“EMBALAGEM FLEXÍVEL RESISTENTE À PENETRAÇÃO E O USO DA MESMA” A presente invenção diz respeito a uma embalagem flexível resistente à penetração.
Os materiais deste tipo são descritos na EP 0 862 722 Bl, por exemplo. Este relatório descritivo divulga uma composição à prova de penetração tendo pelo menos uma camada tendo fios fabricados das fibras com uma resistência de pelo menos 900 MPa de acordo com a norma ASTM D-885, em que a camada é ligada a uma série contínua de polímero. A composição à prova de penetração é usada para fabricar a roupa protetora. A roupa protetora deve garantir a proteção desejada dos projeteis, por exemplo. Os requerimentos estabelecidos na ação protetora balística estão constantemente em aumento. A presente invenção, portanto, dirige-se ao objetivo de fornecer um material com um grau mais alto de proteção balística.
Este objetivo é obtido por uma embalagem flexível resistente à penetração que compreende a) uma pilha de laminados, os laminados consistindo de pelo menos uma camada de fios compreendendo fibras com uma resistência de pelo menos 900 MPa de acordo com a norma ASTM D-885, onde a camada de fios é ligada a pelo menos uma série contínua de polímero tendo um módulo de elasticidade na extensão de 5 a 1000 MPa de acordo com a norma ASTM D-882 e onde a pilha tem uma superfície externa voltada para o lado sob ataque e uma superfície interna contrária ao lado sob ataque; e, b) uma camada de material compressível, a camada disposta na superfície interna da pilha de laminados ou em uma tal posição na pilha de laminados entre os laminados que a partir desta posição o número de laminados perto da superfície externa da pilha é pelo menos duas vezes o número de laminados perto da superfície interna.
Visto que um material compressível não oferece nenhuma ação protetora balística apreciável como tal, deve ser considerado como surpreendente que a embalagem de acordo com a invenção exiba uma ação protetora balística mais alta, expressada pelo valor V50, do que uma embalagem sem o material compressível. Isto tudo é a maior verdade porque a embalagem de acordo com a invenção exibe um valor V50 aumentado para um material compressível com uma espessura de apenas um pouco, por exemplo, 2 mm. A embalagem de acordo com a invenção compreende uma série contínua de polímero que preferivelmente tem um módulo de elasticidade na extensão de 15 a 1000 MPa, por exemplo, preferivelmente de 42 a 1000 MPa e especial e preferivelmente de 200 a 700 MPa, cada um de acordo com a norma ASTM D-882. O número de laminados na embalagem de acordo com a invenção depende da ação protetora desejada, onde uma embalagem que compreende 5 a 100, especial e preferivelmente 15 a 70, laminados garante a ação protetora desejada para um número grande de especificações balísticas.
Os fios da embalagem de acordo com a invenção podem assumir uma variedade ampla de formas. Em uma forma de realização preferida da embalagem de acordo com a invenção, os fios constituem uma estrutura unidirecional, isto é, uma em que todos os fios encontram-se na mesma direção.
Em uma outra forma de realização preferida da embalagem de acordo com a invenção, os fios têm uma estrutura multidirecional, isto é, uma em que os fios de uma camada são dispostos em um ângulo outro que não 0o, preferivelmente 20 a 90° e especial e preferivelmente 90°, com respeito aos fios da camada adjacente. Por exemplo, os arranjos do fio descritos na EP-A-0 805 332 e WO 01/78975 também são adequados para a presente invenção.
Em uma outra forma de realização preferida da embalagem de acordo com a invenção, os fios são panos tecidos, que preferivelmente têm um tecido com fios que se entrelaçam altemadamente. Entretanto, outros tecidos tais como sarja, atlas ou hopsack também são adequados.
Os panos tecidos da embalagem de acordo com a invenção têm uma contagem de filamento preferivelmente na faixa de 2 a 50 por cm e consiste de fios preferivelmente tendo um título de 50 a 3360 dtex.
Os fios da embalagem de acordo com a invenção podem compreender preferivelmente as fibras selecionadas de um ou mais grupos consistindo das fibras seguintes, contanto que as fibras tenham uma resistência de pelo menos 900 MPa de acordo com a norma ASTM D-885: • fibras de polibenzoxazol, em particular as fibras ZILON®, • fibras de polibenzimidazol, em particular as fibras M5, • fibras de polietileno, em particular aquelas fabricadas a partir do polietileno ultra-alto-molecular (ECPE, polietileno de cadeia estendida) tal como SPECTRA®, • fibras de poliimida, • fibras de poliéster, em particular aquelas fabricadas a partir de poliéster cristalino líquido tal como VECTRAN®, • fibras de poliaramida, isto é, as fibras em cujo polímero pelo menos 85 % dos grupos amida (CO-NH-) são ligadas diretamente a dois anéis aromáticos, onde as fibras de para-aramida (fibras de poli(p-fenileno tereftalamida)) tais como TWARON®, KEVLAR®, TECHNORA®, ARMOS®, TERLON®, ou RUSAR® são especialmente preferidas. • fibras de poliamida alifática ou cicloalifática tais como - copoliamidas fabricadas de 30 % de isoftalato de hexametilenodiamônio e 70 % de adipato de hexametilenodiamônio, - copoliamidas fabricadas de até 30 % de bis- (amidocicloexil)-metileno, ácido tereftálico, e caprolactama, - poliexametileno adipamida • fibras de álcool polivinílico, tais como KURALON®, fabricadas por Kuraray, e • fibras com base em proteína tais como BIOSTEEL®, fabricadas por Nexa.
Em uma forma de realização preferida, a embalagem de acordo com a invenção contém fios fabricados a partir de fibras de apenas um dos tipos de fibra citados, por exemplo apenas as fibras de poliaramida, em particular as fibras de poli(p-fenileno tereftalamida). Tais fibras estão disponíveis da Teijin Twaron sob a designação TWARON®, por exemplo.
Em uma outra forma de realização preferida, a embalagem de acordo com a invenção contém um pano tecido F em que os fios da urdidura são fios de fibras de poliaramida e os fios da trama são fios de fibras de poliéster, onde o pano tecido F é unido por intermédio da série contínua de polímero, depois denominada PC, a um pano tecido F’ em que os fios da urdidura são fios das fibras de poliéster e os fios da trama são fios das fibras de poliaramida e os fios da urdidura de F conduzidos paralelo aos fios da urdidura de F’ e os fios da trama de F conduzidos paralelo aos fios da trama de F\ A camada resultante compreende os fios na ordem F/PC/F’.
Em uma outra forma de realização especialmente preferida, a embalagem de acordo com a invenção tem uma camada de fios que difere da camada com fios na ordem F/PC/F’ em que, além disso, tanto os tecidos F quanto F’ são unidos a uma série contínua de polímero tal que uma camada de fios na ordem PC/F/PC/F’/PC é formada. Tais seqüências são descritas na WO 02/075238.
Além disso, os laminados tais como aquelas descritos na WO 00/42246 podem ser usados na embalagem de acordo com a invenção. A série contínua de polímero da embalagem de acordo com a invenção pode ser selecionada de uma variedade ampla de polímeros, contanto que ela tenha um módulo de elasticidade na extensão de 5 a 1000 MPa de acordo com a norma ASTM D-882. Preferivelmente, a série contínua de polímero é selecionada do grupo de polímeros termoplásticos, elastoméricos ou duroméricos ou de combinações destes polímeros, por exemplo o grupo de poliimidas, polieteretercetonas, resinas ionoméricas, resinas fenolicamente modificadas, poliésteres e em particular polietilenos. Especialmente preferida do grupo de polímeros termoplásticos é uma película LDPE, do grupo de polímeros elastoméricos com propriedades termoplásticas, uma película de poliuretano.
Preferivelmente, a camada de material compressível na embalagem de acordo com a invenção é colocada na superfície interna da embalagem ou entre os laminados. Entretanto, a camada de material compressível também pode ser unida aos pontos a pelo menos um dos laminados adjacentes respectivos, por exemplo forrando-se as costuras, com aplicação aos pontos de adesivo ou soldas por pontos.
Preferivelmente, a embalagem de acordo com a invenção contém um material compressível que é visivelmente compressível de modo manual, assim a compressão manual do material compressível pode ser detectada pelo olho.
Em uma forma de realização preferida da embalagem de acordo com a invenção o material compressível exibe uma redução em espessura na faixa de 5 a 25 % em uma força de 100 N e de 10 a 46 % em uma força de 500 N, em que em ambos os casos a força age perpendicular na superfície do material compressível e a redução em espessura é medida de acordo com a norma ASTM D 6478-00. A camada de material compressível na embalagem de acordo com a invenção pode ser selecionada de um número grande de materiais compressíveis, onde um material compressível é preferido que é selecionado de um dos grupos que consistem de plásticos espumosos tais como aqueles fabricados de polietileno, feltros tais como aqueles fabricados de poliaramida, panos espaçadores ou plumas tais como plumas inferiores, devido ao seu peso baixo por volume unitário. Os pesos por volume unitário são preferivelmente de 10 a 1000 kg/m3 e especial e preferivelmente de 10 a 400 kg/m3 e o mais preferível de 10 a 200 kg/m3. A ação da camada de material compressível em aumentar o valor V50 é tão pronunciada que na embalagem de acordo com a invenção mesmo uma camada de material compressível na faixa de 2 a 10 mm em muitos casos leva a um aumento na capacidade de retenção balística, que é o porque desta faixa ser preferida.
Em uma outra forma de realização preferida da invenção pelo menos uma porção das fibras está em contato com um polímero na forma de um líquido viscoso ou visco-elástico que mantém suas características fluidas. Assim, além da série contínua de polímero à qual a camada de fios é ligada, as fibras podem estar em contato com um outro polímero. Por exemplo, as fibras podem ser impregnadas com um polímero na forma de um líquido viscoso ou visco-elástico. O termo líquido visco-elástico refere-se a um líquido, que tem tanto um comportamento elástico quanto viscoso. O comportamento viscoso significa que o meio líquido passa por deformação contínua quando submetido a tensão de cisalhamento e permanece deformado mesmo quando a tensão não é mais aplicada. O comportamento elástico significa que o meio líquido passa por deformação quando submetido a tensão de cisalhamento e depois retoma à forma original quando a tensão não é mais aplicada.
Os parâmetros usados para descrever um líquido viscoso ou visco-elástico são a viscosidade (com respeito ao comportamento viscoso) e módulo elástico (G\ também denominado componente elástico) e a perda do módulo elástico (G”, também denominado componente dissipável) para descrever o comportamento visco-elástico. A viscosidade e o módulo em um polímero no geral estão correlacionados à taxa de cisalhamento, peso molecular, temperatura, pressão, cristalinidade, concentração e composição. A viscosidade dinâmica do polímero varia vantajosamente de 250 a 25.000.000 MPa · s a 25° C, preferivelmente de 5.000 a 500.000 MPa · s e mais preferível de 50.000 a 25.000.000 MPa · s. O polímero tem preferivelmente uma viscosidade cinemática mais alta do que 250 MPa · s a 25° C.
Uma outra caracterização de um líquido viscoso ou visco-elástico é sua temperatura de transição vítrea Tg. O polímero líquido deve ter uma Tg mais baixa do que 0o C e preferivelmente de -40° C a -128° C. O peso molecular do polímero deve variar de 250 a 50.000.
De acordo com uma forma de realização preferida o polímero líquido apresenta um comportamento líquido também em temperaturas mais baixas que -40° C e preferivelmente até -128° C e tem G” > G’. O líquido viscoso ou visco-elástico pode ser dissolvido em um meio de dissolução adequado de modo a controlar sua viscosidade antes de ser aplicado às fibras. Se o líquido foi previamente diluído com um solvente, então o solvente é convenientemente evaporado antes de submeter as fibras ao processo adicional.
Além dos enchedores como pós metálicos, os pós com base em mineral, micro-balões, pêlos ou similar, um ou mais agentes de espessamento também podem ser adicionados ao polímero líquido viscoso de modo a modificar o perfil de viscosidade ou fornecer tixotropia. Para modificar a viscosidade, por exemplo, polímeros em bloco, óleos parafínicos e ceras de suas misturas são adequados. Também é possível adicionar ao polímero líquido outras substâncias adequadas para fornecer características específicas às fibras tais como repelência de hidro-óleo, tal como siliconas, fluorocarbonos e óleos.
Os enchedores e/ou polímeros adicionais, entretanto, não devem variar o estado líquido físico do polímero. O polímero na forma de um líquido viscoso ou visco-elástico é preferivelmente selecionado do grupo que compreende poliolefinas, álcool polivinüico, poliisoprenos, polibutadienos, polibutenos, poliisobutilenos, poliésteres, poliacrilatos, poliamidas, polissulfonas, polissulfetos, poliuretanos, policarbonatos, fluorocarbonos, siliconas, glicóis, copolímeros de bloco líquidos, borrachas poliacrílicas, epóxi, fenólicas, líquidas e suas misturas. Especialmente preferido é um polímero com base em polibuteno.
Particularmente adequados são os fluidos líquidos não newtonianos, também os fluidos líquidos tixotrópicos e preferivelmente visco-elásticos.
Outros detalhes com respeito à medição das características do polibuteno preferido com base em polímero fluido são divulgados no Pedido de Patente Italiano N° M12003A000295 por meio deste incorporado por referência. A aplicação ou impregnação parcial ou total de uma fibra com um polímero na forma de um líquido viscoso ou visco-elástico permite que cada filamento das fibras passe nos filamentos adjacentes. Isto melhora as propriedades de flexibilidade e balísticas.
Preferivelmente a embalagem de acordo com a invenção é colocado em uma cobertura que por exemplo é um fabricado de material têxtil. A fabricação da embalagem de acordo com a invenção pode ser realizada, por exemplo, como segue: a) O pano tecido e as séries contínuas poliméricas, as últimas na forma de uma película, por exemplo, são sobrepostos para formar um laminado preliminar, b) Vários laminados preliminares requeridos para uma certa ação protetora balística são produzidos na maneira declarada em a), c) O número de laminados preliminares produzidos em b) é sobreposto, separado em cada caso pelo papel de separação, d) A pilha resultante é prensada junto em uma prensa estática em uma temperatura preferivelmente de 80 a 220° C, uma pressão preferivelmente de 5 a 100 bar e durante um período preferivelmente de 15 segundos a 25 minutos, depois que o aquecimento da prensa é desligado, e) Os laminados são desempilhados para remover o papel de separação, f) Os laminados são empilhados mais uma vez sem o papel de separação,e g) Uma camada de material compressível é colocada na pilha, isto é, na qual mais tarde será a superfície interna da embalagem.
Como um resultado de sua ação protetora balística aumentada, a embalagem de acordo com a invenção vantajosamente pode ser usado em fabricar a roupa protetora tal como coletes protetores, em coletes à prova de bala particulares ou temos ou esteiras protetores. A invenção será explicada em mais detalhe nos seguintes exemplos.
Exemplo 1: V50 como uma função da espessura da espuma Uma embalagem de acordo com a invenção, em que os fios estão na forma de um pano tecido, é produzido como descrito nos que seguem: O pano tecido F utilizado é um fabricado a partir dos fios da urdidura de poliparafenileno tereftalamida (TWARON®, fabricado por Teijin Twaron), com um título de 930 dtex, uma contagem de fio de 9,5 por cm e um diâmetro de filamento de 0,0092 mm e a partir dos fios da trama de poliéster (TREVIRA®, fabricado por Kosa), com um título de 140 dtex e uma contagem de fio de 2 por cm. A série contínua de polímero PC é uma película LDPE disponível da EKB Kunststoffe sob a designação “LDPE-Flachfolie, transparente, 11 μηΓ, com um módulo de elasticidade na extensão de 300 MPa de acordo com a norma ASTM D-882, uma resistência elástica de 26 MPa de acordo com a norma ASTM D-638 e um prolongamento na ruptura de 98 ± 12 % de acordo com a norma ASTM D-638. O pano tecido F’ utilizado é um fabricado a partir dos fios da trama de poliparafenileno tereftalamida (TWARON®, fabricado pela Teijin Twaron), com um título de 930 dtex, uma contagem de fio de 9,5 por cm e um diâmetro de filamento de 0,0092 mm e a partir dos fios da urdidura de poliéster (TREVIRA®, fabricado por Kosa) com um título de 140 dtex e uma contagem de fio de 2 por cm. F, PC e F’ são usados para fabricar os 23 laminados preliminares, onde a ordem de cada tal laminado é PC/F/PC/F’/PC, os fios da urdidura de F conduzidos paralelo aos fios da urdidura de F’ e os fios da trama de F conduzidos paralelo aos fios da trama de F’.
Os 23 laminados preliminares são sobrepostos, com papel de separação em cada caso e prensados em uma prensa estática em uma temperatura de 120° C e uma pressão de 25 bar durante 25 minutos.
Subseqüentemente, os 23 laminados são desempilhados e o papel de separação removido e os 23 laminados mais uma vez sobrepostos. Nesta maneira, duas embalagens de comparação são produzidas (ver Ca e Cb na Tabela 1).
Além disso, duas embalagens de acordo com a invenção são produzidas, que são construídas como Ca e Cb e cada um dos quais adicionalmente tem uma camada de 3 mm de espessura de espuma de polietileno (ver Pia e Plb na Tabela 1).
Depois, duas embalagens de acordo com a invenção são produzidas, que são construídas como Ca e Cb e cada um dos quais adicionalmente tem uma camada de 5 mm de espessura de espuma de polietileno (ver P2a e P2b na Tabela 1). .Finalmente, duas embalagens de acordo com a invenção são produzidas, que são construídas como Ca e Cb e cada um dos quais adicionalmente tem uma camada de 8 mm de espessura de espuma de polietlleno (ver P3a e P3b na Tabela 1), A espuma de polietileno usada em cada caso é uma designada como o tipo AT e disponível da Iso Chemie, com um peso por volume unitário de 33 kg/rn3, A ação protetora balística de embalagens de comparação C e das embalagens PI a P3 de acordo com a invenção, é determinada obtendo-se o valor v5o, isto é, a velocidade em que a metade dos projeteis penetram e a metade aloja-se no alvo, de acordo com as diretrizes técnicas “Schutzwesten der deutscben Polízeí” (“Protective vests for the German Police”), com munição tipo DM41 calibre 9x19 (disponível da DAG). Em cada uma das embalagens PI a P3 de acordo com a invenção, o lado tendo a espuma de polietileno é a superfície interna contrária ao lado sob ataque. A Tabela 1 contém os valores v?o individuais para as embalagens (comparação) e seus meios aritméticos.
Tabela 1: Valores V50 como uma função da espessura da espuma A Tabela 1 mostra que a média de v50 aumenta em 28 m/s para uma espessura da espuma de apenas 3 mm. Para uma espessura de 8 mm, a média de v5(> aumenta em 56 m/s, isto é, em 11,6 %. Expressada como energia cinética, isto significa um aumento na ação protetora balística de 24,4 %.
Exemplo 2: Trauma como uma função da espessura da espuma de polietileno Em cada caso, um total de 23 laminados como no exemplo 1 foram submetidos à chama sob as condições do exemplo 1 mas com uma velocidade de projétil constante, que foi selecionada tal que os projeteis alojados no alvo em cada caso. Nesta maneira, uma embalagem não de acordo com a invenção, que compreende 23 laminados sem espuma de polietileno e três embalagens de acordo com a invenção, que compreende 23 laminados com 3,5 e 8 mm de espuma de polietileno, respectivamente, foram submetidos à chama 5 vezes. O trauma foi determinado como a profundidade de penetração do projétil em plastiline, disponível da Weible. A Tabela 2 contém os meios aritméticos da velocidade do projétil v e o trauma. ± d designa o desvio máximo da velocidade do projétil ou trauma, respectivamente.
Tabela 2: Trauma como uma função da espessura da espuma Embora os dados na Tabela 1 mostrem que a ação protetora balística é signiíicantemenie aumentada pela espuma de acordo com a invenção, a Tabela 2 mostra que, dentro do desvio máximo, o trauma permanece inalterado pela espuma.
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