Os capacetes balísticos são compostos principalmente por uma carcaça, um revestimento interior e um sistema de suspensão. A carcaça absorve a energia do impacto de projéteis ou estilhaços de alta velocidade, principalmente através de deformação e falha estrutural. Consequentemente, o processo de fabrico da caixa do capacete desempenha um papel fundamental no seu desempenho de proteção.
Atualmente, o fabrico de cascos de capacetes balísticos emprega predominantemente tecnologias de moldagem de materiais compósitos, incluindo a laminação manual, a moldagem por transferência de resina (RTM), a moldagem por compressão e a moldagem de forma final.
1. Processo de Moldação por Laminação Manual
O processo de moldagem por laminação manual, também conhecido como moldagem por contacto, é uma das técnicas mais antigas e amplamente utilizadas para o fabrico de capacetes balísticos compostos. Este processo depende principalmente do trabalho manual, impondo elevadas exigências técnicas aos operadores. Os operadores devem compreender as propriedades estruturais do produto e possuir conhecimentos especializados no corte e laminação de materiais reforçados com fibras, bem como na preparação da superfície do molde.
O processo de laminação manual oferece um baixo custo dos moldes, fácil manutenção e flexibilidade no tamanho e formato do produto. O design pode ser facilmente ajustado em áreas específicas para satisfazer os requisitos do produto. Além disso, o processo de moldagem pode ser convenientemente realizado à temperatura ambiente. No entanto, geralmente só é adequado para a produção de artigos mais pequenos. Adicionalmente, as propriedades mecânicas dos produtos acabados tendem a ser não uniformes, resultando numa baixa consistência e num desempenho de proteção instável.
2. Moldagem por Transferência de Resina (RTM)
A Moldagem por Transferência de Resina (RTM, na sigla em inglês) é um processo de moldagem de materiais compósitos em que uma resina de baixa viscosidade — como o poliéster ou a epóxi — é injetada num molde fechado. A resina impregna de forma completa e uniforme fibras de alto desempenho ou outros materiais de reforço, que são depois curados para formar o componente final.
Em comparação com a laminação manual tradicional, o RTM produz materiais com uma resistência superior ao impacto e propriedades mecânicas mais consistentes em toda a estrutura. Além disso, o processo reduz custos, permite uma produção repetível, garante uma elevada precisão dimensional e produz um acabamento superficial suave e uniforme.
No entanto, no fabrico de componentes compósitos complexos ou de grande escala, o RTM pode enfrentar desafios como o fluxo irregular de resina, a impregnação inadequada das fibras e os ciclos de moldagem demasiado longos. Estes problemas podem resultar em produtos compósitos que não correspondem às expectativas em termos de desempenho mecânico, resistência e precisão dimensional.
3. Processo de Moldação por Prensagem a Quente
A moldagem por prensagem a quente é um dos processos de fabrico mais utilizados para materiais compósitos. Os principais fatores que afetam a qualidade de um capacete balístico moldado são a temperatura de moldagem, a duração da moldagem e a pressão de moldagem.
O processo inicia-se com a preparação de um pré-impregnado a partir de fibras selecionadas de alto desempenho e de uma resina termoendurecível ou termoplástica. O molde é então pré-aquecido e mantido a uma temperatura específica. Os operadores colocam o pré-impregnado no molde de uma prensa hidráulica de moldagem de compósitos, fixam as arestas e fecham o molde. O molde é aquecido até à temperatura de moldação necessária, pressurizado, mantido a essa temperatura, arrefecido e aberto. Por fim, os trabalhadores retiram o produto acabado e aparam-no.
Durante todo o processo de moldagem por prensagem a quente, as condições de moldagem devem ser rigorosamente monitorizadas. Por exemplo, a temperatura de cura para capacetes compostos por UHMWPE não ultrapassa normalmente os 130°C.
4. Tecnologia de conformação de peças com formato próximo do final
A tecnologia de conformação próxima do formato final — também conhecida como moldagem em gel — é um método avançado de conformação amplamente utilizado em cerâmicas e compósitos de matriz metálica.
O processo mistura uniformemente pós cerâmicos ou metálicos com aditivos, incluindo monómeros orgânicos e agentes de reticulação, para formar uma pasta. Uma vez vertida num molde, um iniciador desencadeia a polimerização do monómero, fazendo com que a pasta gele in situ e solidifique no formato desejado.
Esta tecnologia é altamente eficaz para a produção de componentes com geometrias complexas e elevada precisão dimensional. Os corpos em bruto resultantes apresentam uma excelente uniformidade e elevada resistência, o que ajuda a minimizar a necessidade de maquinação posterior. No entanto, o processo impõe requisitos extremamente rigorosos quanto à pureza da matéria-prima e ao controlo dos parâmetros operacionais.
De seguida, apresentamos as 4 principais tecnologias de moldagem para capacetes balísticos de material compósito:
1) Moldação por laminação manual: Os produtos fabricados por este processo apresentam propriedades mecânicas inconsistentes e menor eficiência de produção, embora o custo inicial de investimento seja baixo. É adequado para produção em pequenos lotes ou personalização.
2) Moldação por Transferência de Resina (RTM): Este processo produz peças com excelentes propriedades mecânicas e oferece uma maior eficiência de produção, com um nível de investimento moderado. Equilibra as necessidades de produção em lotes e personalização.
3) Moldagem por prensagem a quente: Os produtos criados por este processo apresentam propriedades mecânicas superiores, embora os custos de produção sejam elevados. É ideal para a produção em massa padronizada em grande escala.
4) Moldagem de forma final: Esta tecnologia produz componentes com elevada resistência da pré-forma e elevada eficiência de produção, embora com um custo de fabrico mais elevado. Foi concebida para fabricar peças complexas que exigem uma precisão dimensional excecional e um elevado desempenho mecânico.
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