Laminados de Vidrio de Seguridad y Resistencia Balística: Física de Materiales

Como se ha mencionado, no existe un material perfecto para aplicaciones transparentes de resistencia al impacto. Especialmente si buscamos estructuras con alta resistencia al impacto, siendo para enfrentar y bloquear balas a velocidades desde 360 m/s hasta 900 m/s. Hablando de estas velocidades estamos hablando de energías de: 11 Julios (2,6 gr a 360 m/s) -117 Julios (4 gr a 950 m/s), e incluso 214 Julios (9,8 gr a 820 m/s)

Para detener tales impactos es necesario “comerse” toda la energía que traen las balas durante su “vuelo”. Lamentablemente todavía no estamos en condiciones de devolver estas balas como lo hace cualquier tenista en la cancha de tenis. Si tal situación fuera posible, habríamos pasado de una situación de defensa pasiva a una situación activa. En ese caso sumado a la protección contra impactos de la barrera, el agresor tendrá que pensárselo dos veces antes de decidirse a disparar y dañar a alguien. Bueno, todavía estamos lejos y necesitamos algo de tiempo para llegar a este punto. Todo depende de los nuevos desarrollos en Ciencia de Materiales.

Mientras tanto, nos vemos obligados a seleccionar los materiales y unirlos de la forma adecuada. Teniendo en cuenta el rendimiento requerido antes y durante el impacto, estos son los materiales preferidos seleccionados para las configuraciones de resistencia balística y sus funciones:

Material rígido y no flexible (Normalmente Vidrio)

 - Antes del impacto

•  Su superficie externa protege toda la estructura contra la intemperie, rayones. Permite una visión clara

 - Durante el impacto

•  Debido a su rigidez absorbe la mayor parte de la energía del impacto.

Material rígido y flexible (Normalmente Policarbonato o Polimetacrilato de metilo)

 - Antes del impacto

•  Elimina peso a la estructura.
• Proporciona pequeña flexibilidad a todas las piezas del conjunto.
• Permite una visión clara.

 - Durante el impacto

•  Toma parte del impacto Energía
• Atrapa partículas que se rompen

Material no rígido y flexible (Normalmente conocido como "el Pegamento") 

- Antes del impacto

• Proporciona flexibilidad a todas las piezas del conjunto ante diferentes condiciones de intemperie a altas y bajas temperaturas.
• Es el material de unión del resto de elementos laminados.
• Permite una visión clara

 - Durante el impacto

•  Por su flexibilidad distribuye y diferencia las tensiones de impacto.
• Toma una pequeña parte del impacto Energía
• Participa y distribuye el calor del impacto.
• Mantiene todas las piezas juntas
• Trampas que rompen partículas

Todos ellos juntos antes y durante el impacto funcionan como un compuesto viscoelástico, siendo el vidrio el elemento menos elástico del compuesto, el polímero rígido la pieza parcialmente elástica y viscosa y el pegamento es el elemento más elástico y viscoso. Todos los elementos, una vez montados, tienen que gestionar el impacto y los efectos colaterales del mismo (roturas, partículas, calor,….). De todos ellos el “pegamento” tiene un papel muy importante, ya que es el elemento que proporciona la elasticidad al laminado, bajo condiciones mecánicas muy diferentes, antes y durante escenarios de impacto.

Se han creado diferentes modelos matemáticos para intentar explicar sus roles y capacidades. Desde un enfoque sencillo se podrían considerar las estructuras desde el punto de vista de los modelos mecánicos utilizados en Química de Polímeros basados en resortes (comportamiento elástico-rígido) y amortiguadores (comportamiento viscoso) y sus combinaciones (elementos de Maxwell y Voigt).

Los siguientes vídeos muestran dos comportamientos elásticos diferentes según sus estructuras. La forma en que las astillas se proyectan hacia atrás después del impacto es un ejemplo de las propiedades elásticas de diferentes estructuras laminadas.

Si desea obtener más información sobre este tema, háganoslo saber.