BRPI0717708A2 - '' tecido multiaxil, vestimenta, artigo e método de fabricação de um tecido multiaxial '' - Google Patents
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Description
"TECIDO MULTIAXIAL, VESTIMENTA, ARTIGO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM TECIDO MULTIAXIAL" Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um tecido multiaxial útil em aplicações balísticas.
Antecedentes da Invenção
Armadura balística pessoal, tal como vestimentas, capacetes e outros artigos, é geralmente formada com materiais que servem para evitar a penetração de balas ou outros projéteis e qualquer outro objeto que seja aplicado com força à armadura, tal como uma faca. Estes artigos são utilizados para aplicações pelas forças armadas, civis e policiais. Existe crescente demanda de aumento da capacidade de vestir e eficácia geral de sistemas de armadura utilizados por soldados e policiais em ambientes de combate. A espessura e o peso geral de sistemas de armadura podem afetar a capacidade de vestir, mas a redução desses parâmetros em sistemas atualmente conhecidos pode comprometer a eficácia da armadura contra penetração.
Certas construções são conhecidas na técnica. Vide, por exemplo, os Pedidos de Patente Norte-Americanos n° 2002/0164911, 2003/0228815, 2004/0045428, 2004/0132368 e 2005/0081571 e as Patentes Norte-Americanas n° 4.183.993, 5.160.776, 5.677.029 e 5.935.678.
Apesar dos avanços ensinados pelos pedidos e patentes mencionados acima, existe a necessidade de materiais balísticos de feltro cruzado que possam ser produzidos com alta produtividade e fabricação simplificada.
Descrição Resumida da Invenção
É fornecido um tecido multiaxial que compreende uma primeira camada que compreende uma série de fios de polietileno livres de resina que são substancialmente paralelos em uma primeira direção; uma segunda camada que compreende uma série de fios de polietileno livres de resina que são substancialmente paralelos em uma segunda direção e inclinados ou compensados com relação aos fios de polietileno da primeira camada; uma camada, posicionada entre as mencionadas primeira e segunda camadas e em contato com elas, que compreende um filme termoplástico ou termorretrátil; e um fio transversal entrelaçado transversalmente. As primeira e segunda camadas de fios são substancialmente livres de resina.
Também é fornecido um método de produção desses tecidos.
Breve Descrição das Figuras Realizações são ilustradas na figura anexa para aumentar a
compreensão dos conceitos apresentados no presente.
A Fig. 1 inclui uma ilustração do uso de diversas camadas unidirecionais e fibras transversais na construção de um tecido multiaxial.
Os técnicos no assunto apreciam que os objetos da figura são ilustrados para simplicidade e clareza e não foram necessariamente desenhados em escala. As dimensões de alguns dos objetos na figura podem ser exageradas com relação a outros objetos para ajudar a aumentar a compreensão das realizações.
Descrição Detalhada da Invenção É fornecido um tecido multiaxial que compreende:
uma primeira camada que compreende fios de polietileno substancialmente paralelos e substancialmente livres de resina orientados em
uma primeira direção;
uma segunda camada que compreende polietileno substancialmente paralelo e substancialmente livre de resina orientado em uma segunda direção, em que as primeira e segunda direções são inclinadas entre si;
uma camada interposta entre a primeira e a segunda camada e em contato com cada uma delas, que compreende um filme termoplástico ou termorretrátil; e
um fio entrelaçado transversalmente entre cada uma das camadas do tecido multiaxial.
Em algumas realizações, o tecido pode ser opcionalmente
revestido com um polímero que possui Tg de -40 a 0 0C e viscosidade de fusão de corte zero de 2 χ 106 a 1013 poise a 20 0C. Alguns filmes compreendem polietileno.
Em alguns tecidos, os fios da segunda camada são inclinados em um ângulo de noventa graus com relação aos fios da primeira camada.
Em certas realizações, o polietileno possui um peso molecular numérico médio de pelo menos um milhão.
Os tecidos podem compreender opcionalmente uma camada adicional, posicionada como uma camada de fundo, em que a mencionada camada compreende um feltro de aramida. Em algumas realizações, o feltro de aramida compreende fibra básica de aramida. Em algumas realizações, o feltro de aramida compreende fibra básica de póli(p-fenileno tereftalamida).
Alguns tecidos podem compreender opcionalmente uma camada adicional, posicionada como uma camada de fundo, em que a mencionada camada compreende polipiridobisimidazol. Um polipiridobisimidazol útil é póli[2,6-di-imidazo[4,5-b:4,5-e]-piridinileno-1,4 (2,5-di-hidróxi)fenileno.
Em outras realizações, a camada de fundo opcional compreende feltro de poliolefina. Em algumas realizações, o feltro de poliolefina compreende fibra básica de poliolefina. Em algumas realizações, o feltro de poliolefina compreende fibra básica de polietileno.
Em certas realizações, o fio transversal compreende fibra de
polietileno.
Os tecidos podem conter camadas adicionais. Em uma realização, o tecido compreende adicionalmente uma ou mais camadas, em que as camadas são construídas para fornecer camadas alternadas que compreendem (i) fios de polietileno livres de resina substancialmente paralelos em que os mencionados fios de polietileno adicionais são inclinados aos fios em cada camada adjacente e (ii) filme termoplástico ou termorretrátil.
Em algumas realizações, a quantidade de camadas de fios de polietileno é suficiente para a passagem de padrão balístico NIJ 0101.04 para Nível Il e MIA. Em algumas realizações, o tecido compreende pelo menos dez camadas de fios de polietileno. Outros aspectos da presente invenção referem-se a vestimentas
ou artigos que compreendem tecidos descritos no presente.
Também são fornecidos métodos de área para a fabricação de um tecido multiaxial que compreende:
fornecimento de um filme termoplástico ou termorretrátil, em que o mencionado filme possui uma primeira e uma segunda superfície;
contato de uma primeira camada que compreende uma série de primeiros fios de polietileno substancialmente livres de resina que são substancialmente paralelos em uma primeira direção com a primeira superfície do filme;
- contato do filme com uma segunda camada que
compreende uma série de segundos fios de polietileno substancialmente livres de resina que são substancialmente paralelos em uma segunda direção e inclinados ou compensados com relação aos primeiros fios de polietileno, em que a segunda camada entra em contato com o filme sobre a segunda superfície do filme; e
entrelaçamento transversal de um fio transversal no interior
do tecido multiaxial.
O tecido pode ser consolidado por meio de sua exposição a temperatura e pressão elevadas para formar um laminado.
A presente invenção pode ser compreendida mais facilmente por meio de referência à descrição detalhada a seguir de realizações ilustrativas e preferidas que fazem parte do presente relatório descritivo. Deve-se compreender que o escopo das reivindicações não se limita aos dispositivos, métodos, condições ou parâmetros específicos descritos e/ou exibidos no presente e que a terminologia utilizada no presente destina-se ao propósito de descrever realizações específicas unicamente por meio de exemplo e não se destina a limitar a presente invenção. Além disso, conforme utilizado no relatório descritivo, incluindo as reivindicações anexas, as formas no singular "um", "uma" e "o/a" incluem o plural e referência a valor numérico específico inclui pelo menos aquele valor específico, a menos que o contexto exija claramente em contrário. Ao expressar-se uma faixa de valores, outra realização inclui de um valor específico e/ou até o outro valor específico. De forma similar, quando valores forem expressos na forma de aproximações, utilizando o antecedente "cerca de", compreender-se-á que o valor específico forma uma outra realização. Todas as faixas são inclusivas e combináveis.
Numerosos filmes termoplásticos e termorretráteis são conhecidos dos técnicos no assunto. Os materiais termoplásticos úteis incluem poliolefinas tais como polietileno, polipropileno, poliamida, poliéster ou suas misturas. Os materiais termorretráteis incluem resinas epóxi, resinas de poliéster, resinas fenólicas, resinas de vinil éster e similares. Em algumas realizações, o filme termoplástico ou termorretrátil compreende polietileno.
Para os propósitos do presente, o termo "fibra" é definido como um corpo macroscopicamente homogêneo relativamente flexível que possui uma alta razão entre comprimento e largura ao longo da sua área de seção cruzada perpendicular ao seu comprimento. A seção cruzada da fibra pode possuir qualquer formato, mas é tipicamente redonda. As fibras podem estar presentes em forma não revestida, revestida ou previamente tratada de outra forma (tal como previamente estirada ou tratada a quente). No presente, o termo "filamento" é utilizado de forma intercambiável com o termo "fibra".
Da forma utilizada no presente, a expressão "fibras básicas" designa fibras que são cortadas em um comprimento desejado ou fibras que possuem naturalmente ou que ocorrem naturalmente com uma baixa razão entre comprimento e largura ao longo da sua área de seção cruzada perpendicular ao seu comprimento em comparação com filamentos. O comprimento pode variar de cerca de 2,54 mm a vários metros. Em algumas realizações, o comprimento é de 2,54 mm a cerca de 20 cm. Fibras básicas feitas pelo homem podem ser cortadas até um comprimento apropriado para processamento em equipamento de fiação de fios de algodão, lã ou lã penteada.
As fibras básicas podem possuir (a) comprimento substancialmente uniforme, (b) comprimento variável ou aleatório ou (c) subconjuntos das fibras básicas possuem comprimento substancialmente uniforme e as fibras básicas nos outros subconjuntos possuem comprimentos diferentes, em que as fibras básicas nos subconjuntos misturados formam uma distribuição substancialmente uniforme. Em algumas realizações, fibras básicas apropriadas possuem um
comprimento de um a trinta centímetros. Fibras básicas elaboradas por meio de processos de fibras básicas curtas resultam em um comprimento de fibra de um a seis centímetros.
As fibras básicas podem ser elaboradas por meio de qualquer processo. As fibras básicas podem ser formadas por meio do rompimento por estiramento de fibras contínuas, resultando em fibras básicas com seções deformadas que agem como ondulações. As fibras básicas podem ser cortadas de fibras retas contínuas utilizando um cortador giratório ou um cortador de guilhotina, resultando em fibra básica reta (ou seja, não ondulada), ou adicionalmente cortada de fibras contínuas onduladas que possuem uma ondulação em forma de dente de serra ao longo do comprimento da fibra básica, com uma freqüência de ondulação (ou dobra de repetição) de não mais de oito ondulações por centímetro.
Fibras básicas rompidas estiradas podem ser elaboradas por meio de rompimento de uma estopa ou um feixe de filamentos contínuos durante uma operação de rompimento por estiramento que possuem uma ou mais zonas de rompimento que se encontram em uma distância prescrita, criando uma massa de fibras variável aleatória que possui um comprimento médio de corte controlado por ajuste da zona de rompimento.
As fibras básicas de acordo com a presente invenção podem ser convertidas em fios, utilizando processos de fiação de anéis básicos longos e curtos tradicionais que são bem conhecidos na técnica. Para fibra básica curta, são tipicamente utilizados comprimentos de fibra de fiação de sistema de algodão de 1,9 a 5,7 cm. Para fiação de sistema de lã, lã penteada ou fibra básica longa, são tipicamente utilizadas fibras de até 16,5 cm. Não se pretende, entretanto, limitar a fiação de anel, pois os fios podem também ser fiados utilizando fiação a jato de ar, fiação de extremidades abertas e muitos outros tipos de fiação que converte fibra básica em fios utilizáveis.
As fibras básicas rompidas por estiramento possuem tipicamente comprimento de até 17,8 cm e podem ser 15 elaboradas utilizando processos tradicionais de estopa rompida por estiramento para fibra básica superior. Fibras básicas que possuem comprimentos máximos de até cerca de 51 cm são possíveis por meio de processos conforme descrito, por exemplo, no Pedido de Patente PCT n° WO 00/77283. Os fios são compostos por fibras consolidadas em fio fiado utilizando entrelaçamento de filamentos com jatos de ar que possuem uma tenacidade na faixa de 3 a 7 gramas por decitex. Estes fios podem possuir ondulação secundária, ou seja, eles podem ser entrelaçados após a formação para fornecer mais tenacidade ao fio, caso em que a tenacidade pode estar na faixa de 10 a 18 gramas por denier (ou seja, 9 a 17 gramas por dtex). Fibras básicas rompidas por estiramento normalmente não necessitam de ondulação, pois o processo proporciona um grau de ondulação à fibra.
A expressão filamento contínuo designa uma fibra flexível que possui diâmetro relativamente pequeno e cujo comprimento é mais longo que o indicado para fibras básicas. Fibras de filamentos contínuos podem ser convertidas em fios multifilamentares por meio de processos bem conhecidos dos técnicos no assunto.
Da forma definida no presente, "fio" designa um comprimento contínuo de duas ou mais fibras, em que a fibra é conforme definido no presente.
"Tecido" indica qualquer estrutura tecida, costurada ou não tecida.
Em algumas realizações, os tecidos são não tecidos. Por "não tecido", indica- se uma rede de fibras, que inclui fibras unidirecionais, feltro e similares.
Da forma utilizada no presente, o termo "compensado" indica simplesmente não diretamente no topo. O termo "inclinado", ao referir-se a duas séries de fios, indica que as séries repousam em ângulos diferentes entre si. Qualquer ângulo que forneça desempenho aceitável pode ser utilizado. Os técnicos no assunto são capazes de determinar ângulos ideais para uma construção específica. Com duas camadas, por exemplo, as séries podem estar em 0 e 90 graus. Outros exemplos são 0 graus/45 graus/90 graus e 0 graus/45 graus/90 graus/45 graus.
As poliolefinas preferidas incluem polietileno e polipropileno. Polietileno indica um material de polietileno predominantemente linear com um peso molecular ponderai médio de pelo menos 150.000. Em algumas realizações, o peso molecular ponderai médio é maior ou igual a um milhão, dois milhões ou cinco milhões. Estas fibras com alto peso molecular podem ser produzidas em solução (vide Patentes Norte-Americanas n° 4.137.394 e 4.356.138) ou podem ser fiadas a partir de uma solução para formar um gel (vide Patente Norte-Americana n° 4.413.110) ou podem ser produzidas por meio de um processo de rolamento e deposição (vide Patente Norte-Americana n° 5.702.657).
As cadeias de polietileno podem conter opcionalmente quantidades menores de ramificação de cadeias ou comonômeros que não excedem cinco unidades de modificação por cem átomos de carbono de cadeia principal. O polímero pode também conter, misturado com ele, não mais de cerca de 50% em peso de um ou mais aditivos poliméricos tais como polímeros de alqueno-1, particularmente polietileno de baixa densidade, propileno e similares, ou aditivos com baixo peso molecular tais como antioxidantes, lubrificantes, agentes de filtro ultravioleta, corantes e similares que são comumente incorporados. Isso é comumente conhecido como polietileno de
cadeia estendida (ECPE).
Os técnicos no assunto podem fornecer fibras de poliolefina que possuem diversas propriedades por meio de variação do método de formação, razão de deposição, temperaturas e similares.
Em realizações preferidas, a tenacidade das fibras deverá ser de pelo menos 15 g/denier, 20 g/denier, 25 g/denier ou 30 g/denier. De forma similar, o módulo de tensão inicial das fibras, conforme medido por uma máquina de teste de tensão Instron®, é de pelo menos 300 g/denier, 500 g/denier, 1000 g/denier ou 1200 g/denier.
Polietileno com pesos moleculares ponderais médios de cerca de 150.000 a dois milhões possui tipicamente um ponto de fusão a granel de cerca de 138 0C. Os filamentos de polietileno com alta orientação fabricados com esses materiais, entretanto, possuem pontos de fusão que são cerca de 7 a cerca de 13 0C mais altos. Acredita-se que este aumento do ponto de fusão reflita a perfeição cristalina e orientação cristalina superior dos filamentos em comparação com o polímero a granel. De forma similar, polipropileno é um material de polipropileno
predominantemente linear com peso molecular e outras propriedades similares
às discutidas para polietileno.
Fibras de poliolefina linear com alto peso molecular são disponíveis comercialmente. A preparação de fibras de poliolefina, incluindo polietileno e polipropileno, é discutida na Patente Norte-Americana n° 4.457.985.
Exemplos de fibras apropriadas para uso nas camadas de forro incluem as elaboradas com um polímero tal como uma poliolefina (por exemplo, polietileno ou polipropileno), póli-imida, poliéster, álcool (póli)vinílico, polibenzazóis, tais como polibenzimidazol (PBI), poliaramida, tal como póli(parafenileno tereftalamida) vendida pela Ε. I. Du Pont de Nemours and Company (DuPont), Wilmington DE com o nome comercial KEVLAR®, e polipiridazóis, tais como o polipiridobisimidazol disponível por meio da Magellan Systems International, Richmond VA com o nome comercial M5®. A tenacidade de uma fibra deverá ser de pelo menos cerca de 900 MPa de acordo com ASTM D-885 a fim de fornecer resistência superior à penetração balística. Preferencialmente, uma fibra também possui um módulo de pelo menos cerca de 10 GPa.
Quando o polímero for poliamida, prefere-se aramida. Por "aramida", entende-se uma poliamida em que pelo menos 85% das ligações de amida (-CO-NH-) são ligadas diretamente a dois anéis aromáticos. Fibras de aramida apropriadas são descritas em Man-Made Fibers - Science and Technology, volume 2, capítulo intitulado Fiber-Forming Aromatic Polyamides, pág. 297, W. Black et al, Interscience Publishers, 1968. Fibras de aramida também são descritas nas Patentes Norte-Americanas n° 4.172.938, 3.869.429, 3.819.587, 3.673.143, 3.354.127 e 3.094.511. Podem ser utilizados aditivos com a aramida e descobriu-se que até 10% em peso de outro material polimérico podem ser misturados com a aramida ou que podem ser utilizados copolímeros que possuem até 10% de outra diamina substituída pela diamina da aramida ou até 10% de outro cloreto diácido substituído pelo cloreto diácido ou pela aramida.
A aramida preferida é uma para-aramida e póli(p-fenileno tereftalamida) (PPD-T) é a para-aramida preferida. Por PPD-T, indica-se o homopolímero resultante de polimerização de cerca de mol por mol de p- fenileno diamina e cloreto de tereftaloíla, bem como copolímeros resultantes da incorporação de pequenas quantidades de outras diaminas com a p-fenileno diamina e de pequenas quantidades de outros cloretos diácidos com o cloreto de tereftaloíla. Como regra geral, outras diaminas e outros cloretos diácidos podem ser utilizados em quantidades de até cerca de 10% molar da p-fenileno diamina ou do cloreto de tereftaloíla, ou talvez um pouco mais altas, desde que apenas as outras diaminas e cloretos diácidos não contenham grupos reativos que interfiram com a reação de polimerização. PPD-T também indica copolímeros resultantes da incorporação de outras diaminas aromáticas e outros cloretos diácidos aromáticos tais como cloreto de 2,6-naftaloíla ou cloreto de cloro ou diclorotereftaloíla ou 3,4'-diaminodifeniléter.
Quando o polímero for poliolefina, prefere-se polietileno ou polipropileno. Por polietileno, indica-se um material de polietileno predominantemente linear com peso molecular de preferencialmente mais de um milhão que pode conter quantidades pequenas de ramificação de cadeia ou comonômeros que não excedam cinco unidades de modificação por cem átomos de carbono de cadeia principal e que podem também conter, misturados com eles, não mais de cerca de 50% em peso de um ou mais aditivos poliméricos tais como polímeros de alqueno-1, particularmente polietileno de baixa densidade, propileno e similares, ou aditivos com baixo peso molecular tais como antioxidantes, lubrificantes, agentes filtrantes ultravioleta, corantes e similares que são comumente incorporados. Um desses polímeros é comumente conhecido como polietileno de cadeia estendida (ECPE). De forma similar, polipropileno é preferencialmente um material de polipropileno predominantemente linear com peso molecular de mais de um milhão. Fibras de poliolefina linear com alto peso molecular são disponíveis comercialmente. A preparação de fibras de poliolefina é discutida na Patente
Norte-Americana n° 4.457.985.
Polímeros de poliarenoazol, tais como polibenzazóis e polipiridazóis, podem ser elaborados por meio de reação de uma mistura de ingredientes secos com uma solução de ácido polifosfórico (PPA). Os ingredientes secos podem compreender monômeros formadores de azol e pós metálicos. Bateladas pesadas precisamente desses ingredientes secos podem ser obtidas por meio do emprego de pelo menos algumas das realizações
preferidas da presente invenção.
Exemplos de monômeros formadores de azol incluem 2,5- dimercapto-p-fenileno diamina, ácido tereftálico, ácido (bis)-4-benzoico, ácido (oxibis)-4-benzoico, ácido 2,5-di-hidroxitereftálico, ácido isoftálico, ácido 2,5- piridodicarboxílico, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,6- quinolinodicarboxílico, 2,6-bis (4-carboxifenil) piridobisimidazol, 2,3,5,6-tetra- aminopiridina, 4,6-diaminorresorcinol, 2,5-diamino-hidroquinona, 1,4-diamino- 2,5-ditiobenzeno ou qualquer de suas combinações. Preferencialmente, os monômeros formadores de azol incluem 2,3,5,6-tetra-aminopiridina e ácido 2,5- di-hidroxitereftálico. Em certas realizações, prefere-se que os monômeros formadores de azol são fosforilados. Preferencialmente, monômeros formadores de azol fosforilados são polimerizados na presença de ácido polifosfórico e um catalisador metálico.
Pós metálicos podem ser empregados para ajudar a construir o peso molecular do polímero final. Os pós metálicos incluem tipicamente pó de ferro, pó de estanho, pó de vanádio, pó de cromo e qualquer de suas combinações.
Os monômeros formadores de azol e pós metálicos são misturados e, em seguida, a mistura é reagida com ácido polifosfórico para formar uma solução de polímero de poliarenoazol. Ácido polifosfórico adicional pode ser agregado à solução de polímero, se desejado. A solução de polímero é tipicamente extrudada ou fiada por meio de um molde ou fieira para preparar ou fiar o filamento.
Polibenzoxazol (PBO) e polibenzotiazol (PBZ) são dois polímeros de polibenzazol apropriados. Estes polímeros são descritos no Pedido PCT n° WO 93/20400. Polibenzoxazol e polibenzotiazol são preferencialmente compostos de unidades repetitivas com as estruturas a seguir: Embora os grupos aromáticos exibidos unidos aos átomos de nitrogênio possam ser heterocíclicos, eles são preferencialmente carbocíclicos; e, embora possam ser sistemas policíclicos fundidos ou não fundidos, eles são preferencialmente anéis com seis membros isolados. Embora o grupo exibido na cadeia principal dos bisazóis seja o grupo parafenileno preferido, aquele grupo pode ser substituído por qualquer grupo orgânico divalente que não interfira com a preparação do polímero ou nenhum grupo. Aquele grupo pode ser alifático, por exemplo, até doze átomos de carbono, tolileno, bifenileno, bisfenileno éter e similares.
O polibenzoxazol e polibenzotiazol utilizados para elaborar as
fibras de acordo com a presente invenção deverão possuir pelo menos 25 e, preferencialmente, pelo menos cem unidades repetitivas. A preparação dos polímeros e fiação dos polímeros é descrita no Pedido de Patente PCT n0 WO 93/20400.
As fibras fabricadas com polímeros de póli(piridazòl) são
apropriadas para uso na presente invenção. Estes polímeros incluem póli(pirimidazol), póli(piridotiazol), póli(piridoxazol), póli(piridobisimidazol), póli(piridobistiazol) e póli(piridobisoxazol).
Póli(piridobisimidazol) é um polímero de vara rígida que possui
alta resistência. A fibra de póli(piridobisimidazol) pode possuir uma viscosidade inerente de pelo menos 20 dl/g ou pelo menos 25 dl/g ou pelo menos 28 dl/g. Estas fibras incluem fibra de PIPD (também conhecida como fibra M5® e fibra fabricada com póli[2,6-di-imidazo[4,5-b;4,5-e]-piridinileno-1,4 (2,5-di- hidróxi)fenileno). Fibra de PIPD é baseada na estrutura:
H OH Fibra de póli(piridobisimidazol) pode ser diferenciada da fibra de PBI ou fibra de póli(benzimidazol) disponível comercialmente pelo fato de que a fibra de póli(benzimidazol) é um póli(bibenzimidazol). Fibra de póli(bibenzimidazol) não é uma polímero de vara rígida e possui baixa resistência de fibra e baixo módulo de tensão em comparação com póli(pirididobisimidazóis).
Relatou-se que fibras de PIPD possuem o potencial de possuir um módulo médio de cerca de 310 GPa (2100 gramas/denier) e tenacidade média de até cerca de 5,8 GPa (39,6 gramas/denier). Estas fibras foram descritas por Brew et al, Composites Science and Technology 1999, 59, 1109; Van der Jagt e Beukers1 Polymer 1999, 40, 1035; Sikkema, Polymer 1998, 39, 5981; Klop e Lammers, Polymer, 1998, 39, 5987; Hageman et al, Polymer 1999, 40, 1313.
Da forma utilizada no presente, quando se afirma que uma camada possui "fios de polietileno substancialmente livres de resina", indica-se que a camada possui menos de 10% em peso de resina. Em algumas realizações, a camada possui menos de 5% em peso de resina. Em outras realizações, uma camada pode possuir menos de 1% em peso de resina, ou mesmo nenhuma resina.
Armadura protetora do corpo é uma aplicação importante para a presente invenção. A estrutura de fibra com alto desempenho pode ser fabricada na forma de uma armadura corporal por meio de um processo de fabricação de vestimentas padrão tal como costura. Armadura do corpo é construída por fabricantes para atender à resistência à penetração, trauma traumas abruptos e outras necessidades conforme estabelecido pelo Instituto Nacional de Justiça por meio de NIJ 100-98. Segundo NIJ 100-98, a forma como os painéis balísticos são montados em uma unidade isolada difere de um fabricante para outro. Em alguns casos, as diversas camadas são costuradas de forma orientada em volta de toda a extremidade do painel; em outros, as camadas são costuradas aglutinadas entre si em vários locais. Alguns fabricantes reúnem os tecidos com um número de fileiras de costura vertical ou horizontal; algumas podem até acolchoar todo o painel balístico. Não existe evidência que a costura dificulte as propriedades resistentes a balas de um painel. Ao contrário, a costura tende a aumentar o desempenho geral, especialmente em casos de traumas abruptos, dependendo do tipo de tecido utilizado.
A presente invenção é ilustrada pelos exemplos a seguir que não se destinam a limitar o escopo da presente invenção. Exemplos
A presente invenção será agora ilustrada pelos exemplos específicos a seguir.
Exemplo Comparativo
No Exemplo Comparativo 1, utilizou-se UD pregueado com polietileno disponível por meio da Honeywell com a marca Spectrashield® Plus. Spectrashield Plus foi produzido por meio das várias etapas principais a seguir (1) elaboração de uma camada unidirecional na qual as fibras em cada camada correm virtualmente paralelas e foram substancialmente revestidas com uma matriz de resina, (2) prega cruzada de duas camadas unidirecionais por meio de corte e deposição de uma camada unidirecional normal em direção à peça para a segunda camada unidirecional com um filme de polietileno coberto sobre os dois lados da camada unidirecional; e (3) pressão do UD pregueado sob alta temperatura e pressão (Patente Norte-Americana n° 5.173.138). A densidade de área de Spectrashield Plus é de cerca de 114 g/m2. Trinta e seis camadas de Spectrashield Plus com um tamanho de
cerca de 38 χ 38 cm e densidade de área total de cerca de 4,1 kg/m2 foram aglomeradas somente sobre quatro cantos. O conjunto foi testado em seguida contra uma bala magnum 0,357 para determinar o V50 balístico de acordo com o padrão NIJ 0101.04. O V50 balístico foi de cerca de 485 m/s.
Exemplo
No Exemplo 1 de acordo com a presente invenção, foram elaboradas camadas de tecido biaxial a partir de fibra de polietileno com alta resistência de 1440 dtex, disponível por meio da Honeywell com a marca comercial Spectra® 1000. Cada camada do tecido biaxial é construída com um primeiro conjunto de fios paralelos livres de resina dispostos a 11,6 extremidades/cm, uma camada fina (cerca de 9 μ) de filme de polietileno com baixa densidade com uma densidade de área de cerca de 7,8 g/m2 disponível por meio da Raven Industries Inc., seguido por um segundo conjunto de fios paralelos livres de resina dispostos a 11,6 extremidades/cm em posição normal para os primeiros conjuntos de fios e um terceiro conjunto de fios formadores de laços de fios de poliéster com 110 dtex conduzidos transversalmente através do primeiro conjunto de fios, filme e do segundo conjunto de fios para estabilizar o tecido biaxial. A densidade de área da camada biaxial de acordo com a presente invenção é de cerca de 342 g/m2, que é cerca de três vezes mais pesada que a de Spectrashield Plus. O tecido biaxial de acordo com a presente invenção com o filme em sanduíche entre os primeiro e segundo conjuntos de fios é elaborado em uma etapa com alta produtividade e qualquer largura desejada. O tecido biaxial de acordo com a presente invenção é cortado em camadas com tamanho de cerca de 38 χ 38 cm e adicionalmente consolidado em uma prensa quente a cerca de 110 0C e 0,5 MPa por cerca de dez minutos com cada camada separada por um filme de liberação. Doze camadas do tecido biaxial consolidado de acordo com a presente invenção com uma densidade de área total de cerca de 4,1 kg/m2 são aglomerados em volta de apenas quatro cantos e testados em seguida contra uma bala magnum 0,357 de acordo com o padrão balístico NIJ 0101.04 para V50 balístico. Espera-se que o resultado seja pelo menos igual ao do Exemplo Comparativo 1 em uma quantidade de camadas significativamente menor, ou seja, cerca de um terço do Exemplo Comparativo 1, e custo mais baixo de montagem dos conjuntos balísticos elaborados com a presente invenção.
Claims (20)
1. TECIDO MULTIAXIAL, que compreende: uma primeira camada que compreende fios de polietileno substancialmente paralelos e substancialmente livres de resina orientados em uma primeira direção; uma segunda camada que compreende fios de polietileno substancialmente paralelos e substancialmente livres de resina orientados em uma segunda direção, em que as primeira e segunda direção são inclinadas entre si; - uma camada interposta entre a primeira e a segunda camada e em contato com cada uma delas, que compreende um filme termoplástico ou termorretrátil; e um fio entrelaçado transversalmente entre cada uma das camadas do tecido multiaxial.
2. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, em que os fios da segunda camada são inclinados em um ângulo de noventa graus com relação aos fios da primeira camada.
3. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, em que o polietileno possui um peso molecular numérico médio de pelo menos um milhão.
4. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, em que o filme termoplástico ou termorretrátil compreende polietileno.
5. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, em que: o tecido pode ser opcionalmente revestido com um polímero de alta viscosidade que possui Tg na faixa de -40 a 0 0C e uma viscosidade de fusão de corte zero de 2 χ 106 a 1013 poise a 20 0C; os fios da segunda camada são inclinados em um ângulo de noventa graus com relação aos fios da primeira camada; e o polietileno possui um peso molecular numérico médio de pelo menos um milhão.
6. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende uma camada adicional, posicionada como uma camada de fundo, em que a mencionada camada compreende um feltro de aramida.
7. TECIDO, de acordo com a reivindicação 6, em que o feltro de aramida compreende fibra básica de aramida.
8. TECIDO, de acordo com a reivindicação 6, em que o feltro de aramida compreende fibra básica de póli(p-fenileno tereftalamida).
9. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende uma camada adicional, posicionada como uma camada de fundo, em que a mencionada camada compreende polipiridobisimidazol.
10. TECIDO, de acordo com a reivindicação 9, em que polipiridobisimidazol é póli[2,6-di-imidazo[4,5-b;4,5-e]-piridinileno-1,4 (2,5-di- hidróxi)fenileno).
11. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende uma camada adicional, posicionada como uma camada de fundo, em que a mencionada camada compreende um feltro de poliolefina.
12. TECIDO, de acordo com a reivindicação 11, em que o feltro de poliolefina compreende fibra básica de poliolefina.
13. TECIDO, de acordo com a reivindicação 11, em que o feltro de poliolefina compreende fibra básica de polietileno.
14. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, em que o fio transversal compreende fibra de polietileno.
15. TECIDO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente uma ou mais camadas, em que as mencionadas camadas são construídas para fornecer camadas alternadas que compreendem (i) fios de polietileno que são substancialmente livres de resina e substancialmente paralelos, em que os mencionados fios de polietileno adicionais são inclinados para os fios em cada camada adjacente e (ii) filme termoplástico ou termorretrátil.
16. TECIDO, de acordo com a reivindicação 15, que compreende pelo menos dez camadas de fios de polietileno.
17. VESTIMENTA, que compreende o tecido conforme definido na reivindicação 1.
18. ARTIGO, que compreende o tecido conforme definido na reivindicação 1.
19. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM TECIDO MULTIAXIAL, que compreende: fornecimento de um filme termoplástico ou termorretrátil, em que o mencionado filme possui uma primeira e uma segunda superfície; contato de uma primeira camada que compreende uma 15 série de fios de polietileno substancialmente livres de resina que são substancialmente paralelos em uma primeira direção com a primeira superfície do filme; contato de uma segunda camada que compreende uma série de fios de polietileno substancialmente livres de resina que são substancialmente paralelos em uma segunda direção e inclinados ou compensados com relação aos fios de polietileno da primeira camada com o filme, em que a segunda camada fica em contato com o filme sobre a segunda superfície do filme; e entrelaçamento transversal de um fio transversal no interior do tecido multiaxial.
20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, em que o tecido pode ser opcionalmente revestido com: um polímero de alta viscosidade que possui Tg na faixa de -40 a 0 0C e uma viscosidade de fusão de corte zero de 2 χ 10® a 1013 poise a20 0C; os fios da segunda camada são inclinados em um ângulo de noventa graus com relação aos fios da primeira camada; e o polietileno possui um peso molecular numérico médio de pelo menos um milhão.
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