BRPI0612889A2 - artigo resistente a impacto balìstico - Google Patents

Abstract

ARTIGO RESISTENTE A IMPACTO BALìSTICO. A invenção se refere a uma folha pré-formada compreendendo pelo menos duas monocamadas, cada monocamada contendo uma rede fibrosa com fibras tendo uma resistência à tração de pelo menos aproximadamente 1.2 GPa e um módulo de tração de pelo menos 40 GPa e um aglutinante, e uma película de separação em pelo menos uma de suas superfícies externas, caracterizada pelo fato de que a película de separação tem uma densidade relativa à área de entre 1 e 5 g/m². Com esses conjuntos de folhas pré-formadas, artigos oferecendo um nível de proteção contra impacto balístico, substancíalmente superior, em certo peso, podem ser obtidos. A invenção se refere ainda a um conjunto de pelo menos duas de tais folhas e a um artigo flexivel resistente a impacto balístico compreendendo o conjunto.

Description

ARTIGO RESISTENTE A IMPACTO BALÍSTICO

A presente invenção se refere a uma folha pré-formada,a um conjunto de pelo menos duas folhas e a um artigoresistente a impacto balístico, flexível compreendendo oconjunto. Uma folha pré-formada compreende pelo menos duasmonocamadas, cada monocamada contendo uma rede fibrosa defibras tendo uma resistência à tração de pelo menos,aproximadamente, 1.2 GPa e um módulo de tração de pelomenos 4 0 GPa e pref erivelmente um aglutinante, e umapelícula de separação em pelo menos uma de suas superfíciesexternas.

Em uma modalidade preferida, a invenção se refere auma folha pré- formada, a um conj unto de pelo menos duasfolhas e a um artigo flexível resistente a impactobalístico, compreendendo o conjunto, pelo que a folha pré-formada nessa modalidade compreende pelo menos duasmonocamadas, cada monocamada contendo fibras orientadasunidirecionalmente tendo uma resistência à tração de pelomenos aproximadamente 1.2 GPa e um módulo de tração de pelomenos 4 0 GPa e um aglutinante, com uma direção das fibrasem cada monocamada sendo girada com relação à direção defibra em uma monocamada adjacente, e uma película deseparação em pelo menos uma de suas superfícies externas.

Uma folha pré-formada é conhecida através da EP0907504 Al. Essa referência descreve uma camada composta(ou folha pré-formada) , a qual foi produzida medianteempilhamento no sentido transversal de 4 monocamadas parase obter uma pilha e aplicando-se uma película de separaçãofeita de um polietileno de baixa densidade linear econsolidando-se, subseqüentemente, a pilha em elevadatemperatura sob pressão. As monocamadas contendo fibrasunidirecionalmente orientadas foram produzidas por fibrasde fios de aramide tendo um título de 1680 dtex sendoguiadas a partir de um quadro de bobina sobre um pente eumedecendo-se as mesmas com uma dispersão aquosa de umcopolímero de bloco de poliestireno-poliisopreno-poliestireno como um aglutinante ou material de matriz.Artigos modelados resistentes a impacto balístico,flexíveis foram feitos de uma pilha não ligada de váriasdas camadas compostas, a pilha sendo estabilizada mediantecostura nos cantos.

Uma desvantagem da folha pré-formada conhecida apartir da técnica anterior é que a~relação entre a absorçãode energia de um artigo resistente a impacto balísticocompreendendo as folhas, que é uma medida do nível deproteção balística, e o peso do artigo resistente a impactobalístico é desfavorável. Essa relação é geralmenteexpressa como a absorção de energia específica (SEA) que éa energia absorvida por massa relativa à área (geralmentedenominada densidade relativa à área (AD)). Isso implica emque um artigo resistente a impacto balístico, relativamentepesado, é exigido para se obter certo nível de proteçãodesejada. Se o artigo resistente a impacto balístico, poroutro lado, tem um baixo peso, o artigo provê um nível deproteção relativamente baixo contra impactos balísticos.Para um grande número de aplicações o mais baixo pesopossível do artigo resistente a impacto balístico de acordocom certo nível de proteção mínimo é de grande importância.Esse é o caso, por exemplo, no campo de proteção pessoal,tal como blindagem para o corpo e trajes, como por exemplo,coletes à prova de bala; mas também para aplicação, porexemplo, em veículos.

Desse modo, existe a necessidade constante naindústria de uma folha pré-formada que permita que se façamartigos resistentes a impacto balístico oferecendo um nívelde proteção superior em certo peso do artigo, oualternativamente para uma folha pré-formada que permite quese façam artigos resistentes a impacto balístico com umpeso inferior em certo nível de proteção do artigo.

De acordo com a presente invenção, isso é provido poruma folha pré-formada em que a película de separação temuma densidade relativa à área entre 1 e 5 g/m2 pelo que apelícula de separação é preferivelmente uma películacolocada livremente. Uma película colocada livremente nessepedido significa uma película que pode ser manejada sem ouso de meios de sustentação tal como, por exemplo, umacamada de suporte.

Com a película pré-formada de acordo com a invenção,pode ser obtido um nível de proteção substancialmentesuperior em certo peso de um conjunto de folhas ou de umartigo resistente ao impacto balístico compreendendo umconjunto de folhas de acordo com a invenção. Uma vantagemadicional é que, as folhas pré-formadas de acordo com ainvenção podem ser verificadas melhor pelo olho humano, porexemplo, durante controle de qualidade em um processo deprodução. Isso se deve à transparência superior das folhasde separação usadas na presente invenção em comparação comas folhas de separação usadas, por exemplo, na EO 0907504Al.

Com os artigos resistentes a impacto balístico se querdizer peças modeladas, compreendendo um conjunto de pelomenos duas folhas pré-formadas de acordo com a invenção, asquais podem ser usadas como, por exemplo, trajes deproteção ou para blindagem de veículos, e que ofereceproteção contra impactos balísticos tais como por projéteise fragmentos balísticos.

Um conjunto de acordo com a invenção contém uma pilhade folhas pré-formadas que preferivelmente não são,substancialmente, ligadas entre si; isto é, as folhas nãosão presas ou aderidas umas às outras através de uma partesubstancial de suas superfícies adjacentes. Maispreferivelmente, um conjunto de acordo com a invençãocontém uma pilha de folhas pré-formadas que não são ligadasentre si. Contudo, é difícil manusear uma pilha de folhaspré-formadas que não são ligadas entre si, porque tal pilhanão tem qualquer ligação exigida para processamentoadicional. Para conseguir certo nível de ligação, o artigoresistente a impacto balístico, por exemplo, pode sercosturado. Tal costura é feita da menor forma possível, porexemplo, apenas nos cantos ou em torno das bordas, parapermitir algum movimento das folhas em relação umas àsoutras. Outra possibilidade é a de encerrar a pilha defolhas pré-formadas em uma cobertura ou invólucro flexível.

Desse modo, as folhas pré-formadas no conjunto ou no artigoresistente a impacto balístico permanecem capazes dedeslocamento com relação umas às outras, enquanto que oconjunto ou o artigo em si não tem ligação e mostra boaflexibilidade.

Uma rede fibrosa nesse pedido compreende fibrasarranjadas em uma rede de diversas configurações. Porexemplo, as fibras podem ser feitas em diversosalinhamentos diferentes a partir de feixes de fios torcidosou não torcidos. Exemplos adequados incluem tecido de malhaou trama (tecido liso, de sarja, de cesto, de cetim ououtra trama), ou estruturas não-tecidas como um feltro ouuma camada de fibras orientadas unidirecionalmente. Emrelação ao desempenho balístico, configurações de rede emque as fibras de alta resistência são orientadasprincipalmente em uma direção, são preferidas. Exemplos dasmesmas não incluem apenas camadas de fibrasunidirecionalmente orientadas, mas também estruturastecidas em que as fibras de alta resistência formam umaparte principal do tecido; por exemplo, como as fibras deurdidura, e em que as fibras de trama formam uma partemenor e não precisam ser fibras de elevada resistência;como as construções descritas na EP 1144740 Bl ou outrostecidos referidos como tecidos unitrançados. Maispreferivelmente a rede fibrosa contém fibrasunidirecionalmente orientadas tendo uma resistência àtração de pelo menos aproximadamente 1.2 GPa e um módulo detração de pelo menos 4 0 GPa. Isso proporciona folhas pré-formadas tendo o melhor desempenho balístico.

Uma folha pré-formada compreende pelo menos duasmonocamadas de fibras orientadas preferivelmenteunidirecionalmente, com uma direção de fibra em cadamonocamada sendo girada com relação à direção de fibra emuma monocamada adjacente, e as pelo menos duas monocamadassendo ligadas, ou fixadas, entre si. 0 ângulo de rotação, oque significa o menor ângulo encerrado pelas fibras dasmonocamadas adjacentes, está entre 0o e 90°.Preferivelmente, ο ângulo está entre 45° e 90°. Maispreferivelmente, o ângulo está entre 80° e 90°. Artigosresistentes a impacto balístico nos quais as fibras nasmonocamadas adjacentes estão em tal ângulo em relação umasàs outras tem melhores características antibalísticas. Otermo monocamada se refere a uma camada contendo uma redefibrosa.

Em uma modalidade especial, o termo monocamada serefere a uma camada de fibras orientadas unidirecionalmentee um aglutinante que basicamente mantém juntas as fibrasunidirecionalmente orientadas.

O termo fibra compreende não apenas um monofilamento,mas, inter alia, também um fio de multifilamentos ou fitasplanas. 0 termo fibras orientadas unidirecionalmente sereferem às fibras que, em um plano, são orientadasessencialmente em paralelo. A largura da fita planapreferivelmente está entre 2 mm e 100 mm, maispreferivelmente, entre 5 mm e 60 mm, ainda maispreferivelmente entre 10 mm e 4 0 mm. A espessura da fitaplana preferivelmente está entre 10 μπι e 200 μπι, maispreferivelmente, entre 25 μπι e 100 μτη. A fita plana podeser composta de um único elemento de um material, mastambém pode compreender fibras unidirecionalmenteorientadas e um aglutinante.

As fibras na folha pré-formada da invenção tem umaresistência à tração de pelo menos aproximadamente 1.2 GPae um módulo de tração de pelo menos 4 0 GPa. As fibras podemser fibras inorgânicas ou orgânicas, Fibras inorgânicasadequadas são, por exemplo, fibras de vidro, fibras decarbono e fibras de cerâmica.Fibras orgânicas adequadas com tal resistência àtração elevada são, por exemplo, as fibras de poliamidaaromática (também referidas freqüentemente como fibras dearamide), especialmente fibras de polímero semelhante àescada e polímero cristalino líquido, especialmente poli(p-fenileno teraftalamida) , tais como polibenzimidazóis oupolibenzoxazóis, especialmente poli(1,4-fenileno-2 , 6-benzobisoxazol) (PBO), ou poli(2,6-diimidazo[4,5-b-4',5'-e]piridinileno-1,4-(2,2-dihidroxi)fenileno) (PIPD; tambémreferido como M5) e fibras, por exemplo, de poliolefinas,álcool polivinílico, e poliacrilonitrila as quais sãoaltamente orientadas, tal como obtidas, por exemplo, porintermédio de um processo de fiação de gel. As fibras têmpreferivelmente uma resistência à tração de pelo menosaproximadamente 2 GPa, pelo menos 2,5 ou até mesmo pelomenos 3 GPa. Fibras altamente orientadas de poliolefina,aramide, PBO e PIPD, ou uma combinação de pelo menos duasdas mesmas são preferivelmente usadas. A vantagem dessasfibras é que elas têm resistência à tração muito elevada,de modo que elas são particularmente muito adequadas parauso em artigos leves resistentes a impacto balístico.

Poliolefinas adequadas são, especificamente,homopolímeros e copolímeros de etileno e propileno, osquais também podem conter pequenas quantidades de um oumais outros polímeros, especificamente outros polímeros dealqueno-1.

Bons resultados são obtidos se o polietileno linear(PE) for selecionado como poliolefina. Polietileno linear éentendido aqui como significando polietileno com menos doque uma cadeia lateral por 100 átomos C, e preferivelmentecom menos do que uma cadeia lateral por 3 00 átomos C; umacadeia lateral ou ramificação geralmente contendo 10 átomosC. O polietileno linear pode conter adicionalmente até 5mols% de um ou mais outros alquenos que sãocopolimerizáveis com o mesmo, tal como propeno, buteno,penteno, 4-metilpenteno, octeno. Preferivelmente, opolietileno linear é de massa molar elevada com umavelocidade intrínseca (IV), conforme determinado nassoluções em decalina a 135°C de pelo menos 4 dl/g; maispreferivelmente de pelo menos 8 dl/g. Tal polietilenotambém é referido como polietileno de massa molar ultra-elevada (UHPE). A viscosidade intrínseca é uma medida paramassa molar (também denominada peso molar) que pode sermais facilmente ser determinada do que os parâmetros demassa molar efetiva como Mn e Mw. Existem várias relaçõesempíricas entre IV e Mw, mas tal relação é altamentedependente da distribuição de massa molar. Com base naequação Mw = 5.37 χ IO4 [IV] 137 (vide EP 0504954 Al) e IV de4 ou 8 dl/g seriam equivalentes a Mw de aproximadamente 3 60ou 93 0 kg/mol, respectivamente.

Fibras de polietileno de alto desempenho (HPPE)consistindo em filamentos de polietileno que forampreparados mediante um processo de fiação de gel, tal comodescrito, por exemplo, na GB 2042414 A ou WO 01/73173, sãopreferivelmente usadas. Um processo de fiação de gelconsiste essencialmente em preparar uma solução de umpolietileno linear com uma elevada viscosidade intrínseca,fiar a solução em filamentos em uma temperatura acima datemperatura de dissolução, esfriar os filamentos até abaixoda temperatura de gelificação, de tal modo que agelificação ocorra, e esticar os filamentos antes, duranteou após a remoção do solvente.

O termo aglutinante se refere a um material que ligaou mantém juntas as fibras e pode encerrar as fibras em suatotalidade ou em parte, de tal modo que a estrutura damonocamada é mantida durante manuseio e fabricação dasfolhas pré-formadas. O material aglutinante pode ter sidoaplicado em diversas formas e modos; por exemplo, como umapelícula, como uma tira de ligação transversal ou comofibras transversais (transversais com relação às fibrasunidirecionais) , ou mediante impregnação e/ou embutimentodas fibras com um material de matriz, por exemplo, com umamassa fundida de polímero, uma solução ou um uma dispersãode um material polimérico em um líquido. Preferivelmente, omaterial de matriz é distribuído homogeneamente sobre asuperfície inteira da monocamada, ao passo que uma tira deligação, ou fibras de ligação, pode ser aplicadalocalmente. Aglutinantes adequados são descritos, porexemplo, na EP 0191306 BI, EP 1170925 Al, EP 0683374 Bl eEP 1144740 Al.

Em uma modalidade preferida, o aglutinante é ummaterial de matriz polimérica, e pode ser um material deconsolidação térmica ou um material termoplástico, oumisturas dos dois. 0 alongamento de ruptura do material dematriz é preferivelmente superior ao alongamento dasfibras. 0 aglutinante tem preferivelmente um alongamento de3 a 500%. Materiais de matriz de consolidação térmica etermoplásticos, adequados são enumerados, por exemplo, naWO 91/12136 Al (páginas 15-21) . A partir do grupo depolímeros de consolidação térmica, ésteres de vinila,poliésteres insaturados, epóxis ou resinas fenólicas sãoselecionados preferivelmente como material de matriz. Apartir do grupo de polímeros termoplásticos, poliuretanos,polivinis, poliacrílicos, poliolefinas ou copolímeros debloco termoplásticos, elastoméricos tais como copolímerosde bloco de poliisopropeno-polietileno-butileno-poliestireno ou poliestireno-poliisopreno-poliestirenopodem ser selecionados como material de matriz.Preferivelmente o aglutinante consiste essencialmente em umelastômero termoplástico, o qual preferivelmente revestesubstancialmente os filamentos individuais das fibras emuma monocamada, e tem um módulo de tração (determinado deacordo com ASTM D638, a 25°C) inferior a aproximadamente 40MPa. Tal aglutinante resulta em alta flexibilidade de umamonocamada, e de um conjunto de folhas pré- formadas.Descobriu-se que resultados muito bons são obtidos se oaglutinante nas monocamadas e folha pré-formada for umcopolímero de bloco de estireno-isopreno-estireno.

Em uma modalidade especial da invenção, o aglutinantena folha pré-formada de acordo com a invenção tambémcontém, além do material de matriz polimérico, umenchimento em uma quantidade de 5 a 8 0% em volume,calculado com base no volume total do aglutinante. Maispref erivelmente, a quantidade de enchimento é de 10 a 80%em volume e mais pref erivelmente de 20 a 80% em volume.Descobriu-se que como um resultado, a flexibilidade doartigo resistente a impacto balístico aumenta sem efeitosadversos significativos sobre as característicasantibalísticas.

Os enchimentos não contribuem para a ligação entre asfibras, mas, mais propriamente servem para a diluiçãovolumétrica da matriz entre as fibras, como resultado doque o artigo é resistente a impacto balístico é maisflexível e tem absorção de energia superior. 0 enchimentocompreende preferivelmente uma substância finamentedispersa tendo um baixo peso ou densidade. Um enchimentopode ser um gás, embora utilizar um gás como enchimentopode apresentar problemas práticos no processamento domaterial de matriz. 0 enchimento também pode, inter alia,compreender as substâncias comuns para preparação dedispersões, tais como emulsificantes, estabilizantes,aglutinantes e semelhantes ou um pó finamente disperso.

Descobriu-se que se o aglutinante contém umaquantidade de enchimento abaixo de 80% em volume, aquantidade de aglutinante é suficiente para se obterligação adequada entre as fibras, com uma quantidade totalconstante de material de matriz. Também se descobriu que sea matriz contém uma quantidade de enchimento maior do que5% em volume, a flexibilidade do artigo resistente aimpacto balístico aumenta.

Preferivelmente, a quantidade de aglutinante namonocamada é de no máximo 30% em massa, maispreferivelmente no máximo 25, 20 ou até mesmo no máximo 15%em massa. Isso resulta na melhor performance balística.

A folha pré-formada da invenção compreende umapelícula de separação com uma densidade relativa à área deentre 1 e 5 g/m2 em pelo menos uma de suas superfíciesexternas. A película pode, por exemplo, ser uma poliolefinatal como, por exemplo, polietileno ou polipropileno, umpoliéster, uma poliamida, um policarbonato ou uma películade poliestireno. Essas películas são películas densassubstancialmente livres de espaços vazios ou porosidade.

Preferivelmente, a folha pré-formada da invenção compreendea película de separação em ambas as suas superfíciesexternas. A película de separação é preferivelmente feitade uma poliolefina - mais preferivelmente um polietileno ouum polipropileno - um poliéster, especialmente um poliéstertermoplástico ou um policarbonato. Em uma modalidadepreferida, a película de separação é feita essencialmentede um polietileno de elevada massa molar, maispreferivelmente a partir de um polietileno de massa molarultra-elevada (UHPE) de IV pelo menos 4 dl/g. Tal películapode ser produzida de acordo com um processo conformerevelado em GB 2164897. Tais películas mostram resistênciae módulo, geralmente, relativamente elevados, e elevadaresistência à abrasão.

A folha pré-formada pode compreender ainda um adesivoou uma camada de adesivo entre a película de separação eoutras camadas, para melhorar a adesão entre camadas, edesse modo a consistência e a estabilidade da folha pré-formada. Diversos tipos de adesivos comercialmentedisponíveis ou camadas de adesivo, podem ser usados. Aescolha dos mesmos depende da consistência e estabilidadeexigida da folha pré-formada e pode ser escolhida poraqueles versados na técnica mediante experimentos derotina. Uma elevada consistência e estabilidade da folhapodem ser obtidas se durante a laminação uma temperatura oupressão superior for empregada.

Em uma modalidade especial da invenção, a folha pré-formada contém monocamadas compreendendo fibras HPPE e umapelícula de separação de polietileno. A vantagem de talconstrução é que uma performance balística ainda maiselevada é obtida.

Preferivelmente a película de separação é uma películaesticada biaxialmente, mais preferivelmente, uma películaesticada biaxialmente 4 x, mais preferivelmente umapelícula esticada biaxialmente de 10 a 100 x. Uma películabiaxialmente esticada de 10 a 100 χ é entendida aqui comosendo uma película, a qual é esticada em duas direçõesperpendiculares de tal modo que a superfície da películaaumenta em um fator de 10 a 100. Uma vantagem das películasesticadas biaxialmente é que um nível de proteção aindamaior, em certo peso, pode ser obtido. Relações deesticamento nas duas direções perpendiculares, geralmentereferidas como direção da máquina e direção transversal,podem ser iguais, contudo, outras relações também podem serescolhidas. Preferivelmente a relação de esticamento nadireção da máquina para transversal varia de 1:1 a 1:3,mais preferivelmente de 1:1 a 1:2, mais preferivelmente de1:1 a 1:1,5.

Preferivelmente, a película é esticada biaxialmentepelo menos em 20 x, pelo menos em 3 0 x, ou até mesmo empelo menos 4 0 x. Mais preferivelmente, as películasbiaxialmente esticadas feitas de polietileno, especialmenteUHPE, polipropileno, poliéster termoplástico oupolicarbonato são aplicadas nas folhas. Maispreferivelmente, películas biaxialmente esticadas feitas depolietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno oupolicarbonato. Essas películas estão comercialmentedisponíveis através de vários fornecedores, tal como, porexemplo, Treofan. Tais películas têm resistência e módulode tração, relativamente elevados, o que pode contribuirpara deformação inferior da folha pré-formada medianteimpacto. As propriedades de tração são preferivelmenteexpressas por largura de película (por exemplo, em N/m) enão por seção transversal (como N/m2) . Preferivelmente,portanto, a película de separação tem uma resistência àtração por largura de película (aqui também denominadofator de resistência) de pelo menos 150 N/m, de pelo menos200, ou até mesmo de pelo menos 250 N/m. No caso depelículas com elevado alongamento de ruptura (por exemplo,superior a 20%) a resistência à deformação épreferivelmente considerada como referência maispropriamente do que resistência de ruptura. 0 módulo detração por largura de película é pref erivelmente de pelomenos 3.000 N/m, de pelo menos 4.000, ou até mesmo de pelomenos 5.000 N/m.

Os melhores resultados foram obtidos com uma folhapré-formada em que a película de separação tinha umadensidade relativa à área de entre 2 e 4 g/m2.

Preferivelmente a folha pré-formada de acordo com ainvenção compreende pelo menos duas monocamadas contendofibras unidirecionalmente orientadas. Em geral, a folhapré-formada compreende 2, 4 ou outro múltiplo de duasmonocamadas perpendicularmente orientadas. Preferivelmente,a folha pré-formada compreende duas monocamadas de fibrasunidirecionalmente orientadas combinadas com uma películabiaxialmente esticada tendo uma densidade relativa à áreade entre 1 e 5 g/m2. Uma folha pré-formada com 2 ou 4monocamadas de fibras unidirecionalmente orientadascombinadas com películas biaxialmente esticadas em ambas assuperfícies externas apresentaram a melhor proteçãobalística.

Em uma modalidade especial da invenção, a folha pré-formada contém como uma película de separação uma películauniaxialmente esticada, preferivelmente películas com umarelação de esticamento de pelo menos 4, maispreferivelmente películas com uma relação de esticamentoentre 10 e 50. Tal película uniaxialmente esticada écolocada preferivelmente de tal modo que a direção deesticamento da película é perpendicular à direção dasfibras na camada adjacente de fibras unidirecionais. Em talcaso, a folha pode conter um número desigual demonocamadas. Em uma modalidade especial, 3 monocamadas defibras unidirecionalmente orientadas, uma camada central daqual pode ter até aproximadamente a mesma densidaderelativa à área que ambas as monocamadas adjacentes juntas,ter sido coberta em ambas as superfícies externas compelículas uniaxialmente esticadas, cuja direção deesticamento perpendicular à direção de fibra na camadaadjacente das fibras unidirecionais. A vantagem de talconstrução é que em um processo contínuo de fabricação deuma folha por intermédio de calandragem das películasuniaxialmente esticadas sobre uma pilha de monocamadas,ambas as películas de separação podem ser aplicadas namesma direção a partir de rolos de folha.

A invenção se refere ainda a um conjunto de pelo menosduas folhas pré-formadas de acordo com a invenção.Preferivelmente as folhas substancialmente não são ligadasentre si. Com um número crescente de folhas pré-formadas, onível de proteção contra impacto balístico é aperfeiçoado,mas o peso do conjunto aumenta, e a flexibilidade diminui.Para se obter uma flexibilidade máxima, as folhasadjacentes em um conjunto não são ligadas entre si.

Contudo, para se obter certo nível de ligação o conjunto defolhas pré-formadas pode, por exemplo, ser costurado.Dependendo da ameaça de impacto balístico e do nível deproteção desejado, aqueles versados podem encontrar umvalor ótimo no número de folhas mediante algunsexperimentos.

Vantagens adicionais do conjunto resistente a impactobalístico de acordo com a invenção, ou artigo compreendendotal conjunto, são encontradas nos pedidos nos quais, alémdo peso e do nível de proteção do artigo resistente aimpacto balístico, a flexibilidade desempenha uma parteimportante.

Descobriu-se que flexibilidade, nível de proteção epeso do conjunto resistente a impacto balístico adequado éconseguido se o peso das folhas pré-formadas tiver um valormáximo específico. Preferivelmente, o peso, ou densidaderelativa à área da folha pré-formada nos artigosresistentes a impacto balístico em uma aplicaçãopermanentemente flexível é no máximo de 500 g/m2, o teor defibra de cada monocamada estando entre 10 e 150 g/m2. Maispreferivelmente, o peso da folha pré-formada é de no máximo300 g/m2, o teor de fibras de cada monocamada estando entre10 e 100 g/m2.

0 conjunto resistente a impacto balístico pode, emprincípio, ser fabricado mediante qualquer método adequadoconhecido, por exemplo, de acordo com os processosdescritos em WO 95/00318; US 4623574; ou US 5175040. Umamonocamada produzida, por exemplo, por fibras,pref erivelmente na forma de fios de multif ilamentoscontínuos, sendo guiados a partir de um quadro de bobinaatravés de um pente, como resultado do que eles sãoorientados em paralelo em um plano. Algumas monocamadas sãoassentadas com um ângulo de rotação, preferivelmente em umângulo de aproximadamente 90°, em cima umas das outras, euma película de separação é colocada em pelo menos uma deambas as superfícies (em cima ou embaixo das monocamadasempilhadas) , uma folha pré-formada sendo formada noprocesso. Preferivelmente a folha pré-formada é consolidadautilizando-se técnicas conhecidas; isso pode ser feito, porexemplo, descontinuamente mediante compressão de uma pilhaem um molde, ou continuamente por intermédio de etapas delaminação e/ou calandragem. Durante consolidação, taiscondições como temperatura, pressão e tempo são escolhidas,de tal modo que todas as camadas aderem pelo menosparcialmente entre si, preferivelmente sem fusão dapelícula de separação. Aderência superior pode serconseguida mediante variação da temperatura, pressão e/outempo pelo que condições detalhadas podem ser estabelecidasatravés de experimentos de rotina por aqueles versados natécnica.

Se um material de matriz for aplicado comoaglutinante, o material de matriz pode, desse modo, serlevado a fluir entre as fibras e a aderir às fibras dasmonocamadas subjacentes e/ou sobrejacentes, e opcionalmenteà película de separação. Se uma solução ou uma dispersão domaterial de matriz for empregada, o processo de formar asmonocamadas em uma folha de múltiplas camadas tambémcompreende uma etapa de evaporar o solvente ou dispersante,geralmente antes das etapas de colocar as camadas depelícula de separação e consolidação. Então as folhas pré-formadas são empilhadas para produzir um conjunto, o qualpor sua vez pode ser aplicado para fazer um artigoresistente a impacto balístico, com a opção de estabilizaro conjunto por intermédio, por exemplo, de costura local ouenvelopando a pilha com uma cobertura flexível.

Descobriu-se que, com a intenção de se obter um baixoteor de aglutinante, especialmente um baixo teor dematerial de matriz, é vantajoso utilizar um método no quala monocamada é produzida mediante umedecimento de fiostendo uma contagem de fio (ou título) entre 200 e 5000dtexcom uma dispersão do material de matriz e o enchimentoopcional. Fios tendo uma contagem de fio inferior a 200dtexabsorve comparativamente pouco material de matriz a partirda dispersão. Preferivelmente a contagem é superior a 500dtex, mais preferivelmente superior a 800 dtex, ainda maispreferivelmente superior a IOOOdtex e mais preferivelmentesuperior a 1200dtex. A contagem de fio é preferivelmenteinferior a 5000dtex, mais preferivelmente, inferior a2500dtex porque esses fios podem ser espalhados maisfacilmente no plano da monocamada.

Preferivelmente uma dispersão aquosa de um material dematriz é utilizada. Uma dispersão aquosa tem uma baixaviscosidade, o que tem a vantagem de que o material dematriz é distribuído muito uniformemente sobre as fibras, eboa ligação de fibra-fibra, homogênea sendo obtida comoresultado. Uma vantagem adicional ê que a água dispersantenão é tóxica e, portanto, pode ser evaporada ao ar livre.Preferivelmente, a dispersão, similarmente visando aobtenção de uma distribuição uniforme na baixa percentagemde matriz visada, contém entre 30 e 60% em massa decomponentes sólidos, isto é, material de matrizelastomérica e o enchimento opcional, em relação à massatotal da dispersão.

O conjunto resistente a impacto balístico, de acordocom a invenção, que pode ser obtido de acordo com osmétodos descritos acima, mostra propriedades balísticasmuito boas conforme expresso por valores SEA e V50,especialmente em densidade relativa à área relativamentebaixa. Preferivelmente, o conjunto de acordo com ainvenção, ou um artigo resistente a impacto balísticoflexível compreendendo tal conjunto, tem uma absorção deenergia específica (SEA) de pelo menos 300 J.m2/kg, quandoatingida por um projétil do tipo Parabellum FMJ 9 χ 19mm (8gramas) . A absorção de energia (EA) no impacto de umprojétil ou de um fragmento balístico é calculada a partirda energia cinética de um projétil ou fragmento balísticode velocidade V50. 0 V50 é a velocidade na qual aprobabilidade dos projéteis ou fragmentos balísticospenetrando através da estrutura contra impacto balístico éde 50%.

A invenção se refere mais especificamente a um artigoflexível resistente a impacto balístico compreendendo umconjunto de uma pluralidade de folhas contendo pelo menosduas monocamadas consistindo essencialmente em fio demultifilamentos HPPE tendo uma resistência à tração de pelomenos aproximadamente 1.2 GPa e pelo menos uma película deseparação de polietileno tendo uma densidade relativa àárea de entre 1 e 5 g/m2, o conjunto tendo uma densidaderelativa à área (AD) de pelo menos 2,4 kg/m2 e uma absorçãode energia específica (SEA) de pelo menos 280 J.m2/kgconforme medido em relação a um projétil de Parabellum FMJ9x19mm de acordo com um procedimento de teste baseado emStanag 2920. Preferivelmente, o artigo tem um SEA de pelomenos 300, 325, 350, ou até mesmo pelo menos 375 J.m2/kg.

Uma modalidade preferida se refere a um artigoresistente a impacto balístico, flexível, compreendendo umconjunto, o qual contém uma pluralidade de folhas pré-formadas contendo pelo menos duas monocamadas, cadamonocamada compreendendo fibras de alto desempenhounidirecionalmente orientadas tendo uma resistência àtração de pelo menos 1.2 GPa, com a direção de fibra emcada monocamada sendo girada com relação à direção de fibraem uma monocamada adjacente, e pelo menos uma película deseparação, cuja película tem preferivelmente uma densidaderelativa à área de entre 1 e 5 g/m2, em uma das superfíciesexternas da folha pré-formada, o conjunto tendo umadensidade relativa à área de pelo menos 2,4 kg/m2 e umaabsorção de energia específica de pelo menos 300 J.m2/kgconforme medida em relação a um projétil de Parabellum FMJde 9x19 mm de acordo com um procedimento de teste baseadoem Stanag 2920. Preferivelmente a fibras de alto desempenhounidirecionalmente orientadas são fibras de polietileno dealto desempenho.

A invenção é explicada adicionalmente por intermédiodos seguintes exemplos, sem ser limitada a eles.

Métodos de teste conforme referido no presente pedido,sao como a seguir:

• IV: a Viscosidade Intrínseca é determinada deacordo com método PTC-179 (Hercules Inc. Rev. Apr. 29,1982) a 1350C em decalina, o tempo de dissolução sendo de16 horas, com DBPC como antioxidante em uma quantidade de 2g/l de solução, mediante extrapolação da viscosidadeconforme medido em diferentes concentrações paraconcentração O ;

• Cadeias laterais: o número de cadeias laterais emuma amostra UHPE é determinado por FTIR em uma películamoldada por compressão de 2 mm de espessura, mediantequantificação da absorção em 1375 cm"1 utilizando uma curvade calibração baseada em medições NMR (como, por exemplo,na EP 0269151);

Propriedades de tração (medidas em 25°C):resistência à tração (ou resistência), módulo de tração (oumódulo) e alongamento de ruptura (ou eab) são definidos edeterminados em fios de multifilamentos conformeespecificado na ASTM D885M, utilizando um comprimento demedida nominal da fibra de 500 mm, uma velocidade decruzeta de 50%/minuto. Com base na curva de esforço-tensãomedida o módulo é determinado como gradiente entre 0,3 e 1%de tensão. Para cálculo do módulo e resistência, as forçasde tração medidas são divididas pelo título, conformedeterminado pela pesagem de 10 metros de fibra; valores emGPa são calculados supondo uma densidade de 0,97 g/cm3. Aspropriedades de tração dessas películas finas são medidasde acordo com ISO 1184(H).

• Desempenho balístico: V50 e SEA de painéiscompostos foram determinados com um procedimento de testede acordo com Stanag 2920, utilizando projéteis ParabellumFMJ de 9 mm *19 mm (da Dynamit Nobel) . Um conjunto decamadas foi fixado utilizando tiras flexíveis em um suportepreenchido com material de revestimento Roma Plastilin oqual foi pré-condicionado a 35°C.

Preparação de fibras HPPE7 conforme usado nos exemplosa seguir e experimentos comparativos

Um fio de multifilamento HPPE foi feito medianteextrusão de uma solução a 8% em massa de um homopolímeroUHPE tendo menos do que 0,3 grupos laterais por 1000 átomosde carbono e um IV de 19,8 dl/g em decalina contendo umarelação de isômeros cis/trans entre 38/62 e 42/58, eextrusado com uma extrusora de rosca dupla de 13 0 mmequipada com uma bomba de engrenagem em uma regulagem detemperatura de 180°C através de uma chapa giratória com umataxa de 2,2 g/min por furo. Os filamentos de fluido foramesfriados em um banho de água e foram recolhidos em umataxa tal que uma relação de estiramento de 16 foi aplicadaaos filamentos conforme fiados. Os filamentos foramsubseqüentemente estirados adicionalmente no estado sólidoem duas etapas com um gradiente de temperatura deaproximadamente 110 a aproximadamente 150°C, desse modoaplicando uma relação de estiramento de estado sólido deaproximadamente 25. Os fios desse modo obtidos tinham umtítulo de 930 dtex, uma resistência à tração de 4,1 GPa eum módulo de 150 GPa.

Experimento Comparativo A

Uma monocamada foi produzida a partir das fibras HPPEdescritas acima, mediante condução de vários fios a partirde um quadro de bobina sobre um pente e umedecendo osfilamentos com uma dispersão aquosa de 25% em peso deKraton® D1107 (elastômero termoplástico de copolímero debloco de poliestireno-poliisopreno-poliestireno) como ummaterial de matriz. Os fios fora orientados em paralelo emum plano, e após secagem a densidade relativa à área damonocamada foi de aproximadamente 20 g/m2, teor de matrizfoi de 18% em massa. Uma folha pré-formada foi produzidamediante empilhamento transversal de 4 monocamadas eaplicando como camadas de separação em cada lado umapelícula de polietileno de baixa densidade linear Stamylex®com uma espessura de 7,6 micrômetros (equivalente a umadensidade relativa à área de aproximadamente 7 g/m2) , econsolidando as monocamadas e as películas de separação emuma pressão de aproximadamente 0,5 MPa e em uma temperaturade aproximadamente 110-115°c. A película de polietilenotinha um limite de carga de aproximadamente 10 MPa, ou umfator de resistência de aproximadamente 7 0 N/m.

Um artigo resistente a impacto balístico, plano foifeito a partir de um conjunto não ligado, solto de umnúmero de folhas pré-formadas, o conjunto sendo costuradoatravés dos cantos. Desempenho balístico para trêsdiferentes conjuntos foi testado com um projétil do tipoParabellum FMJ de 9x19 mm (8 g) ; os resultados SEA e V50são fornecidos na Tabela 1.

Exemplo 1

Experimento comparativo A foi repetido, mas agora umapelícula de polipropileno de 3,50 micrômetros Treofan PHD3.5 (da Treofan Germany GmbH), foi empregada como películade separação. Essa película biaxialmente esticada tinha umaresistência à tração de aproximadamente 190 MPa,alongamento de ruptura de 90%, um fator de resistência deaproximadamente 650 N/m e um fator de módulo de 10.500 N/m.

A flexibilidade do conjunto estabilizado foi julgada comosuperior; a pilha não poderia ser flexionada mais do que apilha do Experimento Comparativo A. Surpreendentemente,valores V50 observados, foram acentuadamente superiores aodo Exemplo Comparativo A. Devido ao peso inferior da folhapré-formada duas folhas pré-formadas adicionais (26 nototal) poderiam ser usadas no conjunto para obter o mesmopeso como no Exemplo Comparativo A, isto é, aumento de 8%do número de folhas pré-formadas. A performance balística,SEA, contudo aumentou de 260 para 312 J.m2/kg, isto é, umaumento de 20%.

Exemplo Comparativo B e Exemplo 2

O experimento comparativo Aeo Exemplo 1,respectivamente, foram repetidos, mas as monocamadas tinhamum AD de aproximadamente 4 0 g/m2 e o teor de matriz foi deaproximadamente 18% em massa. Uma folha pré-formada foiproduzida mediante empilhamento transversal de 2 em vez de4 monocamadas. Os resultados de teste conforme fornecidosna Tabela 1 confirmam a performance de balísticaaperfeiçoada: 12% de aumento em SEA mediante aumento de 8%do número de folhas pré-formadas.

Tabela 1

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Claims (13)

1. Folha pré-formada compreendendo pelo menos duasmonocamadas, cada monocamada contendo uma rede fibrosa comfibras tendo uma resistência à tração de pelo menosaproximadamente 1.2 GPa e um módulo de tração de pelo menos-40 GPa e um aglutinante, e uma película de separação empelo menos uma de suas superfícies externas, caracterizadapelo fato de que a película de separação tem uma densidaderelativa à área entre 1 e 5 g/m2.

2. Folha pré-formada compreendendo pelo menos duasmonocamadas, cada monocamada contendo fibrasunidirecionalmente orientadas tendo uma resistência àtração de pelo menos aproximadamente 1.2 GPa e um módulo detração de pelo menos 4 0 GPa, e um aglutinante, com umadireção de fibra em cada monocamada sendo girada comrelação à direção de fibra em uma monocamada adjacente, euma película de separação em pelo menos uma de suassuperfícies externas, caracterizada pelo fato de que apelícula de separação tem uma densidade relativa à área deentre 1 e 5 g/m2.

3. Folha pré-formada, de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizada por ter uma película de separação emambas as suas superfícies externas.

4. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que asfibras compreendem fibras de polietileno de altodesempenho.

5. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizada pelo fato de queo aglutinante consiste essencialmente em um elastômerotermoplástico e tem um módulo de tração inferior aaproximadamente 4 0 MPa.

6. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizada pelo fato deque a película de separação é feita de polietileno,polipropileno, poliéster ou policarbonato.

7. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizada pelo fatode que a película de separação é uma película biaxialmenteesticada.

8. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizada pelofato de que a película de separação tem uma densidaderelativa à área de entre 2 e 4 g/m2.

9. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações Ii 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizada pelofato de que a película de separação tem um fator deresistência de pelo menos 150 N/m.

10. Folha pré-formada, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadapor compreender pelo menos duas monocamadas de fibrasunidirecionalmente orientadas.

11. Conjunto de pelo menos duas fibras pré-formadas dequalquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9ou 10 caracterizado pelo fato de que as mesmas não sãoligadas umas as outras.

12. Artigo flexível resistente a impacto balísticocompreendendo pelo menos um conjunto da reivindicação 11caracterizado por conter uma pluralidade de folhas pré-formadas contendo pelo menos duas monocamadas, cadamonocamada compreendendo fibras de alto desempenhounidirecionalmente orientadas tendo uma resistência àtração de pelo menos 1.2 GPa, com a direção de fibra emcada monocamada sendo gerada com relação à direção de fibraem uma monocamada adjacente, e pelo menos uma película deseparação em uma das superfícies externas da folha pré-formada, o conjunto tendo uma densidade relativa à área depelo menos 2,4 kg/m2 e uma absorção de energia específicade pelo menos 3 00 J.m2/kg conforme medido em relação a umprojétil de Parabellum FMJ 9x19 mm de acordo com umprocedimento de teste baseado em Stanag 2920.

13. Artigo flexível resistente a impacto balístico, deacordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato deque as fibras de alto desempenho unidirecionalmenteorientadas são fibras de polietileno de alto desempenho.