Title

INFLUÊNCIA DE DIFERENTES SEQUÊNCIAS DE EMPILHAMENTO DE CAMADAS EM BLOCO E INTERCALADAS NO DESEMPENHO BALÍSTICO DE COMPÓSITO HÍBRIDO DE SISAL E ARAMIDA

INFLUENCE OF DIFFERENT STACKING SEQUENCES (BLOCKS AND INTERLEATED LAYERS) ON THE BALLISTIC PERFORMANCE OF SISAL AND ARAMID HYBRID COMPOSITE

Authorship

SOUSA, LAURA SETTI DE; CÊA, BERNARDO SOARES AVILA DE; JÚNIOR, ÉDIO PEREIRA LIMA; MONTEIRO, SERGIO NEVES; NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO; FILHO, FABIO DA COSTA GARCIA

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JÚNIOR, ÉDIO PEREIRA LIMA

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MONTEIRO, SERGIO NEVES

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NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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FILHO, FABIO DA COSTA GARCIA

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DOI

10.5151/2594-5327-40475

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Abstract

A EVOLUçãO DAS ARMAS MODERNAS DEMANDA O DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS AVANçADOS PARA PROTEçãO BALíSTICA, ESPECIALMENTE EM COLETES à PROVA DE BALA. ANTIGAMENTE PRODUZIDOS COM PELES DE ANIMAIS OU METAIS, OS COLETES EVOLUíRAM PARA MATERIAIS TêXTEIS DE ALTO DESEMPENHO, MAIS LEVES E FLEXíVEIS DEVIDO AOS AVANçOS NA INDúSTRIA TêXTIL. AS FIBRAS SINTéTICAS DE ALTO DESEMPENHO, COMO KEVLAR® E DYNEEMA®, SãO COMUNS NESSES COLETES, MAS ENFRENTAM DESAFIOS DE CUSTO E IMPACTO AMBIENTAL. AS FIBRAS NATURAIS LIGNOCELULóSICAS, COMO ALTERNATIVA SUSTENTáVEL, OFERECEM CARACTERíSTICAS úNICAS, EMBORA SUA HETEROGENEIDADE APRESENTE DESAFIOS NA CONFIABILIDADE, ESPECIALMENTE EM APLICAçõES BALíSTICAS. EM VISTA DISSO, SURGE A PROPOSTA DE COMPóSITOS HíBRIDOS, COMBINANDO FIBRAS NATURAIS E SINTéTICAS, PARA EQUILIBRAR BAIXO CUSTO E ELEVADO DESEMPENHO BALíSTICO. NO ENTANTO, A ANáLISE DAS PROPRIEDADES BALíSTICAS DESSES COMPóSITOS REQUER CONSIDERAçãO DE FATORES COMO A INFLUêNCIA DA SEQUêNCIA DE EMPILHAMENTO DAS CAMADAS DE REFORçO. PORTANTO, ESSE TRABALHO BUSCA AVALIAR QUATRO DIFERENTES SEQUêNCIAS DE EMPILHAMENTO DE CAMADAS DE FIBRA DE SISAL E ARAMIDA EM UM COMPóSITO HíBRIDO DE MATRIZ EPóXI, ANALISANDO SUAS PROPRIEDADES BALíSTICAS POR MEIO DE ENSAIOS DE VELOCIDADE RESIDUAL E OS MECANISMOS DE FRATURA DOS CORPOS DE PROVA ATRAVéS DE MACROGRAFIAS. A ANáLISE ESTATíSTICA (ANOVA) MOSTROU QUE AS SEQUêNCIAS DE EMPILHAMENTO PROPOSTAS NãO INFLUENCIARAM SIGNIFICATIVAMENTE O DESEMPENHO BALíSTICO DOS COMPóSITOS, EMBORA O COMPóSITO 6A/6S TENHA ABSORVIDO O MAIOR VALOR DE ENERGIA. PORTANTO, A SUBSTITUIçãO PARCIAL DE CAMADAS DE ARAMIDA POR SISAL NãO COMPROMETEU A CAPACIDADE DE ABSORçãO DE ENERGIA, PROPORCIONANDO UMA REDUçãO DE CUSTOS DE ATé 47%. ALéM DISSO, A ANáLISE MACROSCóPICA EVIDENCIOU A INTEGRIDADE ESTRUTURAL PóS-IMPACTO E OS DIFERENTES MECANISMOS DE DEFORMAçãO.

THE EVOLUTION OF MODERN WEAPONS DEMANDS THE DEVELOPMENT OF ADVANCED MATERIALS FOR BALLISTIC PROTECTION, ESPECIALLY IN BULLETPROOF VESTS. FORMERLY PRODUCED WITH ANIMAL SKINS OR METALS, VESTS HAVE EVOLVED INTO HIGH-PERFORMANCE TEXTILE MATERIALS, LIGHTER AND MORE FLEXIBLE DUE TO ADVANCEMENTS IN THE TEXTILE INDUSTRY. HIGH-PERFORMANCE SYNTHETIC FIBERS, SUCH AS KEVLAR® AND DYNEEMA®, ARE COMMON IN THESE VESTS BUT FACE CHALLENGES IN TERMS OF COST AND ENVIRONMENTAL IMPACT. NATURAL LIGNOCELLULOSIC FIBERS, AS A SUSTAINABLE ALTERNATIVE, OFFER UNIQUE CHARACTERISTICS, ALTHOUGH THEIR HETEROGENEITY POSES CHALLENGES IN RELIABILITY, PARTICULARLY IN BALLISTIC APPLICATIONS. THEREFORE, THE PROPOSAL OF HYBRID COMPOSITES ARISES, COMBINING NATURAL AND SYNTHETIC FIBERS TO BALANCE LOW COST AND HIGH BALLISTIC PERFORMANCE. HOWEVER, ANALYZING THE BALLISTIC PROPERTIES OF THESE COMPOSITES REQUIRES CONSIDERATION OF FACTORS SUCH AS THE STACKING SEQUENCE OF REINFORCEMENT LAYERS. THEREFORE, THIS STUDY AIMS TO EVALUATE FOUR DIFFERENT STACKING SEQUENCES OF SISAL AND ARAMID FIBER LAYERS IN AN EPOXY MATRIX HYBRID COMPOSITE, ANALYZING THEIR BALLISTIC PROPERTIES THROUGH RESIDUAL VELOCITY TESTS AND FRACTURE MECHANISMS OF THE SPECIMENS THROUGH MACROGRAPH. STATISTICAL ANALYSIS (ANOVA) INDICATED THAT DIFFERENT STACKING SEQUENCES PROPOSED DID NOT SIGNIFICANTLY INFLUENCE THE BALLISTIC PERFORMANCE OF THE COMPOSITES, ALTHOUGH THE 6A/6S COMPOSITE ABSORBED THE HIGHEST ENERGY VALUE. THEREFORE, THE PARTIAL REPLACEMENT OF ARAMID LAYERS WITH SISAL DID NOT COMPROMISE THE ENERGY ABSORPTION CAPACITY, PROVIDING A COST REDUCTION OF UP TO 47%. FURTHERMORE, MACROSCOPIC ANALYSES EVIDENCED POST-IMPACT STRUCTURAL INTEGRITY AND DIFFERENT DEFORMATION MECHANISMS.

Keywords

Compósito híbrido; Fibra natural; Proteção balística.

Hybrid composites; Natural fiber; Ballistic protection.