BRPI0616498A2 - compósitos resistentes à penetração e método para a formação de um artigo resistente à penetração - Google Patents
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Abstract
COMPóSITOS RESISTENTES à PENETRAçãO E MéTODO PARA A FORMAçãO DE UM ARTIGO RESISTENTE à PENETRAçãO. A presente invenção refere-se a compósitos resistentes á penetração e a artigos que são leves e estáveis à luz ultravioleta. Um compósito resistente à penetração possui uma placa e uma pluralidade de camadas fibrosas dispostas de modo adjacente a pelo menos uma superfície principal da placa. Pelo menos uma das camadas fibrosas inclui uma fibra polimérica que é estável à luz ultravioleta. O compósito possui uma densidade regional inferior a cerca de 25 kg/m^ 2^ e é não penetrável de acordo com o padrão NIJ 0101.04 nível III datado de setembro de 2.000.
Description
"COMPÓSITOS RESISTENTES À PENETRAÇÃO É MÉTODO PARA AFORMAÇÃO DE UM ARTIGO RESISTENTE À PENETRAÇÃO"
Pedidos Relacionados
O presente pedido de patente reivindica o benefício do Pedido dePatente Provisório US 60/707200, depositado em 10 de agosto de 2005, asdescrições dos quais são incorporadas no presente como referência em suatotalidade.
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a compósitos resistentes àpenetração e a artigos que compreendem o mesmo. Os compósitos incluem,em geral, uma primeira camada que pode ou não ser uma placa rígida e umapluralidade de camadas fibrosas dispostas adjacentes a pelo menos umaprincipal superfície da primeira camada.
Antecedentes da Invenção
As armaduras corporais balísticas pessoais, em particular, asvestimentas, capacetes e outros artigos são formados em geral por materiaisque servem para evitar a penetração de uma bala ou outro projétil e qualqueroutro objeto que é aplicado de modo forçado à armadura, tal como uma faca.
Estes artigos são primariamente utilizados paras as forças armadas, mastambém possuem aplicações na polícia e nos civis. Há uma demandacrescente no aprimoramento da vestibilidade e da eficácia total dos sistemasde armaduras utilizados pelos soldados e pelo corpo policial em ambientes decombate. A espessura total e o peso dos sistemas de armadura podem afetar avestibilidade, mas a redução destes parâmetros nos sistemas atuaisconhecidos pode comprometer a eficácia da armadura contra a penetração.
Um sistema conhecido de armadura que foi utilizado paraarmaduras corporais balísticas inclui uma placa de cerâmica que é reforçadapor uma ou mais camadas fibrosas. Os sistemas de armadura que empregamfibras produzidas a partir de polímeros aromáticos tradicionais, tais como, porexemplo, polibenzoxazóis e poli(tereftalamida de p-fenileno), requeremtipicamente uma cobertura ou blindagem para proteger as fibras contra aradiação ultravioleta (UV) porque a radiação diminui a força tênsil da fibra, quepor sua vez diminui a resistência à penetração da armadura. Em alguns casos,a cobertura ou blindagem pode aumentar o peso e/ou a espessura dossistemas de armadura, que vai diretamente contra a demanda atualmencionada acima.
Cunniff et al. (High Performance "M5" Fiber ForBallistics/Structural Composites - apresentado na 23a Army ScienceConference, 2 a 5 de dezembro de 2002, Orlando, Florida, EUA) discute oimpacto potencial dos sistemas de armadura com base em fibra M5.
Salman et al., Journal of Lunimescence 2003, 102 - 103, 261 -266, apresenta um estudo molecular e supramolecular dos mecanismos detransferência de prótons do 2-(2'-hidroxienil)-3H-imidazol[4,5-b]piridina eseus derivados. A fibra de M5 com base em poli[diimidazo piridinileno(diidróxi) fenileno].
As patentes US 6.408.733 e US 6.389.594 referem-se a artigosque possuem um elemento cerâmica com uma material cozido antibalístico.
A patente US 5.635.288 é direcionada a uma estruturalaminada antibalística que está baseada em uma placa rígida. O laminadopossui uma primeira e uma segunda matriz de fibras orientadasunidirecionalmente onde a segunda matriz é empilhada e cruzada em umângulo com relação a primeira matriz.
A patente US 5.376.426 ensina um compósito resistente àpenetração que possui uma camada de substrato com pelo menos duascamadas afixadas a uma superfície onde pelo menos uma camada é a camadade metal e pelo menos uma das camadas sendo uma camada fibrosa.Apesar da pesquisa nesta área, há um método para umcompósito leve e estável à luz UV que é eficaz contra a penetração de balas eoutros objetos de impacto.
Descrição Resumida da Invenção
A presente invenção está direcionada a um compósito leve eresistente à penetração com boa estabilidade ao UV. De acordo com umarealização preferida, é agora fornecido um compósito resistente à penetraçãoque compreende uma placa; e uma pluralidade de camadas fibrosas dispostasadjacentes a pelo menos uma superfície principal da placa, pelo menos umadas camadas fibrosas incluindo uma fibra polimérica que possui umadensidade de 1,6 g/cm3 ou maior e uma força tênsil de pelo menos cerca de 30gramas por denier; em que a fibra polimérica é estável ao ultravioleta de modoa reter pelo menos cerca de 70% de sua força tênsil após a exposição a umalâmpada em arco de xenônio de acordo com o método de teste AATCC 16 -2003, por cerca de 360 horas.
Em certas realizações, a fibra polimérica é estável ao ultravioletana ausência de aditivos selecionados a partir do grupo que compreendeestabilizante ultravioleta e absorvedor ultravioleta.
Em algumas realizações preferidas, a fibra polimérica retém pelomenos cerca de 85% de sua força tênsil após a exposição a uma lâmpada emarco de xenônio de acordo com a o método de teste AATCC 16-2003, porcerca de 360 horas.
A fibra polimérica pode incluir uma fibra de poliarenoazol. Umafibra de poliarenoazol é uma fibra de poli{2,6-diimidazo[4,5-b: quatro', cinco'-e]piridinileno-1,4-(2,5-diidróxi)fenileno}.
Em certas realizações, a fibra de polímero possui um módulotênsil superior a cerca de 1.500 g por denier. Em algumas realizações, ocompósito possui uma densidade regional inferior a cerca de 25 kg/m .Algumas camadas fibrosas possuem uma espessura total inferiora cerca de 7,5 mL.
Em algumas realizações, os artigos possuem camadas fibrosasque são dispostas adjacentes, se opondo às superfícies principais da placa.
Em certos aspectos, a presente invenção compreende ainda pelomenos um agente estabilizante ultravioleta. Os agentes estabilizantesultravioleta apropriados incluem a benzofenona, benzotriazol e suas misturas.
Em algumas realizações, a placa compreende cerâmica, aço,alumínio, vidro ou uma resina polimérica.
De acordo com outra realização preferida da presente invenção,foi agora fornecido um compósito resistente à penetração, que compreendeuma placa; uma pluralidade de camadas fibrosas dispostas adjacentes a pelomenos uma superfície principal da placa, pelo menos uma das camadasfibrosas incluindo uma fibra polimérica que é estável à luz ultravioleta; em que 2 ,o compósito possui uma densidade regional inferior a cerca de 25 kg/m , e enão penetrável de acordo com o padrão NIJ 0101.04 nível III datado desetembro de 2.000.
Ainda, de acordo com outra realização preferida da presenteinvenção, foi agora fornecido um compósito resistente à penetração, quecompreende uma primeira camada e uma pluralidade de camadas fibrosasdispostas adjacentes a pelo menos uma superfície principal da primeiracamada, em que as camadas fibrosas possuem uma espessura total inferior acerca de 7,5 mm; em que compósito possui uma densidade regional inferior acerca de 25 kg/m2 e é não penetrável de acordo com o padrão NIJ 0101.04nível III datado de setembro de 2.000.
A presente invenção também está direcionada a artigosresistentes à penetração que podem ser usados, carregados ou unido adiversos dispositivos de proteção, tal como, por exemplo, anteparos e veículos.As realizações dos artigos preferidos incluem os artigos que empregam oscompósitos delineados acima. Em algumas aplicações, pelo menos umaporção das camadas fibrosas do compósito forma uma superfície externa doartigo, isto é, os compósitos são adequadamente estáveis ao UV, tal que umacobertura ou blindagem adicional são desnecessárias. Deve ser observado queas realizações de compósito e artigos alternativos contemplados pela presenteinvenção incluem uma cobertura ou blindagem e pode ainda incluirestabilizantes UV e/ou absorvedores UV.
A presente invenção também está direcionada a um método paraa formação de um artigo resistente à penetração que compreende forneceruma primeira camada e dispor uma pluralidade de camadas fibrosas em pelomenos uma superfície principal da primeira camada, em que a fibra poliméricaé estável ao ultravioleta de modo a reter pelo menos cerca de 70% de suaforça tênsil após a exposição a uma lâmpada em arco de xenônio de acordocom o método de teste AATCC 16-2003, por cerca de 360 horas.
Estas e diversas outras características de inovação e suasrespectivas vantagens são destacadas em particular nas reivindicações emanexo ao mesmo e formando uma parte do mesmo. Entretanto, para ummelhor entendimento dos aspectos da presente invenção, deve ser feitareferência à matéria descritiva em anexo que há realizações preferidasexemplificada.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção pode ser entendida mais facilmente comreferência à seguinte descrição detalhada das realizações ilustrativas epreferidas que formam uma parte desta descrição. Deve ser entendido que oescopo das reivindicações não está limitado aos dispositivos, métodos,condições ou parâmetros específicos descritos e/ou mostrados no presente,e que a terminologia utilizada no presente é para o propósito de descreveras realizações particulares apenas como meio de exemplo e não pretende-se limitar a presente invenção reivindicada. Do mesmo modo, conformeutilizado no presente relatório descritivo, incluindo as reivindicações anexas,as formas singulares "um", "uma", "a" e "o" incluem o plural e a referência aum valor numérico particular inclui pelo menos aquele valor particular, amenos que o contexto expresse claramente o contrário. Quando umintervalo de valores é expresso, outra realização inclui a partir de um valorparticular e/ou ao outro valor particular. De modo análogo, quando osvalores são expressos como aproximações, pelo uso de antecedente "cercade", deve ser entendido que o valor particular forma outra realização. Todosos intervalos são inclusivos e combináveis.
Os artigos da presente invenção compreendem uma primeiracamada, uma placa em algumas realizações e uma pluralidade de camadasfibrosas. Em algumas realizações, a placa pode compreender carboneto desilício, nitreto de silício, carboneto de boro, carboneto de tungstênio ou outrosmateriais de cerâmica apropriados e híbridos, aço, alumínio, vidro ou umaresina polimérica. As resinas poliméricas apropriadas incluem o poliuretano,poliolefina, fenólico, misturas de borracha de polivinilbutiral fenólico, poliéster eresinas de viniléster.
Os artigos e compósitos resistentes à penetração da presenteinvenção incluem, de preferência, as camadas fibrosas que são feitas defibras de polímero. Para os propósitos do presente, o termo "fibra" é definidocomo um corpo macroscopicamente homogêneo e relativamente flexível quepossui uma elevada razão de comprimento para largura através de sua áreade seção transversal perpendicular ao seu comprimento. A seçãotransversal da fibra pode ser de qualquer formato, mas é tipicamenteredonda. As fibras podem estar presentes na forma não revestida, revestidaou tratada previamente de outra maneira (por exemplo, estirado previamenteou tratado por calor). No presente, o termo "filamento" é utilizadointercambiavelmente com o termo "fibra".
As camadas fibrosas podem assumir diversas configuraçõesincluindo, mas não limitadas a, tecidos tricotados ou tecidos ou estruturas nãotecidas. Por não tecido entende-se uma rede de fibras, incluindo a unidirecional(se contida dentro de uma matriz de resina), feltro e similares. Por tecidoentende-se qualquer trama de tecido, tal como, trama simples, trama curta,trama em cesta, trama acetinada, trama cruzada e similares. Acredita-se que atrama simples seja a trama mais comum utilizada no mercado.
Uma lista representativa de fibras apropriadas para a presenteinvenção inclui as fibras de poliamida, fibras de poliolefina, fibras depolibenzoxazol, fibras de polibenzotiazol, fibras de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4', 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno} (PIPD), ou suas misturas. Depreferência, as fibras são feitas de fibras de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4\ 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno} (PIPD).
Quando o polímero é a poliamida, a aramida é preferida. Por"aramida" entende-se a uma poliamida em que pelo menos 85% das ligações deamida (-CONH-) estão unidas diretamente a dois anéis aromáticos. As fibras dearamida apropriadas são descritas em Man Made Fibers - Science andTechnology, volume 2, Seção intitulada Fiber Forming Aromatic Polyamides, pág297, W. Black et al., Interscience Publishers1 1968. As fibras de aramida são,também, descritas nas patentes US 4.172.938, US 3.869.429, US 3.819.587, US3.673.143, US 3.354.127 e US 3.094.511. Os aditivos podem ser utilizados coma aramida e foi inventado que até tanto quanto 10% em peso de um outromaterial polimérico pode ser misturado com a aramida ou que podem serutilizados copolímeros que possuam tanto quanto 10% de uma outra diaminasubstituída em lugar da diamina da aramida ou tanto quanto 10% de um outrocloreto de diácido substituído em lugar do cloreto de diácido da aramida.A aramida preferida é a para-aramida e a para-aramidapreferida é o poli(tereftalamida de p-fenileno) (PPD-T). Por PPD-T1 indica-se o homopolímero resultante da polimerização aproximadamente mol pormol de p-fenileno diamina e cloreto de tereftaloíla, bem como copolímerosresultantes da incorporação de pequenas quantidades de outras diaminascom a p-fenileno diamina e de pequenas quantidades de outros cloretosdiácidos com o cloreto de tereftaloíla. Como regra geral, outras diaminas eoutros cloretos diácidos podem ser utilizados em quantidades de até cercade 10% em mol da p-fenileno diamina ou do cloreto de tereftaloíla, outalvez levemente mais altas, desde que apenas as outras diaminas ecloretos diácidos não contenham grupos reativos que interferem na reaçãode polimerização. O PPD-T também indica copolímeros resultantes daincorporação de outras diaminas aromáticas e outros cloretos diácidosaromáticos, tais como, por exemplo, o cloreto de 2,6-naftaloíla ou cloretode cloro ou diclorotereftaloíla ou 3,4'-diaminodifeniléter.
Quando o polímero é a poliolefina, o polietileno ou o polipropilenosão preferidos. Por polietileno, entende-se um material de polietilenopredominantemente linear, de preferência, com peso molecular superior a ummilhão que pode conter quantidades pequenas de ramificação de cadeias oucomonômeros, sem exceder 5 unidades de modificação por 100 átomos decarbono da cadeia principal e que também pode conter, misturados a eles, nãomais de cerca de 50% em peso de um ou mais aditivos poliméricos, tais comopolímeros de 1-alqueno, em particular, polietileno de baixa densidade,propileno e similares, ou aditivos com baixo peso molecular, tais comoantioxidantes, lubrificantes, agentes de seleção ultravioleta, corantes esimilares que são comumente incorporados. Isso é comumente conhecidocomo polietileno de cadeia estendida (ECPE). De forma similar, o polipropilenoé um material de polipropileno predominantemente linear, de preferência, compeso molecular superior a um milhão. As fibras de 'poliolefina linear comelevado peso molecular estão disponíveis comercialmente. A preparação dasfibras de poliolefina é discutida na Patente US 4.457.985.
O polímero de poliarenoazol pode produzido pela reação de umamistura de ingredientes secos com uma solução de ácido fosfórico (PPA). Osingredientes secos podem compreender os monômeros formadores de azóis epós metálicos. Bateladas perfeitamente pesadas destes ingredientes podemser obtidas através do emprego de pelo menos algumas das realizaçõespreferidas da presente invenção.
Os monômeros formadores de azóis modelo incluem o 2,5-dimercapto-p-fenileno diamina, ácido tereftálico, bis-(ácido 4-benzóico), oxi-bis-(ácido 4-benzóico), ácido 2,5-diidroxitereftálico, ácido isoftálico, ácido 2,5-piridodicarboxílico, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,6-quinolinodicarboxílico, 2,6-bis-(4-carbóxifenil) piridobisimidazol, 2, 3, 5,6-tetraaminopiridina, 4,6-diaminoresorcinol, 2,5-diaminohidroquinona, 1,4-diamino-2,5-ditiobenzeno, ou qualquer de suas combinações. De preferência,os monômeros formadores de azóis incluem o 2, 3, 5,6-tetraaminopiridina e oácido 2,5-diidroxitereftálico. Em certas realizações, é preferível que osmonômeros formadores de azóis sejam fosforilados. De preferência, osmonômeros formadores de azóis fosforilados são polimerizados na presençado ácido polifosfórico e do catalisador metálico.
Os pós metálicos podem ser empregados para auxiliar naconstrução do peso molecular do polímero final. Os pós metálicos incluemtipicamente o pó de ferro, pó de estanho, pó de vanádio, pó de cromo equalquer combinação dos mesmos.
Os monômeros formadores de azóis e os pós metálicos sãomisturados e então a mistura é reagida com o ácido polifosfórico para formaruma solução de polímero de poliarenoazol. O ácido polifosfórico adicional podeser adicionado à solução polimérica caso desejado. Á solução polimérica étipicamente extrudada ou fiada através de um molde ou uma fieira parapreparar ou fiar o filamento.
O polibenzoxazol (PBO) e o polibenzotiazol (PBZ) são doispolímeros apropriados. Estes polímeros estão descritos no documento WO93/20400. O polibenzoxazol e o polibenzotiazol são, de preferência,constituídos de unidades repetitivas das seguintes estruturas:
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Enquanto os grupos aromáticos mostrados unidos ao átomo denitrogênio podem ser heterocíclicos, eles são, de preferência, carbocíclicos; eenquanto eles podem ser sistemas policíclicos fundidos ou não fundidos, elessão, de preferência, anéis únicos de seis membros. Enquanto o grupomostrado na cadeia principal dos bis-azóis é o grupo de p-fenileno preferido, ogrupo pode ser substituído por qualquer grupo orgânico divalente que nãointerfere na preparação do polímero, ou por nenhum grupo. Por exemplo,aquele grupo pode ser alifático até doze átomos de carbono, tolileno,bifenileno, bis-fenileno éter e similares.O polibenzoxazol e o polibenzotiazol utilizados para fabricarfibras da presente invenção devem possuir pelo menos 25 e, de preferência,pelo menos 100 unidades de repetição. A preparação dos polímeros e afiação daqueles polímeros estão descrita no documento mencionado acimaWO 93/20400.
A fibra M5 é apropriada para o uso na presente invenção. Estafibra está baseada no polifdiimidazo piridinileno (diidróxi) fenileno]. As fibrasde M5 são conhecidas por possuírem um módulo médio de cerca de 310GPa e uma tenacidade média de até cerca de 5,8 GPa. As fibras M5 foramdescritas por Brew et al., Composites Science and Technology 1999, 59,1109; Van der Jagt and Beukers, Polymer 1999, 40, 1035; Sikkema, Polymer1998, 39, 5981; Klop and Lammers, Polymer, 1998, 39, 5987; Hageman etal., Polymer 1999, 40, 1313.
Uma camada laminada é definida como uma rede de fibrasimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resinatermoestável e termoplástica, ou suas misturas. Cada camada adicionaespessura e peso à estrutura compósita, reduzindo assim a sua flexibilidade,sua vestibilidade e seu conforto. Portanto, os números de camadas foramselecionados tal que a estrutura compósita total é designada e utilizada paraproteger contra uma ameaça específica.
As camadas podem ser mantidas juntas ou unidas de qualquermaneira, tal como, ao serem costuradas juntas ou elas podem ser sobrepostasjuntas e mantidas, por exemplo, em um envelope de tecido ou veículo. Ascamadas que formam as seções podem ser sobrepostas separadamente eunidas, ou toda a pluralidade de camadas pode ser sobreposta e unida comouma unidade única.
As camadas também podem ser mantidas juntas pela matrizpolimérica compreendendo uma resina termoestável ou termoplástica, ou suasmisturas. Uma ampla variedade de resinas termoestáveis e termoplásticas esuas misturas são bem conhecidas no estado da técnica anterior e podem serutilizadas como o material matriz. Por exemplo, as resinas termoplásticaspodem compreender um ou mais de poliuretano, poliimida, polietileno,poliéster, poliéster étercetona, poliamida, policarbonato e similares. As resinastermoestáveis podem ser uma ou mais resinas com base em epóxi, resina combase em poliéster, resina com base fenólica e similares, de preferência, umaresina fenólica polivinilbutiral. As misturas podem ser qualquer combinação deresinas termoplásticas e de resinas termoestáveis. A proporção de materialmatriz em cada camada é de cerca de 10% a cerca de 80% em peso dacamada, de preferência, de 20% a 60% em peso da camada.
Diversas quantidades de absorvedores ultravioleta ouestabilizantes podem ser adicionadas às camadas de fibra ou laminadas paraabsorver a radiação ultravioleta nociva e dissipá-la como energia térmica. Osabsorvedores de UV agem ao proteger as camadas de fibra ou laminadas daluz UV, enquanto os estabilizantes UV agem ao retirar os radicaisintermediários formados no processo de foto-oxidação para melhorar a vida útildas camadas de fibra ou laminadas quando expostas à luz UV. Os exemplosde absorvedores de UV incluem a benzofenona ou o benzotriazol da CibaSpecialty Chemicals.
A densidade linear de um fio ou fibra é determinada ao pesar umcomprimento conhecido de um filamento ou fibra com base nos procedimentosdescritos na norma ASTM D1907-97 e D885-98. A fibra "denier" é definida comoo peso, em gramas, de 9.000 metros de fibra ou filamento. E decitex ou "dtex" édefinido como o peso, em gramas, de 10.000 metros do filamento ou fibra.
Propriedades de tensão: as fibras a serem testadas sãocondicionadas e então testadas para a tensão com base nos procedimentosdescritos em ASTM D 885-98. A tenacidade (tenacidade de quebra), elongaçãode quebra e módulo de elasticidade são determinados pelas fibras de teste dequebra em um testador Instron.
Desempenho balístico: os testes de desempenho balístico dospainéis multicamadas são realizados de acordo com padrão NIJ 0101.04,Ballistic Resistance of Personal Body Armor, publicado em setembro de 2.000.
A estabilidade UV da fibra a ser testada está baseada no Métodode Teste AATCC 16-1998, opção E com fonte de luz de xenônio, "Durabilidadede Cor da Luz". As amostras são ainda testadas quanto às suas propriedadestênsil. O que entende-se por "de maneira substancialmente não destrutiva" éum mecanismo de transporte de prótons similar ao descrito por H. Salaman etal., Molecular and supramolecular proton transfer processes in 2(2'-hydroxyphenyl)-3H-imidazol[4,5-b]pyridine and its derivatives, Journal ofLuminescence 102-103 (2003) 261 - 266.
A presente invenção será agora exemplificada pelos seguintesexemplos específicos:
Exemplos
Exemplo Comparativo 1
No Exemplo Comparativo 1, 30 camadas de tecidos feitas de 930dtex de fios de filamentos contínuos de poli(tereftalamida de p-fenileno) comuma densidade linear de 1,36 dtex por filamento, disponível pela Ε. I. DuPontde Nemours com o nome comercial de Kevlar® 129, são utilizadas comoreforço com uma construção de tecido de 12,2 χ 12,2 extremidades/cm. A forçatênsil do fio é de 24,3 g/dtex e a densidade da fibra é de 1,44 g/cm3. Após aexposição a um equipamento de variação da lâmpada de arco xenônio, pelométodo de teste AATCC 16-2003, por 360 horas, o fio retém cerca de 63% desua força tênsil original. As camadas de tecido são ainda processadas paraformar uma estrutura compósita com uma densidade regional de 1,63 psf euma espessura de 67 mm ao consolidar as camadas de tecido por meio dalaminação, cada camada de tecido com uma camada de filme de polietileno.Uma placa de cerâmica de carbide de boro, como a face de ataque, disponívelpela Cercom Inc é aderida à estrutura compósita com epóxi para teste. Oconjunto é então testado com um rifle cartucho de bala M-80 (148 balas) de7,62 χ 51 mm por padrão balístico NIJ 0101.04 nível III. Espera-se que amboso desempenho balístico e a resistência ao UV do Exemplo sejaminsatisfatórios.
Exemplo Comparativo 2
No Exemplo Comparativo 2, 28 camadas de tecidos feitas de1.110 dtex de fios de filamentos contínuos de poli(2,6-benzobisoxazol de p-fenileno) com uma densidade linear de 1,36 dtex por filamento, disponível pelaToyobo Co., Ltda1 com o nome comercial de Zylon®, são utilizadas como reforçocom uma construção de tecido de 8,7 χ 8,7 extremidades/cm. A força tênsil do fioé de 37,8 g/dtex e a densidade da fibra é de 1,54 g/cm3 Após a exposição a umequipamento de variação da lâmpada de arco xenônio por 360 horas, ele retémcerca de 55% de sua força tênsil original. As camadas de tecido são aindaprocessadas para formar uma estrutura compósita com uma densidade regionalde 1,41 psf e uma espessura de 61 mm ao consolidar as camadas de tecido pormeio da laminação, cada camada de tecido com uma camada de filme depolietileno. Uma placa de cerâmica de carbide de boro, como a face de ataque,disponível pela Cercom Inc é aderida à estrutura compósita com epóxi parateste. O conjunto é então testado com um rifle cartucho de bala M-80 (148balas) de 7,62 χ 51 mm por padrão balístico NIJ 0101.04 nível III. A resistênciaao UV do equipamento de armadura deste Exemplo é insatisfatória.
Exemplo 1
No Exemplo 1 da presente invenção, 26 camadas de tecidosfeitas de 930 dtex de fios de filamentos contínuos de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4',5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno} com uma densidade linear de 1,36dtex por filamento são utilizadas como reforço com uma construção de tecidode 12,2 χ 12,2 extremidades/cm. A força tênsil do fio é de 32,7 g/dtex e adensidade da fibra é de 1,65 g/cm3. Após a exposição a um equipamento devariação da lâmpada de arco xenônio por 360 horas, o fio retém cerca de 91%de sua força tênsil original. As camadas de tecido são ainda processadas paraformar uma estrutura compósita com uma densidade regional de 1,41 psf euma espessura de 58 mm ao consolidar as camadas de tecido por meio dalaminação, cada camada de tecido com uma camada de filme de polietileno.
Uma placa de cerâmica de carbide de boro, como a face de ataque, disponívelpela Cercom Inc é aderida à estrutura compósita com epóxi para teste. Oconjunto é então testado com um rifle cartucho de balas M-80 (148 balas) de7,62 χ 51 mm por padrão balístico NIJ 0101.04 nível III. O desempenhobalístico medido da presente invenção aprimora aqueles dos Exemplos acimado estado da técnica anterior. Adicionalmente, ambos o peso e a espessura e,portanto, o volume do equipamento de armadura da presente invenção, sãoreduzidos consideravelmente, enquanto que sua resistência ao UV e, portanto,estabilidade são muito melhores do que aqueles do estado da técnica anterior,conforme descrito pelos Exemplos Comparativos 1 e 2.
Enquanto a presente invenção tenha sido descrita emconjunto com certas realizações preferidas, deve ser entendido que outrasrealizações similares podem ser utilizadas ou modificações e adiçõespodem ser feitas à realização descrita para desempenhar a mesma funçãoda presente invenção sem se desviar da mesma. Portanto, a presenteinvenção não deve estar limitada a qualquer realização única, mas de certaforma interpretada de maneira ampla e no escopo de acordo com arecitação das reivindicações em anexo.
Todas as patentes e publicações descritas no presente estãoincorporadas como referência em sua totalidade.
Claims (20)
1. COMPÓSITO RESISTENTE À PENETRAÇÃO,caracterizado pelo fato de que compreende- uma placa; e- uma pluralidade de camadas fibrosas dispostas adjacentes apelo menos uma superfície principal da placa, pelo menos uma das camadasfibrosas incluindo uma fibra polimérica que possui uma densidade de 1,6 g/cmou maior e uma força tênsil de pelo menos cerca de 30 gramas por denier;em que a fibra polimérica é estável ao ultravioleta de modo a reterpelo menos cerca de 70% de sua força tênsil após a exposição a uma lâmpadaem arco de xenônio, de acordo com o método de teste AATCC 16-2003, porcerca de 360 horas.
2. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fibra polimérica é estável ao ultravioleta naausência de aditivos selecionados a partir de um grupo, que compr eendeestabilizantes ultravioleta e absorvedores ultravioleta.
3. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fibra polimérica retém pelo menos cerca de-85% de sua força tênsil após a exposição a uma lâmpada em arco de xenôniode acordo com o método de teste AATCC 16 - 2003, por cerca de 360 horas.
4. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a fibra polimérica inclui uma fibra de poliarenoazol.
5. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a fibra de poliarenoazol é uma fibra de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4', 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno}.
6. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fibra polimérica possui um módulo de tensãosuperior a cerca de 1.500 g por denier.
7. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o compósito possui uma densidade regionalinferior a cerca de 25 kg/m2.
8. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a camada fibrosa possui uma espessura totalinferior a cerca de 7,5 ml.
9. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a densidade regional das camadas fibrosas éinferior a 7,5 kg/m2.
10. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as camadas fibrosas estão dispostas adjacentesopostas às superfícies principais da placa.
11. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um agenteestabilizante de ultravioleta.
12. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o agente estabilizante de ultravioleta éselecionado a partir do grupo que consiste em benzofenona, benzotriazol esuas misturas.
13. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a placa compreende cerâmica, aço, alumínio,vidro ou uma resina polimérica.
14. COMPÓSITO RESISTENTE À PENETRAÇÃO,caracterizado pelo fato de que compreende:- uma primeira camada; e- uma pluralidade de camadas fibrosas dispostas adjacentes apelo menos uma superfície principal da primeira camada, em que pelo menosuma das camadas fibrosas possui uma espessura inferior a cerca de 7,5 mm;em que compósito possui uma densidade regional inferior a cercade 25 kg/m2 e é não penetrável de acordo com o padrão NIJ 0101.04 nível Illdatado de setembro de 2000; eem que as camadas fibrosas incluem uma fibra polimérica queretém pelo menos cerca de 70% de sua força tênsil original após a exposição auma lâmpada em arco de xenônio de acordo com o método de teste AATCC-16-2003, por cerca de 360 horas.
15. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que as camadas fibrosas incluem uma fibrapolimérica que possui uma densidade de pelo menos cerca de 1,6 g/cm e umaforça tênsil de pelo menos cerca de 30 g por denier.
16. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que as camadas fibrosas incluem uma fibra depoliareneazol.
17. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a fibra de poliarenoazol é uma fibra de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4\ 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno}.
18. COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a primeira camada é uma placa rígida quecompreende cerâmica, aço, alumínio, vidro ou uma resina polimérica.
19. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UM ARTIGORESISTENTE À PENETRAÇÃO, caracterizado pelo fato de quecompreende:- fornecer uma primeira camada; e- dispor de uma pluralidade de camadas fibrosas em pelo menosuma superfície principal da primeira camada,em que a fibra polimérica é estável ao ultravioleta de modo a reterpelo menos cerca de 70% de sua força tênsil após a exposição a uma lâmpadaem arco de xenônio de acordo com o método de teste AATCC 16-2003, porcerca de 360 horas.
20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que a primeira camada é uma placa quecompreende cerâmica, aço, alumínio, vidro ou uma resina polimérica e a fibrapolimérica inclui pelo menos uma fibra de poliareneazol.
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