O aumento da capacidade de penetração dos novos projéteis, utilizados tanto em operações de guerra como na violência urbana, tem obrigado o desenvolvimento contínuo de materiais mais resistentes e mais leves no emprego de blindagens. Na aplicação aeronáutica, os fatores peso e eficiências balísticas são extremamente críticos. Uma blindagem tem que oferecer proteção contra calibres de munição antiaérea sem acrescentar muito peso, para que a autonomia e capacidade de carregar armamentos não sejam limitadas. As blindagens que melhor desempenham esse papel são do tipo cerâmica/compósito. Contudo uma grande quantidade de combinações é possível, variando o tipo de cerâmica e de compósito. No presente trabalho foram abordados dois tipos de estudos. O primeiro estudo abordado é um modelo analítico que representa o impacto de um projétil sobre uma blindagem cerâmica/compósito, cuja simulação foi rodada em MATLAB V.5. Na simulação, os valores da V50 foram obtidos para os painéis de Al2O3/aramida e B4C/aramida contra os projéteis 7,62x51mm AP e 0,50 pol. NATO AP, respectivamente. O ensaio do painel SiC/aramida contra 0,50 pol. NATO AP serviu para calibrar a simulação e determinar o valor da deformação máxima da base, que é o critério de falha do modelo. Os resultados da simulação comparados com os resultados obtidos nos ensaios foram bem próximos, indicando que o modelo analítico é representativo. O segundo estudo é uma análise da vulnerabilidade de uma aeronave. Desta forma, um cone de ameaças é definido tendo a aeronave no seu vértice e os inimigos distribuídos aleatoriamente em sua base. Através de composição vetorial de velocidade calculam-se a velocidade de impacto e a seção oblíqua do projétil paralela ao plano da aeronave. Dessa forma é possível determinar a espessura necessária para proteger aquela área, utilizando a simulação, e assim otimizar a blindagem para que ela tenha o melhor quociente desempenho balístico/peso.

Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de boro, de vidro, de aramida e de carbono estão sendo progressivamente empregados em aeronaves, mísseis e veículos espaciais com o intuito de reduzir massa e aumentar a estabilidade dimensional destas peças em diferentes faixas de temperatura e resistência ao impacto. Há uma crescente necessidade em aplicações civis e militares para materiais compósitos os quais tem características estruturais excelentes, aliada à boa resistência à penetração e alongamento após impacto. Este trabalho teve por finalidade mostrar quais são os principais materiais compósitos, aplicados em painéis balísticos, as principais técnicas de processamento e avaliar sua resistência ao impacto. Um exemplo prático de aplicação foi estudado analisando propriedades balísticas e de resistência à penetração de painéis utilizados para blindagem da porta de acesso à cabine dos pilotos de aeronaves de passageiros. Além do requisito balístico a porta tem a menor massa possível, pois se utilizou materiais compósitos de ultima geração como painel balístico laminado e autoclavado apresentando alta elongação e alto teor de fibras. Foi demonstrado quais materiais, processos de fabricação e ensaios foram utilizados para confecção do modelo de porta reforçada que hoje está em produção e equipando aeronaves comerciais nos quatro cantos do mundo.

Neste trabalho é desenvolvido um modelo de blindagem balística mista composta por uma parte cerâmica (alumina), e uma parte de compósito (polietileno de ultra alto peso molecular). Paralelamente, também foi modelada a munição à qual a blindagem objetiva proteger. O modelo foi aplicado a alvos compostos somente da base de polietileno de ultra alto peso molecular, e a alvos mistos contendo cerâmica e compósito. Quando a blindagem apresentou uma V50, velocidade com 50% de chance de penetração, da ordem de 700m/s, a simulação obteve erros inferiores a 5%. Já quando a blindagem apresentou uma V50 mais baixa, cerca de 500m/s, a simulação obteve erros maiores, superiores a 15%, mas mesmo assim foi possível prever que a blindagem não era eficiente para esse tipo de solicitação.

Compósitos híbridos polímero/cerâmica têm sido bastante utilizados em painéis de blindagem balística por serem materiais que possuem capacidade de absorver impactos de alta velocidade. A eficiência de absorver impactos sucessivos e a extensão dos danos colaterais do impacto está relacionada a diversos fatores entre eles, um que tem um papel fundamental, é a interface da camada cerâmica com a camada polimérica. A natureza do adesivo utilizado e das interações estabelecidas, aliada a força de adesão e, as morfologias da camada interfacial, entre outras variáveis, podem determinar a intensidade da propagação de energia residual. Estes fatos podem afetar os modos de fragmentação da cerâmica, a capacidade do material resistir a um segundo impacto e, sobretudo interferir no tamanho e na geometria do cone residual resultante da deformação plástica da camada polimérica. Neste trabalho, analisa-se a influência da interface adesiva no desempenho balístico de materiais híbridos constituídos de compósito de fibras de polietileno de ultra-alta massa molar (UHMWPE) /matriz polimérica (Dyneema ), tecido de fibras de aramida (Kevlar ) e a cerâmica alumina. São avaliados adesivos de natureza química distinta, à base de poliuretano, epóxi e silano. A alumina é preparada e caracterizada por ensaios de massa específica, resistência à flexão, dureza Vickers, difração de raios X e Microscopia eletrônica de varredura (MEV), cujos resultados indicam que a mesma possui propriedades adequadas para aplicação balística. A caracterização da interface adesiva é realizada por meio do teste de resistência ao despelamento (T-Peel) e a superfície pós-teste é caracterizada por microscopia óptica e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Estes testes ressaltam que no compósito utilizando Dyneema , a resistência ao despelamento foi parecida para todos os adesivos utilizados indicando que o rompimento ocorre entre as camadas do substrato polimérico. Já para as amostras com Kevlar , o adesivo PU hot melt apresenta maior adesão enquanto que o adesivo a base de silano é o menos eficiente dentre os utilizados. Ensaios balísticos foram realizados em painéis montados com adesivos selecionados no ensaio de adesão: PU hot melt (maior aderência), silano (menor aderência) e epóxi (intermediária). O desempenho dos painéis balísticos, no que diz respeito à extensão dos danos colaterais, varia de acordo com os adesivos utilizados. A força adesiva, assim como a rigidez do adesivo, influencia na transferência de energia de impacto e consequentemente nas dimensões da deformação da camada posterior e na integridade da placa cerâmica adjacente à que sofreu o impacto.

Motores-foguete a propelentes sólidos (MFPS) empregados na propulsão de artefatos bélicos, entre outros, são vulneráveis a estímulos externos, especialmente impactos balísticos por projéteis ou fragmentos se deslocando a altas velocidades. O impacto de um determinado projétil às altas velocidades, contra um motor-foguete carregado com propelente sólido, pode provocar reações do tipo detonação/deflagração comprometendo a segurança pessoal e material de missões operacionais das Forças Armadas Brasileiras. Baseado em procedimentos normatizados, foram realizados ensaios de impacto balístico com munição de calibre 12,7 x 99 mm (0.50) contra motores-foguete (MFPS) carregados com dois tipos de propelentes sólidos os quais integram o Sistema Bélico Ar-Terra (SBAT-70). Os resultados encontrados nestes ensaios de impacto balístico contra tubos motores-foguete de alumínio, carregados com propelente sólido do tipo base-dupla (BD) apresentaram, no total de testes conduzidos, 50% de reação do tipo deflagração e 50% de não reação. Quando carregado com propelente sólido do tipo compósito, nas mesmas condições de ensaio, 94% dos motores-foguete (MFPS) desenvolveram reação de deflagração e 6% de não reação. Esses resultados sugerem a troca do "case" metálico do tubo motor-foguete por um de material compósito principalmente nos tubos motores-foguete carregados com propelente sólido do tipo compósito, bem como recomenda o uso do propelente base dupla (BD) nos motores-foguetes de 70 mm, visando maior segurança operacional.

Em virtude do crescente interesse da utilização de materiais leves e resistentes para proteção balística em veículos, aeronaves e proteção pessoal, os materiais compósitos vêm sendo um material promissor. Com a utilização de materiais cerâmicos e poliméricos combinados para a fabricação dos painéis híbridos para proteção balística, consegue-se obter produtos leves e que atendam ao nível de proteção requerida de acordo com a configuração utilizada. Com o interesse em utilizar materiais que tragam melhores propriedades, o presente trabalho estuda características de uma cerâmica, alumina, e de compósitos poliméricos para fabricação de um núcleo de blindagem híbrida constituído por camada frontal de cerâmica e camada posterior polimérica. A alumina utilizada foi aditivada com nióbia, talco, magnésia e zirconita. Os materiais poliméricos estudados foram: compósitos laminados de fibras de aramida (Kevlar) e de fibras de polietileno de ultra alta massa molar (Dyneema), avaliando o efeito da combinação de suas diferentes configurações. Foi efetuado um estudo de condicionamento ambiental para verificar o comportamento higrotérmico e mecânico pós-condicionamento dos laminados e suas configurações. Verifica-se que é possível obter materiais mais resistentes que a aramida, por combiná-las com camadas de Dyneema. Após a avaliação das propriedades mecânicas e microestruturais da cerâmica, foi efetuada a colagem de pastilhas de alumina em cinco configurações de camadas poliméricas, sendo um painel composto por Kevlar, outro composto por Dyneema e os outros três painéis fabricados com configurações diferentes de Kevlar e Dyneema. Posteriormente, foi avaliado o desempenho balístico destes painéis com munição 7,62x51 mm e feita uma análise dos danos pós-impacto para analisar a formação de trincas na alumina por meio de análise radiográfica, e a deformação plástica da camada polimérica por medição tridimensional da região danificada. Além das propriedades mecânicas, microestruturais e balísticas, a avaliação de custo e peso dos painéis também é levada em consideração para a escolha final do painel de melhor custo benefício. A avaliação do desempenho geral das blindagens híbridas mostra que a configuração DKD apresenta um melhor desempenho das características avaliadas (densidade de área, custo do painel, eficiência balística e caráter de absorção de umidade). Na configuração DKD é possível reunir as propriedades do Kevlar: boa resistência à temperatura, menor deformação plástica e baixo custo, com as propriedades do Dyneema: melhor resistência ao impacto, menor massa específica e resistência à umidade, sendo desta maneira a melhor configuração de camada polimérica definida neste trabalho para a blindagem híbrida estudada.