Het veld van beschermende materialen is immens en groeit snel. Nieuwe materialen vergroten de technologische basis voor personeelsbeschermingssystemen en wapenplatforms. Tegelijkertijd veranderen de bedrijfspraktijken, waarbij afstand wordt genomen van exclusieve leveranciers en andere traditionele patronen die gebruikelijk zijn in sectoren zoals defensie en veiligheid
De industrie probeert snel te reageren op de groeiende behoeften van militaire klanten, niet alleen om "de last te verlichten", maar ook om even belangrijke kenmerken van nieuwe beschermende materialen en bepantseringssystemen te ontwikkelen.
Dit kan worden bevestigd door de woorden van het hoofd van de afdeling lichaamsbescherming van DSM Dyneema, Marco Manik, die in een van zijn interviews zei: "Wij produceren de sterkste kunstmatige vezel, en dit is DYNEEMA-vezel".
De branche-expert heeft de beveiligingsoplossingen van DSM gecategoriseerd als een "nieuwe golf of generatie van ballistische bescherming". Het aanbod van het bedrijf, dat hij 'compromisloze technologische uitmuntendheid' noemt, combineert lichtgewicht materialen en superieure prestaties, biedt comfort en andere kwaliteitskenmerken en biedt klanten 'alles wat ze nodig hebben om dingen voor elkaar te krijgen'.
Manik benadrukte het DYNEEMA vezelgebaseerde HB-laminaat als een van de technologische doorbraken in ballistische beschermingssystemen. Inderdaad, "DYNEEMA HB-vezel is niet alleen 15 keer sterker dan staal, maar heeft een aantal eigenschappen waar echt vraag naar is, waar we veel aandacht aan besteden", benadrukte hij, en toen hem werd gevraagd wat klanten in dit gebied vooral willen, zei hij antwoordde dat "ze steeds lichtere opties voor hun apparatuur willen."
Sherrill Ingstad, Head of Advanced Ceramics bij ZM is het met hem eens: “We zien in de VS en andere landen een grote vraag naar lichtgewicht beschermingssystemen, en dit is waar onze inspanningen vandaag de dag zijn geconcentreerd. We streven ernaar om elk aspect van ons werk te verfijnen - van gepatenteerde materiaaltechnologie en R&D tot de afstemming van ons personeelsbestand en de verfijning van het productieproces - om lichtgewicht systemen te bieden die de last voor het leger verminderen en toch het vereiste beschermingsniveau bieden."
Als woordvoerder van Ceradyne (onderdeel van ZM) kondigde Ingstad aan dat tot op heden meer dan twee miljoen kogelvrije vest-inserts en meer dan 100.000 verbeterde gevechtshelmen (ESN) aan het Amerikaanse leger zijn geleverd.
Ondanks zijn relatief kleine massa, biedt de ESN "een hoger niveau van kogel- en fragmentatiebescherming dan elke andere gevechtshelm in de geschiedenis", zei Ingstad. "Vergeleken met andere helmen van hetzelfde gewicht in gebruik, verhoogt de ESN het niveau van bescherming tegen kogels en fragmentatie met meer dan 35%."
De eerste ECH-helmen kwamen in 2014 in dienst bij het Amerikaanse leger.
Ceradyne's persoonlijke beschermingsmiddelenportfolio omvat ook de ESAPI (enhanced handvuurwapens beschermende inzet) lichtgewicht, verbeterde handvuurwapens beschermende inzet om de romp te beschermen tegen vuur van handvuurwapens. Inzetstukken zijn verkrijgbaar in verschillende maten en passen in speciale interne secties van kogelvrije vesten voor militair personeel van beide geslachten. "We leveren kogelvrije vest-inserts aan het Department of Defense Logistics Support, die vervolgens de bestellingen voor elke afzonderlijke eenheid afhandelt", aldus een woordvoerder van Ceradyne.
Het bedrijf levert moderne ESAPI-bescherminserts van verschillende gewichten. Het huidige contract van het Amerikaanse ministerie van Defensie voorziet in de levering van ultrakleine, kleine en middelgrote inzetstukken, waarvan de massa varieert van minder dan 2 kg tot bijna 2,5 kg. Ceradyne biedt ook grote en extra grote inzetstukken voor kogelvrije vesten, die iets zwaarder zijn.
Ceradyne begon afgelopen juni met het verzenden van inserts een maand eerder dan gepland. In overeenstemming hiermee moet het bedrijf eind 2017 de leveringen voor deze bestelling afronden.
Bescherming van voertuigen en hun bemanning
De vertegenwoordiger van het bedrijf RUAG Defensie gaf zijn beoordeling van de problemen en taken op het gebied van beschermende materialen voor voertuigen, die in feite neerkomen op het vinden van een compromis tussen economische winstgevendheid en een maximaal mogelijke gewichtsvermindering (off-road cross- landcapaciteit, luchtbrug, enz.), en ook oplossingen die ervoor zorgen dat de bemanningen en de voertuigen zelf worden beschermd tegen een veelheid aan bedreigingen, dynamischer en dodelijker. RUAG Defensie merkte ook op: “Natuurlijk verschillen specifieke behoeften van scenario tot scenario, maar je probeert altijd de perfecte balans te vinden tussen beschermingsniveaus en mobiliteit. Degenen die het hebben over de vluchtigheid van bedreigingen hebben gelijk, maar we zijn constant bezig met het verkennen van nieuwe ideeën op het gebied van materialen en ontwerpoplossingen."
Verder merkte de vertegenwoordiger van RUAG op dat de grenzen tussen scenario's van moderne dreigingen en de uitdagingen die deze scenario's met zich meebrengen voor leveranciers van materialen en beveiligingssystemen vervagen. "Dreigingsscenario's zijn nu niet zo definitief als voorheen. Het onderscheid tussen symmetrische en asymmetrische militaire operaties vervaagt voor onze ogen, nu hebben we hybride oplossingen nodig die een veel breder scala aan dreigingen kunnen dekken."
RUAG streeft ernaar om de huidige wereldwijde uitdagingen aan te gaan en ontwikkelt beschermingskits voor een breed scala aan voertuigen, van lichte 4x4 gepantserde voertuigen tot gevechtstanks zoals LEOPARD 2, en in dit opzicht breidt het portfolio van het bedrijf in deze sector voortdurend uit.
Toen vervolgde de vertegenwoordiger van het Zwitserse bedrijf: “Voor het Duitse BMP PUMA leveren we mijnbescherming samen met andere beschermingscomponenten. RUAG heeft de ontwikkeling op zich genomen van uitgebreide mijnbescherming, bescherming tegen IED's (geïmproviseerde explosieven) en pantserdoordringende projectielen voor Oostenrijkse en Belgische pantservoertuigen PANDUR I. De productie en levering van onze Roof PRO ballistische kits voor de kopfabrikant zijn in volle gang."
Alcoa Defence Vice President Margaret Cosentino merkte een andere parallelle en enigszins concurrerende trend in voertuigbescherming op. Volgens haar werd er eerder veel aandacht besteed aan extra bepantsering van voertuigen die deelnamen aan operaties in Irak en Afghanistan, en nu is er een terugkeer naar snelheid, manoeuvreerbaarheid en manoeuvreerbaarheid als functies van het vergroten van de overlevingskansen van gevechten. “Bij speciale operaties worden bijvoorbeeld ultralichte voertuigen ingezet voor gevechtsgroepen. Alcoa werkt samen met de wetenschappelijke gemeenschap van het Amerikaanse leger via zijn nieuwe Mobile Protected Firepower-programma om zoveel mogelijk informatie te verkrijgen over innovatieve materialen en geselecteerde technologie voor een veilig, uiterst nauwkeurig direct vuursysteem.”
De producten van Alcoa Defense verlengen de levenscyclus van militaire voertuigen, met een portfolio van producten voor zowel bestaande als nieuwe voertuigen. De meercomponentenproducten van Alcoa, waaronder die gemaakt door extrusie, stampen, gieten en een volledig assortiment gewalste producten, zijn te vinden op tactische wielvoertuigen en grondgevechtsvoertuigen, variërend van aluminium bepantsering op HMWWV-jeeps (als reactie op IED's) en zware off-road trucks HEMTT, en eindigend met aluminium onderdelen voor nieuwe platforms, zoals de JLTV pantserwagen.
“Ten eerste gebruikt Alcoa Defense een zeer breed scala aan materialen in zijn activiteiten, omdat onze activiteiten gelijkelijk zijn verdeeld over aluminium-, titanium- en nikkelproducten, wat ons in staat stelt om samen te werken met het leger en de belangrijkste fabrikanten van eindproducten om de juiste materiaal, legering en warmtebehandeling om te voldoen aan de vereisten voor speciale taken, legt Cosentino uit. “Ten tweede richten we ons op volledige verticale integratie, van materiaal tot productvorm, tot bewerking en eindmontage. Door de efficiëntie van Alcoa te verbeteren, kunnen onze klanten efficiënter en concurrerender worden.”
Een andere leverancier van verdedigingssystemen voor militaire voertuigen is QinetiQ North America (QNA). De LAST Armour Spall Liner antisplintervoeringen zijn geïnstalleerd op verschillende MRAP-voertuigen van Amerikaanse makelij, en de energieabsorberende BlastRide-stoelen zijn geïnstalleerd in BMP's en gepantserde personenwagens in verschillende landen. Jeff Riu, Head of Survivability Systems bij het bedrijf merkte op: "Bovendien zijn onze Q-NET passieve RPG-beveiligingsoplossingen geïnstalleerd op meer dan 13.000 voertuigen wereldwijd, ze bieden bijvoorbeeld bescherming voor machines zoals MAXXPRO, PL-ATU, HEMMT en STRYKER, evenals platforms uit andere landen. Het Q-NET-beveiligingssysteem kan worden geïnstalleerd op sommige varianten van het JLTV-pantservoertuig van het Amerikaanse leger en het Korps Mariniers."
QNA ontwikkelt ook persoonlijke beschermingsmiddelen voor vliegtuigen en helikopters, waarbij Riu ook enkele van de geheime sausrecepten van zijn bedrijf deelt, die volledig moeten voldoen aan de behoeften van zijn klanten op het gebied van kosten, gewicht en kenmerken van het eindproduct om hen de best mogelijke oplossing bieden. “We hebben dit bereikt door te werken met een verscheidenheid aan superieure materialen, waaronder gewalst pantserstaal, verschillende soorten keramiek en de nieuwste hoogwaardige ballistische vezels. We werken ook onvermoeibaar aan de ontwikkeling van innovatieve nieuwe oplossingen zoals onze energieabsorberende stoelen en onze BlastPro-ontploffingstechnologie.”
Samenwerking en partnerschap
Een van de hot topics in de discussie tussen de beveiligingsmaterialen business betreft overeenkomsten met meerdere leveranciers en andere partners (in sommige gevallen honderden organisaties) naast de exclusieve samenwerkingsovereenkomsten die gangbaar zijn in andere segmenten van de defensiemarkt.
Aan de hand van het voorbeeld van zijn bedrijf sprak Marko Manik over de wens van DSM om te innoveren en nieuwe technologieën te optimaliseren in zijn partnernetwerk en over interne investeringen in onderzoek en ontwikkeling.
DSM geeft de voorkeur aan partners in de defensie- en aanverwante veiligheidssectoren, en sommige van deze partners hebben een sterkere relatie met DSM vanwege hun vermogen om te innoveren. “Als we een partner hebben die sneller kan innoveren dan wie dan ook, dan heeft hij een voordeel, want naast onze producten zijn er ook eindproducten. Daarom moeten we samenwerken met partners die tot op zekere hoogte consistent zijn met onze snelheid van innovatie”, aldus Manik.
De meest recente zakenpartner van DSM Dyneema is First Armour, een dochteronderneming van de KADDB Investment Group. In juni 2016 onthulde First Armour een lichtgewicht gewatteerd paneel dat werd gedragen in combinatie met een veiligheidsvest. De nieuwe First Armour voering is gemaakt van Dyneema HB212. Dit composietlaminaat op UHMWPE-basis is uitstekend geschikt voor lichtgewicht, duurzame verdedigingssystemen die zijn gemaakt met behulp van de DYNEEMA Force Multiplier-technologie.
First Armour zal binnenkort verschillende soorten lichaamsbeschermingssystemen aanbieden op basis van verschillende hoogwaardige materialen die door DYNEEMA zijn ontwikkeld.
Begin vorig jaar introduceerde een andere DSM-partner, Point Blank Enterprises, zijn ALPHA ELITE Black-lichaamsbeschermingssysteem, waarmee de ALPHA ELITE-productlijn werd uitgebreid. "De nieuwste ALPHA ELITE Black, een model voor de bescherming van handvuurwapens, is een verbetering ten opzichte van het vorige product omdat het het gewicht met 17% vermindert met hetzelfde beschermingsniveau", aldus het bedrijf in een persbericht. De ALPHA ELITE Black kogelvrije vesten maken gebruik van de nieuwe generatie DYNEEMA Force Multiplier technologie van DSM.
Ook op dit gebied gaat RUAG geen enkele organisatie voorbij en streeft naar wederzijds voordelige samenwerking. Een woordvoerder van RUAG legde uit dat het bedrijf “regelmatig de markt afspeurt naar nieuwe ontwerpen en materialen; en we zijn trots op de kwaliteit van onze tests en de tests die we uitvoeren om de beschermende eigenschappen van materialen nauwkeurig te bepalen. Dit stelt RUAG in staat om beschermingsoplossingen op maat te maken voor elk voertuig en elke bedreiging tegen een optimaal gewicht en kosten.”
De heer Riu van QNA merkte op: “We hebben sterke relaties ontwikkeld met enkele van de toonaangevende fabrikanten van geavanceerde keramiek, ballistische materialen en composietvezels. Door gebruik te maken van deze verbindingen kunnen we producten ontwerpen en leveren die beter presteren dan onze concurrenten.”
DuPont is een andere leverancier die een "sterke positie" heeft opgebouwd in de levering van materiaal voor een verscheidenheid aan toepassingen. Kevlar-kunststoftechnologie vindt bijvoorbeeld een breed scala aan toepassingen - verschillende kogelvrije vesten, inzetstukken, helmen, ledematenbescherming en voertuigbepantsering. Al deze producten verhogen de overlevingskansen van het personeel, terwijl consumenten beschermend materiaal krijgen in verschillende mate van "zachtheid" of "hardheid" (gebruikelijke termen in deze sector). "Zachte bescherming verwijst naar vesten en andere uitrustingsstukken, die vaak zijn gemaakt van textielvezels en andere flexibele structuren om de pasvorm, het comfort en de mobiliteit van de dragers te verbeteren", legt Joseph Hovanek, hoofdtechnoloog bij DuPont Protection Solutions, uit. "Harde bescherming verwijst naar de hardere composietstructuren, zoals inzetstukken, helmen en voertuigbeschermingscomponenten, waarvoor DuPont naast Kevlar ook Tensylon-polyethyleenplaten biedt."
Hovanek sprak over een aspect van het bedrijfsmodel van DuPont en merkte op dat het bedrijf vezels, stoffen en andere structuren van Kevlar levert aan toonaangevende fabrikanten van vesten, helmen en gepantserde voertuigen die deze materialen gebruiken bij het ontwerpen en vervaardigen van hun producten. De branche-expert voegde toe: "We richten ons op het ontwikkelen van gelokaliseerde oplossingen, waarbij toonaangevende fabrikanten samenwerken met vier van onze belangrijkste technische centra in verschillende landen."
Naast QNA en de andere eerder genoemde bedrijven die producten leveren aan verschillende eindgebruikers, is er nog een ander bedrijf dat op meerdere aanverwante gebieden actief is. Combat Clothing Australia (CCA) Protect is een wereldwijde leverancier van defensie en beveiliging met een schat aan ervaring in het ontwerpen en produceren van ballistische bescherming voor mensen, grondplatforms en luchtvaart. De commercieel directeur van het bedrijf, Lee O'Shea, merkte op dat "CCA Protect actief is in de markten van Australië, de Verenigde Staten, Hong Kong, Maleisië, Singapore, de Verenigde Arabische Emiraten, Nieuw-Zeeland en Papoea-Nieuw-Guinea."
CCA Protect levert met name harde en zachte lichaamsbeschermingssystemen tot niveau IV, evenals voertuigbepantsering die bestand is tegen antitankgranaten. O'Shea vervolgt: “De geavanceerde bepantseringsoplossingen van CCA Protect zijn geselecteerd om ballistische bescherming te bieden aan de Australische strijdkrachten UH-60 BLACKHAWK en CH-47 CHINOOK-helikopters. De productiefaciliteit van CCA Protect maakt de productie van grote enkelvoudige gepantserde panelen mogelijk, waardoor ze ideaal zijn voor het Land 400 Phase 2-project in Australië.” Als onderdeel van dit project zal Australië zijn vloot van gevechtsverkenningsvoertuigen updaten en moderniseren.
Om aan de eisen van haar buitenlandse klanten te voldoen, voert CCA Protect een grondige analyse van oplossingen uit om een evenwicht te bereiken tussen kosten, mobiliteit, bescherming en gewicht. O'Shea besloot door te zeggen: De snel veranderende gevechtsruimte stimuleert voortdurend innovatie in de ballistische defensie-industrie. De ultramoderne productiefaciliteiten en ervaren ingenieurs van CCA Protect maken het mogelijk om deze complexe uitdagingen aan te gaan. De combinatie van geavanceerde composieten en unieke verbindingstechnieken zorgt voor ultralichtgewicht, duurzame en dunne afschermingsmaterialen.”
Het Zwitserse bedrijf Garant ontwikkelt moderne ballistische beschermingsoplossingen FirmLiner en FlexLiner voor verschillende soorten toepassingen. Naast het gebruik van de nieuwste materialen die het resultaat zijn van intensieve onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten, heeft Garant ook veel ervaring opgedaan met langetermijnprogramma's in samenwerking met materiaalleveranciers en eindgebruikers. Populaire en veelgebruikte materialen zijn para-aramide, polyethyleen, polypropyleen en glasvezel.
Transparante spinelkeramiek voor maritieme toepassingen
Transparante spinel (MgAl2O4) is momenteel het voorkeursmateriaal voor gebruik in een verscheidenheid aan maritieme en andere defensietoepassingen. Het is een kristallijn materiaal met een kubisch rooster, dat steeds vaker wordt gebruikt om verschillende scheepssystemen te beschermen, waaronder sensoren, defensieve en "slimme" materialen en wapens.
Naast de hoge sterkte heeft spinelkeramiek een uitstekende transmissie van ultraviolette stralen (0,2 m) tot midden-infrarood (5 m). Voor de optronische masten van de kernonderzeeërs van de VIRGINIA-klasse van de Amerikaanse marine wordt enkel spinelglas gebruikt, wat de overlevingskansen vergroot en de onderhouds- en levenscycluskosten aanzienlijk verlaagt. Eerder werden siliciumglas en kristallijn germanium op de L-3 KEO-optocoupler-mast geïnstalleerd om zichtbaar licht en stralen in het midden-infrarode gebied van het spectrum door te geven. Beide materialen bleken echter onvoldoende sterk en gevoelig voor beschadiging, ondanks het feit dat ze 3, 8 cm dik waren. Het probleem was hoe het raam van dikke spinel te maken. Volgens onderzoek heeft spinelkeramiek met een dikte van 3,8 cm, waarvan het productieproces is gebaseerd op warmpersen, zeer goede optische eigenschappen.
De brug van de Amerikaanse torpedobootjager van de ZUMWALT-klasse (DDG 1000) is ook uitgerust met grote zeer sterke ramen die zichtbaar licht en infraroodgolven met een golflengte van 5 micron doorlaten en die golfinslagen tot 0,56 kg/cm2 moeten weerstaan. Omdat het heetpersproces tot grote afmetingen schaalt, kan het brugvenster uit één groot stuk spinel worden gemaakt. Omgekeerd kan het worden geproduceerd door randdiffusie die twee of meer kleine vensters tot één verbindt. De Applied Optics Division van het US Navy Research Laboratory (NRL) heeft de haalbaarheid van beide benaderingen aangetoond.
Het Laboratorium merkte op dat de traditionele methode van groei bij hoge temperatuur uit een smelt (> 2000 ° C) van eenkristal spinel moeilijk is om een plaat te maken met afmetingen van meer dan enkele millimeters. Bij het oplossen van dit probleem heeft het NRL vastgesteld dat de slechte kwaliteit van commercieel spinelkeramiek te wijten is aan ongelijkmatige vermenging van het sinteradditief (lithiumfluoride) met het spinelpoeder, wat leidt tot porositeit en insluiting (residu in het eindproduct) van dit sinteradditief. Wetenschappers van NRL hebben een gepatenteerd proces ontwikkeld om elk deeltje spinelpoeder uniform te coaten met een sinteradditief, waardoor het additief kan worden verwijderd tijdens het heetpersproces bij een temperatuur van ongeveer 1600 ° C. Volgens NRL maakt dit de productie mogelijk van volledig verdichte, uniform transparante spinelkeramiek met hoge optische eigenschappen, terwijl het proces schaalbaar is en de productie van grote ramen mogelijk maakt.
Ontworpen voor ruwe omgevingen
Transparante spinelkeramiek wordt ook in andere defensietoepassingen gebruikt. Onder hen zijn krachtige lasers die worden ontwikkeld voor gerichte energiewapens. Vanuit optisch oogpunt is een van de meest problematische plaatsen de uitgangslens (venster), aangezien glas voor dergelijke systemen onvoldoende goede thermische, optische en mechanische eigenschappen heeft. De reden is dat glazen ramen een zeer lage thermische geleidbaarheid hebben, wat leidt tot thermische schokken. De lage sterkte van het glas maakt het volgens NRL-wetenschappers ook moeilijk te gebruiken in agressieve omgevingen. Aan de andere kant maakt de superieure sterkte van de spinel het gebruik in ruwe omgevingen mogelijk, en de hoge sterkte zorgt voor dunnere ramen, wat het gewicht vermindert. NRL heeft een ultrazuivere spinelpoedertechnologie ontwikkeld waarmee spinelkeramiek is gemaakt met een record laag absorptieverlies van 6 ppm (parts per million) / cm bij een golflengte van 1,06 m.
Spinelkeramiek van hoge optische kwaliteit wordt ook gebruikt om duurzame warmtetransparante radomes voor infraroodraketten te maken. Volgens open bronnen zijn bestaande materialen, zoals kristallijn silicium, kwetsbaar en laten ze geen zichtbaar licht door. Een ander materiaal, saffier (a-Al2O3) heeft een beperkte transmissie bij een golflengte van 5 µm. Saffier is extreem goed bestand tegen mechanische schade, omdat het een opmerkelijke hardheid heeft (9 op de schaal van Mohs); het is het hardste materiaal na diamant en siliciumcarbide (a-SiC). Maar spinel laat zichtbaar licht perfect door en heeft een betere doorlaatbaarheid in vergelijking met saffier met een lengte van 5 micron. In een poging om de praktische toepasbaarheid van spinel aan te tonen, veranderden wetenschappers van NRL het heetpersproces en maakten ze met succes stroomlijnkappen van dit materiaal.
De beschikbaarheid van spinelkeramiek met hoge optische eigenschappen zal ook de fabricage mogelijk maken van lichtgewicht ontploffingsschermen en brillen voor persoonlijke bescherming tegen IED's, evenals conforme vensters voor bewakingssystemen. Onderzoek in 2013 toonde aan dat magnesiumalumina spinel een uitstekende kandidaat is voor buitenste geharde transparante pantserlagen. Onderzoekers die systematisch de fragmentatie van drie soorten spinelkeramiek hebben onderzocht, hebben aangetoond dat de fragmentatiemodus een van de belangrijkste parameters is die de ballistische weerstand van keramiek beïnvloeden.
