Fluido de espessamento em armaduras líquidas

O termo "armadura líquida" pode ser meio equivocado. Para algumas pessoas, ele dá a idéia de um fluido se movendo dentro de um sanduíche de duas camadas de material sólido. No entanto, os dois tipos de armadura líquida em desenvolvimento trabalham sem uma camada líquida visível. Em vez disso, eles usam Kevlar, que foi deixado de molho em um dos dois fluidos.

O primeiro é um fluido de espessamento (STF), que se comporta como um material sólido quando há estresse mecânico ou um corte. Em outras palavras, ele se comporta como um líquido até que um objeto o atinge ou o deixa agitado. Então, ele endurece em questão de milésimos de segundo. Este é o conceito oposto de um fluido de afinamento, como uma tinta, que se torna mais fina quanto agitada ou mexida.

Você pode ver como o fluido de espessamento se parece se examinar uma mistura usando partes iguais de água e amido de milho. Se você misturar lentamente, as substâncias irão se mover como um líquido. Mas se você se mexer rapidamente, a superfície irá se solidificar rapidamente. Você consegue até moldar uma bola, mas quando para de aplicar pressão, a bola se desfaz.

Veja aqui como funciona este processo. O fluido é um colóide, feito de minúsculas partículas suspensas em um líquido. As partículas se repelem uma das outras lentamente, por isso elas ficam suspensas com facilidade no líquido sem se empedrarem ou se acumularem no fundo. Usando a energia de um impacto rápido aumenta as forças de repulsão entre as partículas - elas se unem, formando massas chamadas de hidro-grupo. Quando a energia do impacto se dissipa, as partículas começam a se repelir novamente. Os hidro-grupos se desfazem e a substância aparentemente sólida se reverte para um líquido.

Antes do impacto, as partículas no fluido de espessamento estão em um estado de equilíbrio. Após o impacto, elas se juntam, formando estruturas sólidas.

O fluido usado nas armaduras corporais é feito de partículas de sílica suspensas em polietilenoglicol. A sílica é um dos componentes da areia e do quartzo e o polietilenoglicol é um polímero utilizado normalmente em laxantes e lubrificantes. As partículas de sílica possuem apenas alguns nanômetros de diâmetro, por isso vários relatórios descrevem este fluido como uma forma de nanotecnologia.

Para fazer uma armadura utilizando fluido de espessamento, os pesquisadores primeiro precisam diluir o fluido em etanol. Eles saturam o Kevlar com o fluido diluído e o colocam em um forno para que o etanol evapore. O STF então penetra no Kevlar, e as fibras do Kevlar seguram as partículas absorvidas do fluido no lugar. Quando um objeto atinge ou perfura o Kevlar, o fluido endurece imediatamente, deixando o Kevlar mais resistente. O processo de endurecimento acontece em questão de milésimos de segundo, e a armadura volta a ficar flexível logo depois.

Em testes de laboratório, o Kevlar tratado com STF é tão flexível quanto o Kevlar comum. A diferença é que ele é mais resistente, por isso as armaduras usando STF precisam de poucas camadas deste material. Quatro camadas de Kevlar tratado com STF podem dissipar a mesma quantidade de energia do que 14 camadas de Kevlar comum. Além disso, as fibras tratadas com STF não desgastam no impacto como as fibras comuns, significando que as balas não penetram tanto na armadura ou na pele da pessoa que estiver usando. Os pesquisadores acreditam que isso ocorre devido ao fato de ser necessário mais energia para que a bala penetre as fibras tratadas com STF.

Foto cedida por Exército dos E.U.A. /Fotógrafo Sgt.Lorie Jewell Kevlar tratado após o impacto de uma bala

Pesquisas sobre armaduras corporais com base em fluido STF estão sendo feitas no Laboratório do exército dos E.U.A. e na Universidade de Delaware. Por outro lado, pesquisadores do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) estão examinando um outro fluido para ser usado em armaduras corporais. Veremos um pouco de sua pesquisa a seguir.

A lâmina lenta penetra o escudo Armaduras corporais a base de fluido STF possuem equivalentes no mundo da ficção científica. No universo de "Duna" de Frank Herbert, um dispositivo chamado de gerador Holtzman pode produzir um campo protetor. Apenas objetos que se movem lentamente podem penetrar este campo. De forma similar, objetos que se movem lentamente irão penetrar pelo fluido de espessamento sem que ele endureça. Em testes com facas em baixa velocidade, ou quasiestático, a faca pode penetrar tanto o Kevlar comum quanto o tratado com fluido STF. Entretanto, o Kevlar tratado com fluído STF causa menos estrago, possivelmente pelo fluído fazer com que as fibras fiquem unidas.