Il campo dei materiali protettivi è immenso e in rapida crescita. Nuovi materiali ampliano la base tecnologica per i sistemi di protezione del personale e le piattaforme d'arma. Allo stesso tempo, le pratiche commerciali stanno cambiando, allontanandosi da fornitori esclusivi e altri modelli tradizionali comuni a settori come la difesa e la sicurezza
L'industria sta cercando di rispondere rapidamente alle crescenti esigenze dei clienti militari, non solo per "alleggerire il carico", ma anche per sviluppare caratteristiche altrettanto importanti di nuovi materiali protettivi e sistemi di protezione dell'armatura.
Ciò può essere confermato dalle parole del capo del dipartimento di protezione del corpo di DSM Dyneema, Marco Manik, che ha dichiarato in una delle sue interviste: "Produciamo la fibra artificiale più forte, e questa è la fibra DYNEEMA".
L'esperto del settore ha classificato le soluzioni di sicurezza di DSM come una "nuova ondata o generazione di protezione balistica". Le offerte dell'azienda, che lui chiama "Eccellenza tecnologica senza compromessi", combinano materiali leggeri e prestazioni superiori, offrono comfort insieme ad altre caratteristiche di qualità e forniscono ai clienti "tutto ciò di cui hanno bisogno per fare le cose".
Manik ha evidenziato il laminato HB a base di fibre DYNEEMA come una delle innovazioni tecnologiche nei sistemi di protezione balistica. Infatti, "la fibra DYNEEMA HB non è solo 15 volte più resistente dell'acciaio, ma ha una serie di proprietà molto richieste, alle quali prestiamo molta attenzione", ha sottolineato, e quando gli è stato chiesto cosa desiderano principalmente i clienti in questo settore, ha ha risposto che "vogliono opzioni sempre più leggere per la loro attrezzatura".
Sherrill Ingstad, Head of Advanced Ceramics presso ZM è d'accordo con lui: “Vediamo una grande richiesta negli Stati Uniti e in altri paesi per i sistemi di protezione leggeri, ed è qui che si concentrano i nostri sforzi oggi. Ci sforziamo di mettere a punto ogni aspetto del nostro lavoro, dalla tecnologia dei materiali proprietari e dalla ricerca e sviluppo all'allineamento della nostra forza lavoro e al perfezionamento del processo di produzione, per fornire sistemi leggeri che riducano l'onere per le forze armate pur fornendo il livello di protezione richiesto.
In qualità di portavoce di Ceradyne (parte di ZM), Ingstad ha annunciato che fino ad oggi sono stati forniti alle forze armate statunitensi oltre due milioni di inserti per giubbotti antiproiettile e più di 100.000 elmetti da combattimento potenziati (ESN).
Nonostante la sua massa relativamente piccola, l'ESN "fornisce un livello più elevato di protezione da proiettili e frammentazione rispetto a qualsiasi altro elmetto da combattimento nella storia", ha affermato Ingstad. "Rispetto ad altri caschi dello stesso peso in servizio, l'ESN aumenta il livello di protezione anti-proiettile e anti-frammentazione di oltre il 35%."
I primi elmetti ECH sono entrati in servizio con le forze armate statunitensi nel 2014.
Il portafoglio di dispositivi di protezione individuale di Ceradyne include anche l'inserto protettivo leggero e migliorato ESAPI (inserto protettivo per armi di piccolo calibro) per proteggere il busto dal fuoco delle armi di piccolo calibro. Gli inserti sono disponibili in diverse dimensioni e si inseriscono in sezioni interne speciali di giubbotti antiproiettile per personale militare di entrambi i sessi. "Forniamo inserti per giubbotti antiproiettile al supporto logistico del Dipartimento della difesa, che quindi gestisce gli ordini per ogni singola unità", ha affermato un portavoce di Ceradyne.
L'azienda fornisce moderni inserti protettivi ESAPI di varie grammature. L'attuale contratto del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti prevede la fornitura di inserti ultra-piccoli, piccoli e medi, la cui massa varia da meno di 2 kg a quasi 2,5 kg. Ceradyne offre anche inserti grandi ed extra-large per giubbotti antiproiettile, che sono leggermente più pesanti.
Ceradyne ha iniziato a spedire gli inserti un mese prima del previsto lo scorso giugno. In conformità con esso, l'azienda deve completare le consegne per questo ordine alla fine del 2017.
Protezione dei veicoli e dei loro equipaggi
Il rappresentante della società RUAG Difesa ha espresso la sua valutazione sui problemi e sui compiti nel campo dei materiali protettivi per veicoli, che, di fatto, si riducono alla ricerca di un compromesso tra redditività economica e massima riduzione di peso possibile (traverso fuoristrada capacità del paese, trasporto aereo, ecc.), e anche soluzioni che assicurano la protezione degli equipaggi e dei veicoli stessi da una moltitudine di minacce, più dinamiche e più mortali. RUAG Difesa ha anche commentato: “Ovviamente, le esigenze specifiche variano da scenario a scenario, ma si cerca sempre di trovare il perfetto equilibrio tra livelli di protezione e mobilità. Ha ragione chi parla della volatilità delle minacce, ma siamo costantemente alla ricerca di nuove idee nel campo dei materiali e delle soluzioni progettuali”.
Inoltre, il rappresentante di RUAG ha notato l'offuscamento dei confini tra scenari di minacce moderne e le sfide che questi scenari pongono ai fornitori di materiali e sistemi di sicurezza. “Gli scenari di minaccia ora non sono così definiti come prima. La distinzione tra operazioni militari simmetriche e asimmetriche si sta offuscando davanti ai nostri occhi, ora abbiamo bisogno di soluzioni ibride che possano coprire una gamma molto più ampia di minacce.
RUAG si impegna ad affrontare le attuali sfide globali e sviluppa kit di protezione per un'ampia varietà di veicoli, dai veicoli corazzati leggeri 4x4 ai carri armati principali come LEOPARD 2 e, a questo proposito, il portafoglio dell'azienda in questo settore è in continua espansione.
Poi il rappresentante dell'azienda svizzera ha proseguito: “Per la tedesca BMP PUMA, forniamo protezione antimine insieme ad altri componenti di protezione. RUAG ha intrapreso lo sviluppo di una protezione completa dalle mine, protezione contro IED (dispositivi esplosivi improvvisati) e proiettili perforanti per veicoli corazzati PANDUR I austriaci e belgi. La produzione e la consegna dei nostri kit balistici Roof PRO per il produttore di teste sono in pieno svolgimento."
Il vicepresidente della difesa di Alcoa, Margaret Cosentino, ha notato un'altra tendenza parallela e in qualche modo concorrente nella protezione dei veicoli. Secondo lei, in precedenza, è stata prestata molta attenzione all'armatura aggiuntiva dei veicoli che hanno partecipato alle operazioni in Iraq e in Afghanistan, e ora c'è un ritorno alla velocità, alla manovrabilità e alla manovrabilità come funzioni per aumentare la sopravvivenza al combattimento. “Ad esempio, nelle operazioni speciali, i veicoli ultraleggeri vengono schierati per i gruppi di combattimento. Alcoa sta collaborando con la comunità scientifica dell'esercito degli Stati Uniti attraverso il suo nuovo programma Mobile Protected Firepower per ottenere quante più informazioni possibili sui materiali innovativi e selezionare la tecnologia per un sistema di fuoco diretto sicuro ad alta precisione.”
I prodotti Alcoa Defense estendono il ciclo di vita dei veicoli militari, con un portafoglio di prodotti sia per veicoli esistenti che nuovi. Infatti, i prodotti multicomponente di Alcoa, compresi quelli realizzati per estrusione, stampaggio, fusione e una gamma completa di prodotti laminati, si trovano su veicoli tattici a ruote e veicoli da combattimento a terra, che vanno dall'armatura di alluminio sulle jeep HMWWV (come reazione agli IED) e pesanti fuoristrada HEMTT, e terminando con componenti in alluminio per nuove piattaforme, come l'auto blindata JLTV.
“In primo luogo, Alcoa Defense utilizza una gamma molto ampia di materiali nelle sue attività, perché la nostra attività è divisa equamente tra prodotti in alluminio, titanio e nichel, il che ci consente di lavorare con i militari e i principali produttori di prodotti finali al fine di ottenere il materiale, lega e trattamento termico giusti per soddisfare le esigenze di compiti speciali, - ha spiegato Cosentino. “In secondo luogo, ci concentriamo sulla completa integrazione verticale, dal materiale alla forma del prodotto, fino alla lavorazione e all'assemblaggio finale. Migliorare l'efficienza di Alcoa aiuta i nostri clienti a diventare più efficienti e più competitivi.”
Un altro fornitore di sistemi di difesa per veicoli militari è QinetiQ North America (QNA). I rivestimenti antischeggia LAST Armor Spall Liner sono installati su vari veicoli MRAP di fabbricazione americana e i suoi sedili BlastRide ad assorbimento di energia sono installati in BMP e veicoli blindati in diversi paesi. Jeff Riu, Head of Survivability Systems presso l'azienda, ha commentato: "Inoltre, le nostre soluzioni di protezione RPG passive Q-NET sono installate su oltre 13.000 veicoli in tutto il mondo, ad esempio forniscono protezione per macchine come MAXXPRO, PL-ATU, HEMMT e STRYKER, nonché piattaforme di altri paesi. Il sistema di protezione Q-NET ha il potenziale per essere installato su alcune varianti del veicolo corazzato JLTV dell'esercito americano e del corpo dei marines".
QNA sta anche sviluppando dispositivi di protezione individuale per aerei ed elicotteri, con Riu che condivide anche alcune delle ricette segrete della salsa della sua azienda, che devono soddisfare pienamente le esigenze dei suoi clienti in termini di costo, peso e caratteristiche del prodotto finale al fine di fornire loro la migliore soluzione possibile. “Abbiamo raggiunto questo obiettivo lavorando con una varietà di materiali di qualità superiore, tra cui acciaio per armature laminate, vari gradi di ceramica e le ultime fibre balistiche di alta qualità. Lavoriamo anche instancabilmente per sviluppare nuove soluzioni innovative come i nostri sedili ad assorbimento di energia e la nostra tecnologia di attenuazione delle esplosioni BlastPro.”
Collaborazione e partnership
Uno dei temi caldi della discussione tra il business dei materiali per la sicurezza riguarda gli accordi con più fornitori e altri partner (in alcuni casi centinaia di organizzazioni) oltre agli accordi di partnership esclusiva che sono comuni in altri segmenti del mercato della difesa.
Utilizzando l'esempio della sua azienda, Marko Manik ha parlato del desiderio di DSM di innovare e ottimizzare le nuove tecnologie nella sua rete di partner e degli investimenti interni in ricerca e sviluppo.
DSM preferisce i partner nei settori della difesa e della sicurezza correlati e alcuni di questi partner hanno una relazione più forte con DSM grazie alla loro capacità di innovare. “Se abbiamo un partner che ha la capacità di innovare più velocemente di chiunque altro, allora ha un vantaggio, perché oltre ai nostri prodotti, ci sono anche i prodotti finali. Ecco perché dobbiamo lavorare con partner che siano in una certa misura coerenti con la nostra velocità di innovazione , ha affermato Manik.
Il partner commerciale più recente di DSM Dyneema è First Armor, una consociata del KADDB Investment Group. Nel giugno 2016, First Armor ha rivelato un pannello imbottito leggero indossato in combinazione con un giubbotto di sicurezza. Il nuovo rivestimento First Armor è realizzato in Dyneema HB212. Questo laminato composito a base di UHMWPE è eccellente per sistemi di difesa leggeri e durevoli creati utilizzando la tecnologia DYNEEMA Force Multiplier.
First Armor offrirà presto diversi tipi di sistemi di protezione del corpo basati su vari materiali ad alte prestazioni sviluppati da DYNEEMA.
All'inizio dello scorso anno, un altro partner DSM, Point Blank Enterprises, ha introdotto il suo sistema di protezione del corpo ALPHA ELITE Black, ampliando la linea di prodotti ALPHA ELITE. "Il nuovissimo ALPHA ELITE Black, un modello di protezione per armi di piccolo calibro, è un miglioramento rispetto al prodotto precedente in quanto riduce il peso del 17% con lo stesso livello di protezione", ha affermato la società in un comunicato stampa. L'armatura ALPHA ELITE Black utilizza la tecnologia DYNEEMA Force Multiplier di nuova generazione di DSM.
RUAG, inoltre, non elude nessuna organizzazione in questo settore, cercando una cooperazione reciprocamente vantaggiosa. Un portavoce di RUAG ha spiegato che l'azienda “sonda regolarmente il mercato per nuovi design e materiali; e siamo orgogliosi della qualità dei nostri test e dei test che conduciamo per determinare con precisione le proprietà protettive dei materiali. Ciò consente a RUAG di personalizzare le soluzioni di protezione per qualsiasi veicolo e minaccia a un peso e un costo ottimali.”
Il Sig. Riu di QNA ha commentato: “Abbiamo sviluppato solide relazioni con alcuni dei principali produttori di ceramiche avanzate, materiali balistici e fibre composite. Sfruttare queste connessioni ci consente di progettare e fornire prodotti che superano le prestazioni dei nostri concorrenti.”
DuPont è un altro fornitore che ha stabilito una "posizione forte" nella fornitura di materiale per una varietà di applicazioni. Ad esempio, la tecnologia della fibra sintetica Kevlar trova un'ampia varietà di applicazioni: varie armature per il corpo, inserti, elmetti, protezione per gli arti e blindature per veicoli. Tutti questi prodotti aumentano i livelli di sopravvivenza del personale, mentre i consumatori ricevono materiale protettivo di vari gradi di "morbidezza" o "durezza" (termine comune in questo settore). "La protezione morbida si riferisce a giubbotti e altri articoli di equipaggiamento, che sono spesso realizzati con fibre di tessuto e altre strutture flessibili per migliorare la vestibilità, il comfort e la mobilità di chi li indossa", ha spiegato Joseph Hovanek, capo tecnico di DuPont Protection Solutions. "La protezione dura si riferisce alle strutture composite più resistenti, come inserti, caschi e componenti di protezione del veicolo, per le quali DuPont offre fogli di polietilene Tensylon oltre al Kevlar".
Hovanek ha parlato di un aspetto del modello di business di DuPont, osservando che l'azienda fornisce fibre, tessuti e altre strutture di Kevlar ai principali produttori di giubbotti, caschi e veicoli corazzati che utilizzano questi materiali nella progettazione e produzione dei loro prodotti. L'esperto del settore ha aggiunto: "Ci stiamo concentrando sullo sviluppo di soluzioni localizzate, con i principali produttori che lavorano con quattro dei nostri principali centri tecnici in diversi paesi".
Oltre a QNA e alle altre società menzionate in precedenza che forniscono prodotti a vari utenti finali, esiste un'altra società attiva in diverse aree correlate. Combat Clothing Australia (CCA) Protect è un fornitore globale di difesa e sicurezza con una vasta esperienza nella progettazione e produzione di protezioni balistiche per esseri umani, piattaforme di terra e aviazione. Il direttore commerciale dell'azienda, Lee O'Shea, ha osservato che "CCA Protect è attiva nei mercati di Australia, Stati Uniti, Hong Kong, Malesia, Singapore, Emirati Arabi Uniti, Nuova Zelanda e Papua Nuova Guinea".
In particolare, CCA Protect fornisce sistemi di protezione del corpo rigidi e morbidi fino al livello IV, nonché armature per veicoli in grado di resistere a proiettili anticarro. O'Shea ha continuato: “Le soluzioni corazzate avanzate di CCA Protect sono state selezionate per fornire protezione balistica agli elicotteri UH-60 BLACKHAWK e CH-47 CHINOOK delle forze armate australiane. L'impianto di produzione di CCA Protect consente la produzione di grandi pannelli corazzati singoli, rendendoli ideali per il progetto di fase 2 dell'Australia Land 400.” Come parte di questo progetto, l'Australia aggiornerà e modernizzerà la sua flotta di veicoli da ricognizione da combattimento.
Per soddisfare le esigenze dei propri clienti esteri, CCA Protect conduce un'analisi approfondita delle soluzioni al fine di raggiungere un equilibrio tra costo, mobilità, protezione e peso. O'Shea ha concluso dicendo: “Lo spazio di combattimento in rapida evoluzione guida costantemente l'innovazione nel settore della difesa balistica. Gli impianti di produzione all'avanguardia e gli ingegneri esperti di CCA Protect consentono di affrontare queste complesse sfide. La combinazione di compositi avanzati e tecniche di incollaggio uniche crea materiali di schermatura ultraleggeri, resistenti e sottili.”
L'azienda svizzera Garant sviluppa moderne soluzioni di protezione balistica FirmLiner e FlexLiner per diversi tipi di applicazioni. Oltre all'utilizzo dei materiali più recenti risultanti da un'intensa attività di ricerca e sviluppo, Garant ha anche una vasta esperienza acquisita da programmi a lungo termine in collaborazione con fornitori di materiali e utenti finali. I materiali popolari e ampiamente utilizzati includono para-aramide, polietilene, polipropilene e fibra di vetro.
Ceramica spinello trasparente per applicazioni marine
Lo spinello trasparente (MgAl2O4) è attualmente il materiale preferito per l'uso in una varietà di applicazioni marine e di difesa. È un materiale cristallino con un reticolo cubico, che viene sempre più utilizzato per proteggere vari sistemi navali, inclusi sensori, materiali difensivi e "intelligenti" e armi.
Oltre alla sua elevata resistenza, la ceramica spinello ha un'eccellente trasmittanza dai raggi ultravioletti (0,2 μm) al medio infrarosso (5 μm). Per gli alberi optronici dei sottomarini nucleari di classe VIRGINIA della Marina degli Stati Uniti, viene utilizzato un vetro a spinello singolo, che aumenta la sopravvivenza e riduce significativamente i costi di manutenzione e del ciclo di vita. In precedenza, il vetro al silicio e il germanio cristallino erano installati sull'albero del fotoaccoppiatore L-3 KEO per trasmettere rispettivamente la luce visibile e i raggi nella regione del medio infrarosso dello spettro. Entrambi questi materiali, tuttavia, si sono rivelati insufficientemente resistenti e soggetti a danni, nonostante il loro spessore fosse di 3, 8 cm Il problema era come realizzare la finestra da uno spesso spinello. Secondo la ricerca, la ceramica spinello con uno spessore di 3,8 cm, il cui processo di fabbricazione si basa sulla pressatura a caldo, ha ottime proprietà ottiche.
Il ponte del cacciatorpediniere americano di classe ZUMWALT (DDG 1000) è inoltre dotato di grandi finestre ad alta resistenza che trasmettono luce visibile e onde infrarosse con una lunghezza d'onda di 5 micron e che devono resistere a impatti di onde fino a 0,56 kg/cm2. Poiché il processo di pressatura a caldo si ridimensiona a grandi dimensioni, la finestra del ponte può essere realizzata da un unico grande pezzo di spinello. Al contrario, può essere prodotto per diffusione sul bordo unendo due o più piccole finestre in una. La Divisione di ottica applicata dell'US Navy Research Laboratory (NRL) ha dimostrato la fattibilità di entrambi questi approcci.
Il Laboratorio ha notato che il metodo tradizionale di crescita ad alta temperatura da un fuso (> 2000 ° C) da spinello monocristallo è difficile da realizzare un foglio con dimensioni superiori a pochi millimetri. Nel processo di risoluzione di questo problema, l'NRL ha stabilito che la scarsa qualità della ceramica spinello commerciale è dovuta alla miscelazione non uniforme dell'additivo per sinterizzazione (fluoruro di litio) con la polvere di spinello, che porta a porosità e intrappolamento (residuo nel prodotto finale) di questo additivo di sinterizzazione. Gli scienziati di NRL hanno sviluppato un processo brevettato per rivestire in modo uniforme ogni particella di polvere di spinello con un additivo per sinterizzazione, che consente di rimuovere l'additivo durante il processo di pressatura a caldo a una temperatura di circa 1600 ° C. Secondo NRL, ciò consente la produzione di ceramiche spinelli completamente compattate e uniformemente trasparenti con elevate proprietà ottiche, mentre il processo è scalabile e consente la produzione di grandi finestre.
Progettato per ambienti difficili
La ceramica di spinello trasparente viene utilizzata anche in altre applicazioni di difesa. Tra questi ci sono laser ad alta potenza in fase di sviluppo per armi a energia diretta. Da un punto di vista ottico, uno dei luoghi più problematici è la lente di uscita (finestra), poiché il vetro per tali sistemi non ha proprietà termiche, ottiche e meccaniche sufficientemente buone. Il motivo è che le finestre di vetro hanno una conduttività termica molto bassa che porta a shock termici. La bassa resistenza del vetro rende anche difficile l'uso in ambienti aggressivi, secondo gli scienziati dell'NRL. D'altra parte, la resistenza superiore dello spinello ne consente l'utilizzo in ambienti difficili e la sua elevata resistenza consente finestre più sottili, che riducono il peso. NRL ha sviluppato una tecnologia di polvere di spinello ultrapura che è stata utilizzata per realizzare ceramiche di spinello con una perdita di assorbimento record di 6 ppm (parti per milione) / cm a una lunghezza d'onda di 1,06 μm.
La ceramica di spinello di alta qualità ottica viene utilizzata anche per realizzare radome termotrasparenti durevoli per missili a infrarossi. Secondo fonti aperte, i materiali esistenti, come il silicio cristallino, sono fragili e non forniscono la trasmissione della luce visibile. Un altro materiale, lo zaffiro (a-Al2O3) ha una trasmissione limitata a una lunghezza d'onda di 5 µm. Lo zaffiro è estremamente resistente ai danni meccanici, poiché possiede una notevole durezza (9 sulla scala di Mohs); è il materiale più duro dopo il diamante e il carburo di silicio (a-SiC). Ma lo spinello trasmette perfettamente la luce visibile e ha una trasmittanza migliore rispetto allo zaffiro con una lunghezza di 5 micron. Nel tentativo di dimostrare l'applicabilità pratica dello spinello, gli scienziati dell'NRL hanno cambiato il processo di pressatura a caldo e hanno fabbricato con successo carenature con questo materiale.
La disponibilità di ceramiche spinello con elevate proprietà ottiche consentirà inoltre la produzione di schermi e occhiali leggeri per la protezione personale contro gli IED, nonché di finestre conformi per i sistemi di sorveglianza. La ricerca nel 2013 ha dimostrato che lo spinello di magnesio e allumina è un ottimo candidato per strati di armatura trasparenti esterni induriti. I ricercatori che hanno studiato sistematicamente la frammentazione di tre tipi di ceramica spinello hanno dimostrato che la modalità di frammentazione è uno dei parametri chiave che influenzano la resistenza balistica della ceramica.
