BRPI0616499A2 - artigos flexìveis resistentes à penetração e método para a produção de um artigo flexìvel resistente à penetração - Google Patents
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Abstract
ARTIGOS FLEXìVEIS RESISTENTES à PENETRAçãO E MéTODO PARA A PRODUçãO DE UM ARTIGO FLEXIVEL RESISTENTE à PENETRAçãO. A presente invenção refere-se a um artigo flexível resistente à penetração que compreende uma pluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, e possuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m^ 2^. Pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas possui uma fibra com uma tenacidade de pelo menos cerca de 30 gramas por decitex e um fio de filamento contínuo que possui uma densidade linear menor que cerca de 1.100 decitex.
Description
"ARTIGOS FLEXÍVEIS RESISTENTES À PENETRAÇÃO E MÉTODO PARAA PRODUÇÃO DE UM ARTIGO FLEXÍVEL RESISTENTE À PENETRAÇÃO"
Pedidos Relacionados
O presente pedido de patente reivindica o benefício do Pedido dePatente Provisório número 60/707199, depositado em 10 de Agosto de 2005,as descrições dos quais são incorporados no presente como referência em suatotalidade.
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a artigos resistentes à penetraçãoflexíveis. As realizações são particularmente eficazes contra, mas não limitadasa, ameaças múltiplas de armas de fogo e fragmentos.
Antecedentes da Invenção
As armaduras corporais balísticas pessoais, em particular, asvestimentas e outros artigos são formadas em geral por materiais que servempara evitar a penetração de uma bala ou outro projétil e qualquer outro objetoque é aplicado de modo forçado à armadura. Estes artigos são primariamenteutilizados para as forças armadas, mas também possuem aplicações na políciae nos civis.
A patente US 6.162.746 descreve um compósito projetado para serresistente a golpes de faca e picaretas de gelo. O compósito compreende umapluralidade de camadas de fibras de polibenzoxazol (PBO) ou polibenzotiazol (PBT)tecidas, uma pluralidade de camadas com um fator de tensão de pelo menos 0,75 euma pluralidade de camadas de uma rede de fibra.
A patente US 2002/0164912 está direcionada a um tecido deresistência balística em que a urdidura possui pelo menos 3 fibras adjacentesem que uma fibra é de um primeiro material e as duas outras fibras adjacentessão de um segundo material. A trama possui-pelo menos três outras fibrasadjacentes em que uma fibra é do primeiro material e as duas outras fibrasadjacentes à outra fibra são produzidas òe um segundo material. As fibrasincluem o PBO e o poli(tereftalamida de p-fenileno).
O pedido de patente US 2004/0216595 ensina um artigo dearmadura metálica formada que possui um elemento de revestimento metálicoe uma porção de reforço da fibra compósita. As fibras utilizadas na porção dereforço incluem o polietileno, aramida, polímeros de cristal líquido, fibra devidro, carbono e M5®.
O documento WO 2005/001373 descreve um material deresistência balística que possui uma primeira e segunda camada externa de umtecido não tecido de resistência balística e uma camada de tecido tecida deresistência balística que é colocada entre a primeira e a segunda camada externa.
Há uma demanda crescente para tornar leve o equipamentoprotetor utilizado pelos soldados e pelos policiais, a fim de melhorar suaeficácia e capacidade de manobra em ambientes de combate. Os sistemas eartigos de tecido existentes mostraram limitações no desempenho contrafragmentos e balas de armas de fogo em pesos abaixo dos níveis atuais.Assim, existe uma necessidade por artigos leves e resistentes à penetração quesão eficazes contra fragmentos e balas de armas de fogo, entre outras ameaças.
Descrição Resumida da Invenção
A presente invenção fornece artigos resistentes à penetraçãoflexíveis que são produzidos a partir de uma pluralidade de camadas fibrosas epossuem uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m2. As realizaçõesde artigos preferidas exibem excelente resistência a ameaças múltiplas baseadasem armas de fogo e fragmentos. Os artigos fornecem maior proteção em um dadopeso e proteção eficaz em um peso mais leve, quando comparado às armadurascorporais resistentes a fragmentos e balas disponíveis atualmente.
De acordo com uma realização preferida, é agora fornecidoum artigo flexível e resistente à penetração que compreende umapluralidade de camadas fibrosas incluindo os tios de filamentos contínuos,e possuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m2, emque pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas compreende umafibra que possui uma tenacidade de pelo menos cerca de 30 gramas pordecitex e um fio de filamento contínuo que possui uma densidade linearmenor que cerca de 1.100 decitex.
Em algumas realizações, a pluralidade de camadas fibrosas inclui45 camadas ou menos. Em certas realizações, pelo menos uma da pluralidadede camadas fibrosas compreende uma fibra polimérica que possui umatenacidade de pelo menos cerca de 40 gramas por decitex.
Os fios de filamentos contínuos apropriados incluem as fibras depoliamida, fibras de poliolefina, fibras de polibenzoxazol, fibras depolibenzotiazol, fibras de poliareneazol (tal como fibras de poli{2,6-diimidazo[4,5-b:4\ 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno}), fibras depolipiridazóis, fibras de polipiridobismidazóis e suas misturas. Em algumasrealizações, a pluralidade de camadas fibrosas consiste essencialmente defibras de polibenzoxazol ou fibras de polibenzotiazol.
Em certas realizações da presente invenção, a pluralidade decamadas fibrosas inclui múltiplas camadas produzidas a partir de fibras depolibenzoxazol e camadas múltiplas feitas de fibras de aramida. Ainda emoutras realizações, a pluralidade de camadas fibrosas inclui camadas múltiplasproduzidas a partir de fibras de polibenzoxazol ou fibras de polibenzotiazol ecamadas múltiplas produzidas a partir de fibras de poliareneazol, fibras depolipiridazol ou fibras de polipiridobismidazol. Em algumas composições, apluralidade de camadas fibrosas consiste essencialmente em fibras depoliareneazol, fibras de polipiridazol ou fibras de polipiridobismidazol.
A pluralidade de camadas fibrosas pode ser tecida. Em outrasrealizações, a pluralidade de camadas fibrosas não é tecida. Em algumasrealizações, em que as camadas de fibra são tecidas, pelo menos uma dapluralidade de camadas fibrosas é tecida e possui um fator de tensão entrecerca de 0,2 e cerca de 0,95.
Em alguns aspectos, a presente invenção está direcionada aartigos onde pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas estáimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resinatermoplástica, uma resina termoestável ou suas misturas.
De acordo com outra realização preferida, é agoraapresentado um artigo flexível e resistente à penetração que compreendeuma pluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios de filamentoscontínuos, e possuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4kg/m2, em que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosaspossui conjuntamente um valor V50 de pelo menos cerca de 610 m/s anteum fragmento de 16 grain e um valor V50 de pelo menos cerca de 480m/s ante uma bala de arma de fogo de 9 milímetros de acordo com oprocedimento teste MIL-STD-662E.
Ainda, de acordo com outra realização preferida, é agoraapresentado um artigo resistente à penetração e flexível que compreende umapluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, epossuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m2, em que osfios de filamentos contínuos possuem uma densidade linear de cerca de 100decitex a cerca de 1.000 decitex, em que pelo menos uma da pluralidade decamadas fibrosas compreende uma fibra que possui uma tenacidade de pelomenos cerca de 30 gramas por decitex, em que a pluralidade de camadasfibrosas possui conjuntamente um valor V50 de pelo menos cerca de 610 m/sante um fragmento de 16 grain e um valor V50 de pelo menos cerca de 480m/s ante uma bala de arma de fogo de 9 milímetros de acordo com oprocedimento teste MIL-STD-662E.Em algumas realizações, a presente invenção refere-se a umartigo flexível e resistente à penetração que compreende uma pluralidadede camadas fibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, epossuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m2, em quea pluralidade de camadas fibrosas compreende pelo menos uma camadafibrosa de aramida e pelo menos uma camada fibrosa de não aramida quepossui uma tenacidade de pelo menos cerca de 30 gramas por decitex eum fio de filamento contínuo que possui uma densidade linear menor quecerca de 1.100 decitex. Em certas realizações, pelo menos uma dapluralidade de camadas fibrosas compreende uma fibra polimérica quepossui uma tenacidade de pelo menos cerca de 35 gramas por decitex eque possui uma densidade de fibra de pelo menos 1,6 g/cm3.
Em algumas realizações, a presente invenção refere-se a ummétodo para a produção de um artigo flexível e resistente à penetração quecompreende fornecer uma pluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios defilamentos contínuos, e possuindo uma densidade regional menor que cerca de4,4 kg/m2, em que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosascompreende uma fibra que possui uma tenacidade de pelo menos cerca de 30gramas por decitex e um fio de filamento contínuo que possui uma densidadelinear menor que cerca de 1.100 decitex.
Estas e diversas outras características de inovação e suasrespectivas vantagens são destacadas com particularidade nasreivindicações em anexo ao mesmo e formando uma parte do mesmo.
Entretanto, para uma melhor compreensão dos aspectos da presenteinvenção, deve ser feita referência à matéria descritiva em anexo, em quehá realizações preferidas exemplificadas.
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, eque a terminologia utilizada no presente é para o propósito de descrever asrealizações particulares apenas como meio de exemplo e não se pretendelimitar a presente invenção reivindicada. Do mesmo modo, conforme utilizadono presente relatório descritivo, incluindo as reivindicações anexas, as formassingulares "um", "uma", "a" e "o" incluem o plural e a referência à um valornumérico particular inclui pelo menos aquele valor particular, a menos que ocontexto expresse claramente o contrário. Quando um intervalo de valores éexpresso, outra realização inclui a partir de um valor particular e/ou ao outrovalor particular. De modo análogo, quando os valores são expressos comoaproximações, pelo uso de antecedente "cerca de", deve ser entendido que ovalor particular forma outra realização. Todos os intervalos são inclusivos ecombináveis.
Os filamentos da presente invenção podem ser realizados a partirdo polímero de poliareneazol. Conforme definido no presente, "poliareneazol"refere-se aos polímeros que possuem:
- um anel heteroaromático fundido com um grupo aromáticoadjacente (Ar) de estrutura de unidade de repetição (a):
<formula>formula see original document page 7</formula>
com N sendo um átomo de nitrogênio e Z sendo um enxofre,oxigênio ou grupo NR com R sendo o hidrogênio ou uma alquila ou arilasubstituída ou não substituída ligada ao N; ou- dois anéis aromáticos anexos cada um fundido a um grupoaromático comum (Ar1) de estruturas de unidade de repetição (b1 ou b2):
<formula>formula see original document page 8</formula>
em que N é um átomo de nitrogênio e B é um oxigênio,enxofre ou grupo NR1 em que R é o hidrogênio ou uma alquila ou arilasubstituída ou não substituída ligada ao Ν. O número de estruturas deunidades de repetição representadas pelas estruturas (a), (b1) e (b2) nãoé critica. Cada cadeia polimérica possui tipicamente de cerca de 10 acerca de 25.000 unidades de repetição. Os polímeros de poliareneazolincluem os polímeros de polibenzazol e/ou os polímeros de polipiridazol.
Em certas realizações, os polímeros de polibenzazol compreendem ospolímeros de polibenzimidazol ou polibenzobisimidazol. Em certasrealizações, os polímeros de polipiridazol compreendem os polímeros depolipiridobismidazol ou polipiridoimidazol. Em certas realizaçõespreferidas, os polímeros são do tipo polibenzobisimidazol oupolipiridobisimidazol.
Na estrutura (b1) e (b2), Y é um grupo aromático,heteroaromático, alifático ou nenhum; de preferência, um grupoaromático; de maior preferência um grupo aromático de seis membros deátomos de carbono. De maior preferência, ainda, o grupo aromático deseis membros de átomos de carbono (Y) possui ligações para-orientadacom dois grupos hidroxila substituídos; de maior preferência, ainda, 2,5-diidróxi-para-fenileno.
Nas estruturas (a), (b1) ou (b2), Ar e Ar1 representam cada umqualquer grupo aromático ou não aromático.Um grupo "aromático" pode ser opcionalmente um anelsubstituído mono- ou bi- carbocíclico de 5 a 13 membros aromático tal como afenila ou naftila. De preferência, os grupo que contém as porções arila sãomonocíclicos que possuem de 5 a 7 átomos de carbono no anel. A fenila é umaarila preferida.
Um grupo "heteroaromático", conforme utilizado no presente,pode ser um anel aromático mono- ou bi- carbocíclico contendo carbono de 5 a13 membros possuindo de um a cinco heteroátomos que podem serindependentemente o nitrogênio, oxigênio ou enxofre. De preferência, osgrupos contendo porções heteroarila são monocíclicos que possuem de 5 a 7membros no anel onde um ou dois dos membros do anel são selecionadosindependentemente a partir do nitrogênio, oxigênio ou enxofre.
Em algumas realizações, as porções heteroaromáticas ou arilapodem ser opcionalmente substituídas. Os substituintes incluem uma oumais de alquila C1-C6, halogênio, hidroxila, halogênio, alcóxi C1-C6, CN1 -NO2, amino, alquilamino C1-C6, dialquilamino de 1 a 6 átomos de carbonopor grupo alquila, tio, alquiltio C1-C6, alquilsulfinil Ci-C6, alquilsulfonil CrC6, alcoxicarbonil C2-C7, alquilcarbonil C2-C7, trifluoroalcóxi, benzilnitrila egrupos benzoíla.
Enquanto o grupo aromático ou heteroaromático pode serqualquer sistema policíclico fundido ou não fundido, em algumasrealizações é preferido um anel único de seis membros. Em certasrealizações, o grupo Ar ou Ar1 é, de maior preferência, heteroaromático,em que um átomo de nitrogênio é substituído por um dos átomos decarbono do sistema de anel ou Ar ou Ar1 pode conter apenas átomos deanel de carbono. Ainda em outras realizações, o grupo Ar ou Ar1 é, demaior preferência, heteroaromático.
Conforme definido no presente, "polibenzazol" refere-se aopolímero de poliareneazol que possui estruturas de repetição (a), (b1) ou(b2) em que o grupo Ar ou Ar1 é um anel aromático único de seismembros de átomos de carbono. De preferência, em algumas realizações,os polibenzazóis incluem uma classe de polibenzazóis de estrutura rígidaque possui a estrutura (b1) ou (b2); de maior preferência, em algumasrealizações, os polibenzazóis de estrutura rígida possuem a estrutura (b1)ou (b2) com um anel aromático carbocíclico de seis membros Ar1. Taispolibenzazóis preferidos incluem, mas não estão limitados a,polibenzimidazóis (B=NR)1 polibenzotiazóis (B=S), polibenzoxazóis (B=O)1e suas misturas ou copolímeros. Quando o polibenzazol é umpolibenzimidazol, de preferência, em algumas realizações, ele é opoli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisimidazol-2,6-diil-1,4-fenileno). Quando opolibenzazol é um polibenzotiazol, de preferência, em algumasrealizações, ele é o poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bistiazol-2,6-diil-1,4-fenileno).
Quando o polibenzazol é um polibenzoxazol, de preferência, em algumasrealizações, ele é o poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno).
Conforme definido no presente, "polipiridazol" refere-se aopolímero de poliareneazol que possui estruturas de repetição (a), (b1) ou (b2)em que o grupo Ar ou Ar1 é um anel aromático único de seis membros de 5átomos de carbono e um átomo de nitrogênio. De preferência, estespolipiridazóis incluem uma classe de polipiridazóis de estrutura rígida quepossui a estrutura (b1) ou (b2); de maior preferência, os polipiridazóis deestrutura rígida possuem a estrutura (b1) ou (b2) com um anel aromáticoheterocíclico de seis membros Ar1. Tais polipiridazóis de maior preferênciaincluem, mas não estão limitados a, polipiridobisimidazóis (B=NR),polipiridobistiazóis (B=S), polipiridobisoxazóis (B=O)1 e suas misturas oucopolímeros. Ainda, de maior preferência, o polipiridazol é umpolipiridobisimidazol (B=NR) de estrutura:<formula>formula see original document page 11</formula>
em que N é um átomo de nitrogênio e R é um hidrogênio ou umaalquila ou arila substituída ou não substituída ligada ao N1 de preferência, emalgumas realizações, em que R é Η. O número médio de unidades repetidasdas cadeias poliméricas está, tipicamente, no intervalo de cerca de 10 a cercade 25.000, mais tipicamente no intervalo de cerca de 100 a 1.000, ainda maistipicamente no intervalo de cerca de 125 a 500 e ainda mais tipicamente nointervalo de cerca de 150 a 300.
Conforme utilizada no presente, a frase "oligômero depoliarenoazol terminado funcionalmente" refere-se a um oligômero depoliarenoazol que possui pelo menos um grupo reativo na posição terminal.
Conforme utilizado no presente, o termo "oligômero" refere-se auma molécula que possui de dois a cerca de cinco unidades químicas ligadascovalentemente que podem ser as mesmas ou diferentes.Conforme utilizado no presente, o termo "polímero" refere-se auma molécula que possui mais do que cerca de cinco unidades químicasligadas covalentemente que podem ser as mesmas ou diferentes.
O termo "alquila", conforme utilizado no presente, refere-se acadeias de hidrocarboneto alifáticas substituídas ou não substituídas e incluem,mas não estão limitadas a, cadeias lineares ou ramificadas contendo de 1 a 12átomos de carbono, de preferência, de 1 a 6 átomos de carbono, salvoindicações em contrário. Os exemplos dos grupos alquila incluem metila, etila,propila, isopropila, butila, /-butila e f-butila. Estão inclusas especificamentedentro da definição de "alquila" as cadeias de hidrocarbonetos alifáticos quesão opcionalmente substituídas. O número de carbonos conforme utilizado nasdefinições do presente refere-se a cadeia principal de carbono e à ramificaçãode carbono, mas não incluem os átomos de carbono dos substituintes, taiscomo substituições de alcóxi e similares.
Em certas realizações da presente invenção, os substituintes paraos grupos alquila incluem nitro, ciano, -N(Rx)(Ry)1 halo, hidroxil, aril, heteroaril,alcóxi, alcoxiaril e alcoxicarbonil, em que Rx e Ry são cada um,independentemente H, alquila ou arila.
Diversas realizações da presente invenção estão direcionadasaos artigos que compreendem os filamentos de poliarenoazóis, maisespecificamente aos filamentos de polibenzazóis (PBZ) ou filamentos depolipiridazóis.
Conforme utilizados no presente, certos filamentos da presenteinvenção são preparados a partir do polímero de poliarenoazol, tal comopolímero de polibenzazol (PBZ) ou polipiridazol. Para os propósitos dopresente, o termo "filamento" refere-se a um corpo macroscopicamentehomogêneo e relativamente flexível que possui uma elevada razão decomprimento a largura através de sua área de seção transversal perpendicularao seu comprimento. A seção transversal do filamento pode ser de qualquerformato, mas é tipicamente redonda. O termo "filamento" pode ser utilizadointercambiavelmente com o termo "fibra".
Conforme definido no presente, "fio" se refere a um comprimentocontínuo de duas ou mais fibras, em que a fibra é conforme definida nopresente.
Para os propósitos do presente, "tecido" refere-se a qualquerestrutura tecida, tricotada ou não tecida. Por "tecida" entende-se qualquertrama de tecido, tal como, trama simples, trama curta, trama em cesta, tramaacetinada, trama cruzada e similares. Por "tricotada" entende-se uma estruturaproduzida pelo entrelaçamento ou intertrama de uma ou mais extremidades,fibras ou fios multifilamentares. Por "não tecido" entende-se uma rede de fibras,incluindo as fibras unidirecionais, feltro e similares.
Os artigos da presente invenção compreendem uma pluralidadede camadas fibrosas. As camadas podem ser mantidas juntas ou unidas dequalquer maneira, tal como, ao serem costuradas juntas ou elas podem sersobrepostas juntas e mantidas, por exemplo, em um envelope de tecido ouveículo. As camadas que formam as seções podem ser sobrepostasseparadamente e unidas, ou toda a pluralidade de camadas pode sersobreposta e unida como uma 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, poliéter 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 2% a cerca de 50% em peso dacamada, de preferência, de 5% a 30% em peso da camada.
A densidade regional da camada de tecido é determinada pelamedida do peso de cada camada única de tamanho selecionado, por exemplo,10 cm χ 10 cm. A densidade regional da estrutura compósita é determinadapela soma das densidades regionais das camadas individuais.
Em algumas realizações, os polipiridazóis de estrutura rígidaincluem, mas não estão limitados a, homopolímeros e copolímeros depolipiridobisimidazol, tais como aqueles descritos na patente US 5.674.969. Umpolipiridobisimidazol exemplar é o homopolímero de poli(1,4-(2,5-diidróxi)fenileno-2,6-diimidazol[4,5-b:4'5'-e]piridinileno). Este polímero tambémé conhecido utilizando diversas terminologias, por exemplo: poli(1,4-(2,5-diidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3-d:5,6-d']bisimidazol); poli[(1,4-diidroxiimidazo[4,5-b:4'5'-e]piridinileno - (2,5-diidróxi-1,4-fenileno)]; Chemical AbstractsRegistro número 167304-74-7, poli[(1,4-diidrodiimidazo [4,5-b:4'5'-e]piridina-2,6-diil)(2,5-diidróxi-1,4-fenileno)]; copolímero de ácido 2,5-diidroxitereftálico-1,2,4,5-tetraaminopiridina; PIPD; copolímero de piridobisimidazol-2,6-diil (2,5-diidróxi-p-fenileno); poliíl^^.S-diidróxiJfenileno^.e-diimidazo^.õ-b^^'-e]piridinileno) e poli(1,4-(2,5-diidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3-d5,6-d']bisimidazol).
Os polímeros de poliareneazol utilizados na presente invençãopodem possuir as propriedades associadas com uma estrutura em haste rígida,uma estrutura de haste semi-rígida ou uma estrutura em espiral flexível; depreferência, uma estrutura em haste rígida. Quando esta classe de polímerosem haste rígida possui a estrutura (b1) ou (b2), é preferível possuir dois gruposazóis fundidos ao grupo aromático Ar1.Os poliareneazóis apropriados úteis na presente invençãoincluem os homopolímeros e os copolímeros. Até tanto quanto 25% em pesode outro material polimérico pode ser misturado com o poliareneazol. Também,os copolímeros podem ser utilizados possuindo tanto quanto cerca de 25% oumais dos outros monômeros de poliareneazóis ou outros monômerossubstituídos por um monômero da maior parte de poliareneazóis. Oshomopolímeros e os copolímeros de poliareneazóis apropriados podem serproduzidos pelos procedimentos conhecidos, tais como aqueles descritos naspatentes US 4.533.693 (de Wolf et al., em 6 de agosto de 1985), US 4.703.103(de Wolf et al., em 27 de outubro de 1987), US 5.089.591 (de Gregory et ai,em 18 de fevereiro de 1992), US 4.772.678 (Sybert et al., em 20 de setembrode 1988), US 4.847.350 (de Harris et al., em 11 de agosto de 1992), US5.276.128 (de Rosenberg et al., em 4 de janeiro de 1994) e a patente US5.674.969 (de Sikkema et al., em 7 de outubro de 1997), a totalidade do qual éincorporado como referência no presente. Os aditivos também podem serincorporados nos poliareneazóis nas quantidades desejadas, tais como, porexemplo, anti-oxidantes, lubrificantes, agentes de seleção ultravioleta,colorantes e similares.
Os polímeros de poliarenoazol podem produzidos pela reação deuma mistura de ingredientes secos com uma solução de ácido fosfórico (PPA).Os ingredientes secos podem compreender os monômeros formadores deazóis e pós metálicos.
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 sjas 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. A solução polimérica étipicamente extrudada ou fiada através de um molde ou uma fieira parapreparar ou fiar o filamento.
Exemplos
Nos seguintes exemplos, os compósitos de uma pluralidade decamadas de tecido foram testados quanto à r esistência balística. O s painéisbalísticos de 15 polegadas por 15 polegadas foram construídos para os testes, emque todas as camadas de tecido foram costuradas ao redor das extremidades eforam costuradas adicionalmente em diagonal com pontos cruzados. Oscompósitos possuíam uma densidade regional de 4,30 ± 0,05 kg/m .
Os fios de aramida, comercializados pela E.l. Du Pont deNemours and Company sob a marca comercial de Kevlar® (poli(tereftalato de p-fenileno)), foram incluídos em algumas das amostras. Os fios de aramidapossuíam uma tenacidade de 25,2 gramas por decitex, a elongação de quebrade 3,8% e um módulo de 575 gramas por decitex.Os fios de PBO (poli-p-fenilenobenzoisooxazol), comercializado pelaToyobo Company, Limitada, com o nome comercial de Zylon®, foram incluídos emalgumas amostras. O fio de PBO possuía uma tenaciadde de 37,8 gramas pordecitex, a elongação de quebra de 3,5% e um módulo de 1.170 gramas por decitex.
Os testes balísticos foram realizados nos compósitos paradeterminar o limite balístico (V50) de acordo com o MIL-STD-662E. Ocompósito a ser testado foi colocado em um monte da amostra com um moldee grampos para manter a amostra firme e perpendicular ao trajeto dos projéteisteste. Os compósitos foram testados ante dois projéteis diferentes: (1) umsimulador de fragmento de 16 grain; e (2) uma bala de arma de fogo revestidacompletamente por metal de 9 mm pesando 124 grains. O primeiro tiro paracada painel é para uma velocidade do projétil estimada como sendoprovavelmente o limite balístico (V50). Quando o primeiro tiro produziu umapenetração completa da amostra, o próximo tiro é para uma velocidade doprojétil de cerca de 15,2 m/s menor a fim de obter uma penetração parcial. Poroutro lado, quando o primeiro tiro não produziu nenhuma penetração oupenetração parcial, o próximo tiro é para uma velocidade do projétil de cerca de15,2 m/s maior do que o primeiro tiro a fim de obter uma penetração completa.Após obter uma penetração do projétil parcial e uma completa, o aumento ou adiminuição da velocidade subseqüente de cerca de 15,2 m/s são utilizados atéque tiros suficientes sejam disparados para determinar o limite balístico (V50)para cada amostra. O limite balístico é calculado ao encontrar a médiaaritmética de um número igual de pelo menos três das maiores velocidades deimpacto de penetração parcial, contanto que haja uma diferença de não maisdo que 38,1 m/s entre a maior e a menor velocidade de impacto individual.
Exemplo 1
O Exemplo 1 incluía 31 camadas fibrosas fabricadas com 550decitex de Zylon® a 11,8 extremidades por centímetro em uma trama simples.A amostra possuía uma densidade regional de cerca de 4,3 kg/m2.
Exemplo 2
O Exemplo 2 incluía 21 camadas fibrosas fabricadas com 550decitex de Zylon® a 11,8 extremidades por centímetro em uma trama simplespara uma face de ataque e 8 camadas fibrosas fabricadas com 660 decitex deKevlar® a 13,4 extremidades por centímetro em uma trama simples para o ladodo corpo. A amostra possuía uma densidade regional de cerca de 4,35 kg/m .
Exemplo Comparativo A
O Exemplo Comparativo A incluía 24 camadas fabricadascom 660 decitex de Kevlar® a 13,4 extremidades por centímetro em umatrama simples. A amostra possuía uma densidade regional de cerca de4,35 kg/m2.
Exemplo Comparativo B
O Exemplo Comparativo B incluía 18 camadas fibrosasfabricadas com 1650 decitex de Zylon® a 6,7 extremidades por centímetroem uma trama simples. A amostra possuía uma densidade regional decerca de 4,25 kg/m2.
Os resultados balísticos, mostrados na Tabela 1 abaixo, indicamque os resultados de V50 para os artigos de acordo com a presente invenção(Exemplos 1 e 2) foram significativamente melhores do que os resultados deV50 dos artigos comparativos (Exemplos Comparativos A e B).
Tabela 1
<table>table see original document page 18</column></row><table>Exemplo 3
No Exemplo 3, as estruturas dos Exemplos 1 e 2 podem serreplicadas com uma fibra selecionada a partir dos poliareneazóis, polipiridazóis,polipiridobisimidazóis, polietileno de peso molecular elevado altamenteorientado ou qualquer combinação dos mesmos ao invés da fibra de kevlar .
Exemplo 4
No Exemplo 4, as estruturas dos Exemplos 1 e 2 podem serreplicadas com uma fibra selecionada a partir dos poliareneazóis, polipiridazóis,polipiridobisimidazóis, polietileno de peso molecular elevado altamenteorientado ou qualquer combinação dos mesmos ao invés da fibra de Zylon®.
Enquanto a presente invenção tem sido descrita em conjunto comas realizações preferidas, deve ser entendido que outras realizações similarespodem ser utilizadas ou modificações e adições podem ser realizadas àrealização descrita para desempenhar a mesma função da presente invençãosem se desviar da mesma. Portanto, a presente invenção não deve estarlimitada a qualquer realização única, mas de certa forma interpretada demaneira ampla e no escopo de acordo com a recitação das reivindicações emanexo.
Todas as patentes e publicações descritas no presente estãoincorporadas como referência em sua totalidade.
Claims (20)
1. ARTIGO FLEXÍVEL E RESISTENTE À PENETRAÇÃO,caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de camadasfibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, e possuindo uma densidaderegional menor que cerca de 4,4 kg/m2, em que pelo menos uma da pluralidadede camadas fibrosas compreende uma fibra que possui uma tenacidade depelo menos cerca de 30 gramas por decitex e um fio de filamento contínuo quepossui uma densidade linear menor que cerca de 1.100 decitex.
2. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o artigo possui um valor V50 de pelo menos cerca de 610 m/sante um fragmento de 16 grain e um valor V50 de pelo menos cerca de 480m/s ante uma bala de arma de fogo de 9 milímetros de acordo com oprocedimento teste MIL-STD-662E.
3. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de camadas fibrosas inclui 45 camadas oumenos.
4. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas compreendeuma fibra polimérica que possui uma tenacidade de pelo menos cerca de 40gramas por decitex.
5. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os fios de filamentos contínuos são selecionados a partir dogrupo que compreende as fibras de poliamida, fibras de poliolefina, fibras depolibenzoxazol, fibras de polibenzotiazol, fibras de poliareneazol, fibras depolipiridazóis, fibras de polipiridobisimidazóis e suas misturas.
6. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de camadas fibrosas consiste essencialmenteem fibras de polibenzoxazol ou fibras de polibenzotiazol.
7. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de camadas fibrosas inclui múltiplas camadasproduzidas a partir de fibras de polibenzoxazol ou fibras de polibenzotiazol ecamadas múltiplas feitas de fibras de aramida.
8. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de camadas fibrosas inclui camadas múltiplasproduzidas a partir de fibras de polibenzoxazol ou fibras de polibenzotiazol ecamadas múltiplas produzidas a partir de fibras de poliareneazol, fibras depolipiridazol ou fibras de polipiridobismidazol.
9. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pluralidade de camadas fibrosas consiste essencialmente defibras de poliareneazol, fibras de polipiridazol ou fibras de polipiridobismidazol.
10. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pelo menos alguma da pluralidade de camadas fibrosas não étecida.
11. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que nenhuma da pluralidade de camadas fibrosas é tecida.
12. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas é tecidae possui um fator de tensão entre cerca de 0,2 e cerca de 0,95.
13. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas estáimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resinatermoplástica, uma resina termoestável ou suas misturas.
14. ARTIGO FLEXÍVEL E RESISTENTE À PENETRAÇÃO,caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de camadasfibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, e possuindo uma densidaderegional menor que cerca de 4,4 kg/m2, caracterizado pelo fato de que apluralidade de camadas fibrosas possui conjuntamente um valor V50 de pelomenos cerca de 610 m/s ante um fragmento de 16 grain e um valor V50 depelo menos cerca de 480 m/s ante uma bala de arma de fogo de 9 milímetrosde acordo com o procedimento teste MIL-STD-662E.
15. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que:- os fios de filamentos contínuos possuem uma densidade linearde cerca de 100 decitex a cerca de 1.100 decitex;- pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas inclui uma fibraque possui uma tenacidade de pelo menos cerca de 30 gramas por decitex; e- os fios de filamentos contínuos são selecionados a partir dogrupo que compreende as fibras de poliamida, fibras de poliolefina, fibras depolibenzoxazol, fibras de polibenzotiazol, fibras de poliareneazol, fibras depolipiridazóis, fibras de polipiridobisimidazóis e suas misturas.
16. ARTIGO FLEXÍVEL E RESISTENTE À PENETRAÇÃO,que compreende uma pluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios defilamentos contínuos, e possuindo uma densidade regional menor que cerca de-4,4 kg/m2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de camadas fibrosascompreende pelo menos uma camada fibrosa de aramida e pelo menos umacamada fibrosa de não aramida que possui uma tenacidade de pelo menoscerca de 30 gramas por decitex e um fio de filamento contínuo que possui umadensidade linear menor que cerca de 1.100 decitex.
17. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que o artigo possui um valor V50 de pelo menos cerca de 610 m/s anteum fragmento de 16 grain e um valor V50 de pelo menos cerca de 480 m/s anteuma bala de arma de fogo de 9 milímetros de acordo com o procedimento testeMIL-STD-662E.
18. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosas compreendeuma fibra polimérica que possui uma tenacidade de pelo menos cerca de 40gramas por decitex.
19. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadas fibrosascompreende uma fibra polimérica que possui uma tenacidade de pelo menoscerca de 35 gramas por decitex e que possui uma densidade de fibra de pelomenos 1,6 g/cm3.
20. MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM ARTIGOFLEXÍVEL E RESISTENTE À PENETRAÇÃO, que compreende fornecer umapluralidade de camadas fibrosas incluindo os fios de filamentos contínuos, epossuindo uma densidade regional menor que cerca de 4,4 kg/m ,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da pluralidade de camadasfibrosas compreende uma fibra que possui uma tenacidade de pelo menoscerca de 30 gramas por decitex e um fio de filamento contínuo que possui umadensidade linear menor que cerca de 1.100 decitex.
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