îmbrăcăminte şi alte elemente estetice;

proiectantul stabileste tiparul potrivit cu toate elementele de detaliu,

adaosurile constructive, etc.

Mărimi antropometrice

1. Dimensiuni (cote antropometrice) (cm) 2. Unghiuri (°) 3. Masă (kg)

1.1. Dimensiuni liniare 1.2. Dimensiuni curbilinii

1.1.1. Înălţimi 1.2.1. Lungimi

1.1.2. Diametre 1.2.2. Lăţimi

1.1.3. Adâncimi 1.2.3. Perimetre

1.1.4. Coordonate 1.2.4. Arce


Pentru dimensionarea corectă a tiparelor nu este suficient să se

preleveze doar caracteristicile antropometrice, este necesar să se studieze

corpul uman pe segmente: cap, gât, trunchi, membre superioare, membre

inferioare şi în ansamblu şi de asemenea să se evalueze indicatorii

morfologici care se clasifică în patru grupe:dimensiunile totale (globale),

proporţiile, conformaţia, ţinuta.

2.3.3. Măsurători preliminare

Pentru caracterizarea morfologica a grupului tinta femei din sistemul

national de aparare, in scopul constituirii bazei de date necesara proiectarii

echipamentelor de protectie balistica, este in curs de desfasurare in cadrul

proiectului o ancheta antropometrica prin utilizarea tehnologiei de scanare 3D

a corpului uman.

Echipamentul utilizat la realizarea anchetei antropometrice este un

sistem mobil 3D Body Scanner VITUS XXL Anthroscan Professional

Scanerele tridimensionale ale întregului corp au un potenţial

semnificativ pentru industria mondială de confecţii. Ele pot furniza rapid,

consistent şi precis, date pentru redefinirea sistemelor de măsuri, astfel încât

acestea sa se potriveasca mai bine, mai aproape de forma corpului uman.

Scanerele 3D constau dintr-una sau mai multe surse de lumină, unul

sau mai multe dispozitive de captare a imaginii, software, computere şi ecrane-

monitor pentru vizualizarea procesului de culegere a datelor.

Sistemul 3D body scanner, este compus din hardware si software,

creaza date digitale care reprezinta forma umana sau parti ale acesteia in

forma tridimensionala, fig.9.

Fig. 9 Sistemul mobil de masurare 3D

In cadrul acestei etape a proiectului au fost masurati prin scanare 3D un

numar de 105 subiecti, femei din sistemul national de aparare. Cele 150

dimensiuni 3D preluate automat in timpul scanarii pentru fiecare din cei 105

subiecti au fost stocate intr-o baza de date. Subiectii masurati au fost

chestionati asupra unor date de importanta majora pentru prelucrarea


ulterioara a datelor primare. In acest sens fiecare subiect a completat un

chestionar, fără a furniza date privind identitatea subiectului.

In etapa urmatoare a proiectului, dupa finalizarea anchetei

antropometrice, fiecare marime antropometrica selectata pentru cercetarea

indicatorilor morfologici specifici grupului tinta va fi supusa prelucrarii

statistice unidimensionale prin utilizarea de programe specializate.

Parametrii statistici calculati vor permite evaluarea antropomorfologica a

femeilor din sistemul national de aparare si constituirea unei baze de date

primare necesare in proiectarea echipamentelor de protectie balistica.


3. Rezultate obţinute

Din punct de vedere al corelaţiei dintre rezultatele obţinute şi activităţile

etapei I din cadrul proiectului, considerăm că acestea sunt în deplină

concordanţă cu obiectivele specifice ale etapei.

Astfel, în perioada de derulare a etapei au fost realizate un studiu privind

cerinţele şi identificarea materialelor de protecţie balistică ce pot fi utilizate

ulterior în cadrul proiectului, un studiu privind tehnologiile de fabricaţie

pentru echipamentele de protecţie balistică individuală şi un studiu

antropometric preliminar privind măsurile personalului feminin din sistemul

naţional de apărare.

Aceste rezultate sunt:

a. ”Studiu privind cerinţele şi identificarea materialelor de protecţie balistică”, înregistrat la CO cu nr. A3330/ 26.11.2014, realizat de CO, CCSACBRNE;b. ”Studiu privind tehnologiile de fabricaţie pentru echipamentele de protecţie

balistică individuală”, înregistrat la CO cu nr. A3331/26.11.2014, realizat de P1, SC STIMPEX SA;c.”Studiu antropometric preliminar privind măsurile personalului feminin din

sistemul naţional de apărare”, înregistrat la CO cu nr. A3329/26.11.2014

realizat de P2, INCDTP.

Rezultatele obţinute în cadrul acestei etape vor fi diseminate în cadrul

site-ului web al proiectului.

Sintetic, indicatorii de proces şi cei de rezultat specifici proiectului sunt

prezentaţi în tabelul următor.

Indicatori de proces Valoarea investiţiilor în echipamente pentru proiecte 0 leiNumărul de întreprinderi participante 1Numărul de IMM participante 1

Indicatori de rezultat Numărul de articole publicate sau acceptate spre publicare în fluxul ştiinţific principal internaţional

0

Factorul de impact relativ cumulat al publicaţiilor publicate sau acceptate spre publicare

0

Numărul de citări normalizat la domeniu al publicaţiilor

0

Numărul de articole/comunicări publicate sau acceptate spre publicare în reviste sau conferinţe fără cotaţie ISI

0

Numărul de studii şi documentaţii elaborate în cadrul proiectului

3

Produse (model experimental) 0Numărul de cereri de brevete de invenţie înregistrate în urma proiectului, din care:

0

- naţionale 0 - internaţionale 0Ponderea contribuţiei financiare private la proiect 9,23%Valoarea contribuţiei financiare private la proiect 12.200 lei

Director proiectCpt.dr.ing.

Teodora ZECHERU

RAPORTUL ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC · informaţii despre conflictele militare începând cu al II-lea...

Documents

Transcript of RAPORTUL ŞTIINŢIFIC ŞI TEHNIC · informaţii despre conflictele militare începând cu al II-lea...