Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado una nueva forma de investigar las fibras de alto rendimiento utilizadas en las armaduras corporales modernas. Descrito en el Revista de ciencia de polímeros , la investigación puede ayudar a aumentar la confianza en la indumentaria que protege a las unidades militares, los departamentos de policía y las figuras públicas de los disparos. También puede conducir al desarrollo de nuevos materiales más livianos para el blindaje corporal en el futuro.
Las fibras de polímero de alto rendimiento se han utilizado en aplicaciones de balística durante más de 40 años. Tradicionalmente, estas fibras se tejen juntas en una tela y luego se colocan en capas 15-20 veces para hacer un chaleco con un grosor de aproximadamente 6 a13 milímetros entre un cuarto y media pulgada. Aunque son efectivos para detener o ralentizar las balas, los usuarios a veces han encontrado que estos chalecos, que se usan debajo o sobre la ropa, son pesados y voluminosos, como usar 15 a 20 camisasa la vez en un caluroso día de verano. A muchos les gustaría una alternativa más cómoda.
La prueba de la armadura de cuerpo blando ha sido una gran preocupación porque el despliegue de un nuevo tipo de fibra, que se cree que es superior al material anterior, falló inesperadamente en 2003, lo que resultó en la muerte de un oficial de policía.otros incidentes provocaron un retiro del mercado en 2005 de algunos de los chalecos hechos con el nuevo material.
Aunque el rendimiento de estos chalecos fue superior cuando estaban recién salidos de la caja y en perfectas condiciones, las pruebas mostraron que las propiedades mecánicas de las fibras dentro de los chalecos comenzaron a deteriorarse después de unos meses de uso normal.finalmente fueron retirados del mercado por completo y el fabricante fue demandado por el Departamento de Justicia DOJ.
El DOJ alistó al NIST para ayudar a evaluar el problema y determinar por qué estos chalecos estaban fallando. Como laboratorio de medición de la nación, los investigadores del NIST están especialmente calificados para desarrollar formas de caracterizar tanto las fibras como su eventual deterioro.
"Las fibras en estas aplicaciones balísticas no pueden fallar [en el campo], punto", dijo Gale Holmes, ingeniero de investigación de materiales en el NIST. "Pero anteriormente, no teníamos forma de saber si estaban cambiando con el tiempo a medida que las personas iban cambiando".usándolos y usándolos "
Las propiedades mecánicas ideales para estos chalecos y otros equipos incluyen una combinación de alta rigidez, gran resistencia a la tracción y una importante tensión de falla para absorber el impacto de la bala. El trabajo inicial de Holmes reveló que el pliegue naturaly el plegado que normalmente encontraría un chaleco durante el uso condujo a una degradación significativa de estas propiedades mecánicas críticas, especialmente en entornos húmedos.
Si bien la degradación de las propiedades mecánicas era evidente, lo que faltaba era una técnica analítica para caracterizar las diferencias estructurales o químicas en las fibras que explicarían su pérdida de rendimiento. Aunque no hay material que pueda ser completamente "a prueba de balas "en todas las circunstancias, los investigadores querían una forma de caracterizar los materiales por su capacidad variable para mitigar el impacto de una bala, especialmente después del uso en el campo.
El método de caracterización seleccionado por Holmes y Christopher Soles en NIST hizo uso de una instalación de haz de positrones intenso en el Reactor Nuclear PULSTAR de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
La técnica de espectroscopía de por vida de aniquilación de positrones PALS proporciona una vista a nivel molecular de la estructura de los materiales. Se ha utilizado para probar materiales en otros sectores, incluidas membranas porosas y aisladores semiconductores. Para este trabajo, se inyectaron positrones en balísticosfibras y permitieron a los investigadores determinar si se crearon huecos durante el plegado en una escala de menos de 5 nanómetros.
Utilizando PALS, Holmes y Soles descubrieron que los niveles de huecos son indicadores muy sensibles del daño sufrido por las fibras después del plegado; una población mayor de huecos significa una mejor posibilidad de falla de la fibra. El equipo sospechaba anteriormente que la creación de huecos era un componente crítico dedegradación mecánica, pero las mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño que se habían usado en el pasado tendían a ser menos sensibles a huecos de menos de 5 nanómetros y no resultaron concluyentes. El daño crítico estaba ocurriendo en escalas de longitud mucho más finas.
"Nos permitió caracterizar los cambios en las fibras que no se pueden ver con otras técnicas", dijo Holmes. "Nos sorprendió durante nuestra investigación lo sensible que era la técnica".
"Antes, no teníamos una muy buena manera de discriminar por qué algunos materiales se rompieron durante las pruebas de plegado y otros no", dijo Soles. "Esta es la primera herramienta de caracterización de materiales que proporciona información sobre por qué algunos materiales pueden serplegado y aún mantener su fuerza "
Los resultados pueden actuar como una señal de diseño para aquellos que desean desarrollar nuevas alternativas a la armadura corporal actual. También puede ayudar a ajustar la cantidad de fibras que se prescriben actualmente para estos productos, creando chalecos más cómodos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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