ES2633926T3

ES2633926T3 - Material compuesto para armadura corporal blanda, ligera y de alta durabilidad utilizando tratamientos tópicos basados en cera

Info

Publication number: ES2633926T3
Application number: ES09713776.4T
Authority: ES
Inventors: Henry G. Ardiff; Brian D. Arvidson
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2029-02-11
Also published as: EP2250309A4; TWI474926B; CA2716885A1; WO2009108498A1; US7994075B1; JP5336521B2; IL207693A; JP2011523378A; IL207693A0; CN102016151A; CN102016151B; CA2716885C; KR20100118598A; MX2010009298A; TW200944375A; EP2250309A1; RU2482427C2; US20110191928A1; BRPI0908023B1; RU2010139594A

Abstract

Un material compuesto resistente a las balas que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo, donde dicho sustrato fibroso comprende una o más fibras que tienen una tenacidad de 7,93 cN/dtex (7 g/denier) o más y un módulo de tracción de 169,95 cN/dtex (150 g/denier) o más; comprendiendo dicho revestimiento multicapa una capa de un material aglutinante polimérico sobre una superficie de dicha una o más fibras, y una capa de cera sobre el material de revestimiento aglutinante polimérico, caracterizado por que dicha cera se fusiona con el material aglutinante polimérico-sustrato fibroso revestido.

Description

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DESCRIPCION

Material compuesto para armadura corporal blanda, ligera y de alta durabilidad utilizando tratamientos topicos basados en cera

ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION

Esta invencion se refiere a artfculos resistentes a las balas con tratamientos topicos basados en cera. DESCRIPCION DE LA TECNICA RELACIONADA

Son bien conocidos artfculos resistentes a las balas que contienen fibras de alta resistencia que tienen excelentes propiedades frente a proyectiles. Artfculos tales como chalecos antibalas, cascos, paneles para vetnculos y miembros estructurales de equipo militar estan hechos tfpicamente de tejidos que comprenden fibras de alta resistencia. Fibras de alta resistencia convencionalmente utilizadas incluyen fibras de polietileno, fibras de aramida tales como poli(fenilendiamina tereftalamida), fibras de grafito, fibras de nilon, fibras de vidrio y similares. Para muchas aplicaciones tales como chalecos o partes de chalecos, las fibras se pueden utilizar en una tela tejida o tricotada. Para otras aplicaciones, las fibras se pueden encapsular o embeber en un material de matriz polimerico para formar telas ngidas o flexibles, tejidas o no tejidas. Preferiblemente, cada una de las fibras individuales que forman las telas de la invencion estan sustancialmente revestidas o encapsuladas por el material aglutinante (matriz).

Se conocen diversas estructuras resistentes a las balas que son utiles para la formacion de artfculos de armadura duros o blandos tales como cascos, paneles y chalecos. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. 4.403.012, 4.457.985, 4.613.535, 4.623.574, 4.650.710, 4.737.402, 4.748.064, 5.552.208, 5.587.230, 6.642.159, 6.841.492, 6.846.758 describen materiales compuestos resistentes a las balas que incluyen fibras de alta resistencia hechas de materiales tales como polietileno de cadena extendida de peso molecular ultra-alto. Estos materiales compuestos exhiben variables grados de resistencia a la penetracion por parte de un impacto a alta velocidad procedente de proyectiles tales como balas, casquillos, metralla y similares.

Por ejemplo, las patentes de EE.UU. 4.623.574 y 4.748.064 describen estructuras de material compuesto sencillas que comprenden fibras de alta resistencia embebidas en una matriz elastomerica. La patente de EE.UU. 4.650.710 describe un artfculo de manufactura flexible que comprende una pluralidad de capas flexibles constituidas por fibras de poliolefina de cadena extendida (ECP - siglas en ingles) de alta resistencia. Las fibras de la red estan revestidas con un material elastomerico de bajo modulo. Las patentes de EE.UU. 5.552.208 y 5.587.230 describen un artfculo y un metodo para producir un artfculo que comprende al menos una red de fibras de alta resistencia y una composicion de matriz que incluye un ester vimlico y ftalato de dialilo. La patente de EE.UU. 6.642.159 describe un material compuesto ngido resistente al impacto que tiene una pluralidad de capas fibrosas que comprenden una red de filamentos dispuestos en una matriz, con capas elastomericas entremedias. El material compuesto esta unido a un placa dura para aumentar la proteccion frente a proyectiles que perforan la armadura.

Armaduras corporales duras o ngidas proporcionan una buena resistencia a las balas, pero pueden ser demasiado ngidas y voluminosas. Por consiguiente, prendas de vestir con armadura corporal, tales como chalecos antibalas, se forman preferiblemente a partir de materiales flexibles o de armadura blanda. Sin embargo, aun cuando este tipo de materiales flexibles o blandos exhiben excelentes propiedades de resistencia a las balas, tambien exhiben generalmente una deficiente resistencia a la abrasion, lo cual afecta a la durabilidad de la armadura. Es deseable en la tecnica proporcionar materiales resistentes a las balas blandos y flexibles que tengan una durabilidad y resistencia a la abrasion mejorada. La presente invencion proporciona una solucion para esta necesidad. De manera mas importante, se ha encontrado, inesperadamente, que la presencia de un revestimiento de cera mejoro significativamente la resistencia a la penetracion de las balas de los materiales compuestos resistentes a las balas descritos en esta memoria frente a proyectiles tales como balas encamisadas totalmente con metal de 9 mm y balas 44 Magnum.

SUMARIO DE LA INVENCION

La invencion proporciona un material compuesto resistente a las balas que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo, en donde dicho sustrato fibroso comprende una o mas fibras que tienen una tenacidad de 7.93 cN/dtex (7 g/denier) o mas y un modulo de traccion de 169.95 cN/dtex (150 g/denier) o mas; comprendiendo dicho revestimiento muticapa una capa de un material aglutinante polimerico sobre una superficie de dicha una o mas fibras, y una capa de cera sobre la capa de material aglutinante

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polimerico, donde la cera se fusiona con el material aglutinante polimerico-sustrato fibroso revestido.

La invencion proporciona ademas un metodo para formar un material compuesto resistente a las balas, que comprende:

i) proporcionar al menos un sustrato fibroso revestido que tiene una superficie; en donde dicho al menos un sustrato fibroso comprende una o mas fibras que tienen una tenacidad de 7.93 cN.dtex (7 g/denier) o mas y un modulo de traccion de aproximadamente 169.95 cN/dtex (150 g/denier) o mas; estando las superficies de cada una de dichas fibras sustancialmente revestidas con un material aglutinante polimerico;

ii) aplicar una cera sobre al menos una parte de dicho al menos un sustrato fibroso revestido; y

iii) fundir la cera al sustrato fibroso revestido por medio de un laminador de lecho plano.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

La invencion presenta materiales compuestos fibrosos resistentes a la abrasion que tienen una buena durabilidad y una resistencia a la penetracion de las balas mejorada. Particularmente, la invencion proporciona materiales compuestos fibrosos formados al aplicar un revestimiento multicapa de la invencion sobre al menos un sustrato fibroso. Un “sustrato fibroso”, tal como se utiliza en esta memoria, puede ser una fibra sencilla o un tejido, incluido fieltro, que ha sido formado a partir de una pluralidad de fibras. Preferiblemente, el sustrato fibroso es un tejido que comprende una pluralidad de fibras que estan unidas en forma de una estructura monolttica, que incluyen telas tejidas y no tejidas. Los revestimientos del material aglutinante polimerico o tanto el material aglutinante polimerico como la cera se pueden aplicar sobre una pluralidad de fibras que estan dispuestas en forma de una banda de fibras u otra disposicion, que puede o puede no ser considerada como un tejido en el momento del revestimiento. La invencion proporciona tambien tejidos formados a partir de una pluralidad de fibras revestidas, y artfculos formados a partir de dichos tejidos.

Los sustratos fibrosos de la invencion estan revestidos con un revestimiento multicapa que comprende al menos una capa de un material aglutinante polimerico y al menos una capa de una cera, donde dichas capas son diferentes. Al menos una capa del material aglutinante polimerico se aplica directamente sobre una superficie de una o mas de las fibras, y al menos un revestimiento topico de una cera se aplica sobre la parte superior de la capa de material aglutinante polimerico. Como se comenta con mayor detalle mas adelante, mientras que el revestimiento de cera esta "en la parte superior”_de la capa de aglutinante polimerico, los dos no necesitan necesariamente estar en contacto directo uno con el otro.

Las ceras se definen generalmente como materiales que son solidos a temperatura ambiente, pero que se funden o ablandan sin descomponerse a temperaturas por encima de 40°C. Son generalmente organicas e insolubles en agua a temperatura ambiente, pero pueden ser humectables en agua y pueden formar pastas y geles en algunos disolventes tales como disolventes organicos no polares. Las ceras pueden ser ramificados o lineales, pueden tener una alta o baja cristalinidad y tener una polaridad relativamente baja. Sus pesos moleculares pueden oscilar entre 400 y 25.000 y tienen puntos de fusion que oscilan entre 40°C y 150°C. Por lo general, no forman pelfculas independientes tales como polfmeros de orden superior y, generalmente, son hidrocarburos alifaticos que contienen mas atomos de carbono que los aceites y grasas. La viscosidad de las ceras puede variar de baja a alta, dependiendo tfpicamente del peso molecular de la cera y la cristalinidad. La viscosidad de las ceras por encima de su punto de fusion es tfpicamente baja, y se prefiere que el revestimiento de cera topico comprenda una cera de baja viscosidad. Tal como se utiliza en esta memoria, una "cera de baja viscosidad" describe una cera que tiene una viscosidad de fusion de menos de o igual a 0,500 Pascal segundos (Pa.s) (500 centipoises (cps)) a 140°C. Preferiblemente, una cera de baja viscosidad tiene una viscosidad de menos de 0,250 Pa.s (250 cps) a 140°C, lo mas preferiblemente menos de 0,100 Pa.s (100 cps) a 140°C. Sin embargo, algunas ceras de polietileno lineal (peso molecular de 2000 a 10.000) y ceras de polipropileno pueden tener una viscosidad de moderada a alta, es decir, tan alta como 10,0 Pa.s (10.000 centipoises) despues de la fusion. Los valores de viscosidad se miden utilizando tecnicas que son bien conocidas en la tecnica y se pueden medir, por ejemplo, utilizando reometros capilares, de cuerpo de rotacion o en movimiento. Una herramienta de medicion preferida es un viscosfmetro de rotacion Brookfield. Las ceras preferidas tienen un peso molecular medio ponderal de 400 a 10.000. Mas preferiblemente, las ceras son polfmeros sustancialmente lineales y tienen un peso molecular medio ponderal de menos de 1500 y preferiblemente un peso molecular medio numerico de menos de 800.

Ceras adecuadas incluyen tanto ceras naturales como sinteticas y no exclusivamente incluyen ceras origen animal tales como cera de abejas, cera china, cera de goma laca, esperma de ballena y cera de lana (lanolina); ceras vegetales tales como cera de arrayan brabantico, cera de candelilla, cera de carnauba, cera de ricino, cera de esparto, cera de Japon, cera de aceite de jojoba, cera ouricury, cera de salvado de arroz y cera de soja; ceras

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minerales tales como ceras ceresina, cera montana, cera ozocerita y ceras de turba; ceras de petroleo, tales como cera de parafina y ceras microcristalinas; y ceras sinteticas, incluyendo ceras de poliolefina, incluyendo ceras de polietileno y polipropileno, ceras de Fischer-Tropsch, ceras de estearamida (incluidas las ceras de etileno bis- estearamida), ceras de a-olefina polimerizadas, ceras de amida sustituidas (p. ej., ceras de amida esterificadas o saponificadas sustituidas) y otros ceras qmmicamente modificadas. Tambien son adecuadas ceras descritas en la patente de EE.UU. 4.544.694. De estas, las ceras preferidas incluyen ceras de parafina, ceras microcristalinas, ceras de Fischer-Tropsch, ceras de polietileno ramificado y lineal, ceras de polipropileno, ceras de carnauba, ceras de etileno bis-estearamida (EBS) y combinaciones. La Tabla 1 esboza las propiedades de estas ceras preferidas:

TABLA 1

Cera: Peso Molecular (PM) Cristalinidad Densidad Punto de Fusion (°C) Dureza de Penetracion (dmm) Viscosidad Tfpica por encima de p. de fusion

Parafina: ~ 400 Baja 0,9 50-70 10-20 Baja

Microcristalin a: ~ 650 Baja 0,96 60-90 5-30 Baja

Fischer- Tropsch: ~ 600 Muy Alta 0,94 95-100 1-2 Baja

Polietileno Ramificado: 1000-10.000 Moderada 0,91-0,94 90-140 1-100 Baja a Moderada

Polietileno Lineal: 1000-10.000 Moderada a Muy Alta 0,93-0,97 90-140 <0,5-5 Baja a Alta

Polipropileno: 2000-10.000 Muy Alta 0,9 140-150 <0,5 Moderada a Alta

Carnauba: Mezcla de materiales de bajo PM Alta 0,97 78-85 2-3 Baja

EBS: 593 Media a Alta 0,97 135-146 <5 Baja

Otra cera util en esta memoria comprende una composicion subproducto recuperada durante la polimerizacion de etileno con un catalizador de tipo Ziegler, tal como un catalizador de Ziegler-Natta, a traves de un procedimiento convencional conocido en la tecnica como el procedimiento de polimerizacion en suspension Ziegler. En general, el procedimiento de polimerizacion en suspension Ziegler se utiliza para formar homopolfmeros de polietileno de alta densidad (HDPE) o copolfmeros de etileno tales como copolfmeros de etileno-a-olefina. Durante la polimerizacion, fracciones tipo cera de bajo peso molecular se solubilizan en el diluyente que se utiliza durante la polimerizacion y pueden ser recuperadas del mismo. Una cera subproducto de este tipo es generalmente una cera de polietileno de alta densidad, tipicamente una cera de homopolfmero de polietileno que tiene una densidad de 0,92-0,96 g/cm3 La cera subproducto se distingue de otras ceras de polietileno hechas por smtesis directa a partir de etileno o hechas por la degradacion termica de resinas de polietileno de alto peso molecular, cada una de las cuales forman polfmeros de densidades tanto altas como bajas. Tales ceras subproductos tampoco se recuperan generalmente de otros procesos tales como procedimientos de polimerizacion en fase gaseosa o procesos de polimerizacion en disolucion.

Tambien son adecuadas para la capa de cera mezclas de cera que comprenden ceras mezcladas con otros materiales que no se consideran ceras. Mezclas de ceras preferidas incluyen mezclas de ceras con polfmeros que contienen fluor. Tales polfmeros que contienen fluor adecuados incluyen politetrafluoroetileno tal como TEFLON®, que esta disponible comercialmente de E.I. duPont de Nemours and Company de Wilmington, Delaware. Mezclas preferidas incluinan desde 5% a 50% por ciento del fluoropolfmero en peso de la mezcla, mas preferiblemente de 10% a 30% del fluoropolfmero en peso de la mezcla. Mezclas de fluoropolfmeros/ceras preferidas comprenden ceras organicas. Tambien se prefieren mezclas de ceras que comprenden ceras mezcladas con materiales tales como sflice, alumina y / o mica, que pueden ser utilizados como coadyuvantes de elaboracion. Los adyuvantes de procesamiento se pueden incorporar en la mezcla a niveles de hasta 50% en peso de la mezcla, siendo un intervalo preferido de 1% a 25% en peso y uno mas preferiblemente de 2% a 10% en peso.

Lo mas preferiblemente, el revestimiento de cera comprende una o mas ceras de homopolfmeros de polietileno tales como ceras Shamrock S-379 y S-394, comercialmente disponibles de Shamrock Technologies, Inc. de Newark, NJ y ceras A-C 6, A-C 7, A-C 8, A-C 9, A-C 617 y A-C 820, comercialmente disponibles de Honeywell International Inc. de Morristown, NJ; ceras de homopolfmeros de polietileno oxidadas tales como NEPTUNE™ 5223 N4 y NEPTUNE™ S-250 SD5, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc., y A-C 629 y A-C

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673, comercialmente disponibles de Honeywell International Inc.; ceras de etileno bis-estearamida tales como Shamrock S-400, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc., y Acrawax® C, comercialmente disponible de Lonza Group, Ltd. de Basilea, Suiza; ceras de carnauba, como Calidad n° 63 y Calidad n° 200, disponibles comercialmente de Strahl & Pitsch, Inc., de West Babylon, NY y Shamrock S-232, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc.; ceras de parafina tales como Hydropel QB, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc., asf como mezclas y aleaciones que contienen cualquiera de estos materiales, tales como FLUOROSLIP™ 731MG, que es una mezcla de PE/PTFE, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc. La cera actua como una barrera para abrasivos potenciales y tambien puede rellenar los huecos entre los filamentos de un tejido, aumentando asf la integridad del tejido. La cera tambien puede aumentar la dureza o tenacidad de la superficie del tejido de material compuesto, lo que aumentana su durabilidad. La cera puede tambien servir como un lubricante, revestir uniformemente el sustrato con una capa delgada de la cera y potenciar la resistencia a la abrasion.

Los sustratos fibrosos revestidos de la invencion estan particularmente destinados para la produccion de tejidos y artfculos con una resistencia superior a la penetracion de balas. Para los fines de la invencion, artfculos que tengan una resistencia superior a la penetracion de balas describen aquellos que exhiben excelentes propiedades frente a proyectiles deformables, tales como balas, y frente a la penetracion de fragmentos tal como metralla.

Para los fines de la presente invencion, una “fibra” es un cuerpo alargado, cuya dimension en longitud es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y grosor. Las secciones transversales de fibras para uso en esta invencion pueden variar ampliamente. Estas pueden ser circulares, planas u oblongas en seccion transversal. Por consiguiente, el termino fibra incluye filamentos, cintas, tiras y similares con una seccion transversal regular o irregular. Tambien pueden ser de una seccion transversal multi-lobular irregular o regular que tiene uno o mas lobulos regulares o irregulares que se proyectan desde el eje lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras sean de un unico lobulo y que tengan una seccion transversal sustancialmente circular.

Como se ha establecido antes, los revestimientos multicapas se pueden aplicar sobre una fibra polimerica sencilla o una pluralidad de fibras polimericas. Una pluralidad de fibras puede estar presente en forma de una banda de fibras, (p. ej., una formacion paralela o un fieltro) una tela tejida, una tela no tejida o un hilo, en que un hilo se define en esta memoria como una hebra que consiste en multiples fibras y en que un tejido comprende una pluralidad de fibras unidas. En realizaciones que incluyen una pluralidad de fibras, los revestimientos multicapas pueden aplicarse ya sea antes de que las fibras se dispongan en un tejido o hilo, o despues de que las fibras se dispongan en un tejido o hilo.

Las fibras de la invencion pueden comprender cualquier tipo de fibra polimerica. Mas preferiblemente, las fibras comprenden fibras de alta resistencia y de alto modulo de traccion que son utiles para la formacion de materiales y artfculos resistentes a las balas. Tal como se utiliza en esta memoria, una “fibra de alta resistencia y alto modulo de traccion” es una que tiene una tenacidad preferida de al menos 7.93 cN.dtex (7 g/denier) o mas, un modulo de traccion preferido de al menos 169.95 cN.dtex (150 g/denier) o mas y preferiblemente una energfa a la rotura de al menos aproximadamente 8 J/g o mas, cada una de las cuales medidas por la norma ASTM D2256. Tal como se utiliza en esta memoria, el termino “denier” se refiere a la unidad de densidad lineal, igual a la masa en gramos por cada 9000 metros de fibra o hilo. Tal como se utiliza en esta memoria, el termino “tenacidad” se refiere al esfuerzo a la traccion expresado como fuerza (centiNewton o gramos) por unidad de densidad lineal (decitex o denier) de una muestra no sometida a esfuerzo. El “modulo inicial” de una fibra es la propiedad de un material representativo de su resistencia a la deformacion. La expresion “modulo de traccion” se refiere a la relacion del cambio en la tenacidad, expresado en centiNewton por decitex o gramos-fuerza por denier (g/d) al cambio en el esfuerzo, expresado como una fraccion de la longitud de la fibra original (cm/cm o pulgada/pulgada).

Los polfmeros que forman las fibras son preferiblemente fibras de alta resistencia y alto modulo de traccion, adecuadas para la fabricacion de tejidos antibalas. Materiales de fibras de alta resistencia y alto modulo de traccion que son particularmente adecuados para la formacion de materiales y artfculos resistentes a las balas, incluyen fibras de poliolefina que incluyen polietileno de alta densidad y baja densidad. Particularmente preferidas son fibras de poliolefina de cadena extendida tales como fibras de polietileno altamente orientadas y de elevado peso molecular, particularmente fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto, y fibras de polipropileno, particularmente fibras de polipropileno de peso molecular ultra-alto. Tambien adecuadas son fibras de aramida, particularmente fibras de para-aramida, fibras de poliamida, fibras de poli(tereftalato de etileno), fibras de poli(naftalato de etileno), fibras de poli(alcohol vimlico) de cadena extendida, fibras de poliacrilonitrilo de cadena extendida, fibras de polibenzazol, tales como fibras de polibenzoxazol (PBO) y polibenzotiazol (PBT), fibras de copoliester de cristal lfquido y fibras de varillas ngidas tales como fibras M5®. Cada uno de estos tipos de fibras es convencionalmente conocido en la tecnica. Tambien adecuados para producir fibras polimericas son copolfmeros, polfmeros de bloques y mezclas de los materiales anteriores.

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Los tipos de fibras mas preferidos para tejidos resistentes a las balas incluyen polietileno, particularmente fibras de polietileno de cadena extendida, fibras de aramida, fibras de polibenzazol, fibras de copoliesteres de cristal Uquido, fibras de polipropileno, particularmente fibras de polipropileno de cadena extendida altamente orientadas, fibras de poli(alcohol vimlico), fibras de poliacrilonitrilo y fibras de varillas ngidas, particularmente fibras M5®.

En el caso del polietileno, fibras preferidas son polietilenos de cadena extendida con pesos moleculares de al menos 500.000, preferiblemente al menos un millon y mas preferiblemente entre dos millones y cinco millones. Fibras de polietileno de cadena extendida (ECPE - siglas en ingles) de este tipo pueden desarrollarse en procesos de hilatura en disolucion tal como se describe en las patentes de EE.UU. 4.137.394 o 4.356.138 o pueden hilarse a partir de una disolucion para formar una estructura de gel tal como se describe en las patentes de EE.UU. 4.551.296 y 5.006.390. Un tipo de fibra particularmente preferido para uso en la invencion son fibras de polietileno vendidas bajo la marca registrada SPECTRA® de Honeywell International Inc. Las fibras SPECTRA® son bien conocidas en la tecnica y se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4.623.547 y 4.748.064.

Tambien particularmente preferidas son fibras de aramida (poliamida aromatica) o para-aramida. Estas estan comercialmente disponibles y se describen, por ejemplo, en la patente de EE.UU. 3.671.542. Por ejemplo, filamentos de poli(p-fenileno tereftalamida) utiles se producen comercialmente por DuPont bajo la marca registrada de KEVLAR®. Tambien utiles en la practica de esta invencion son fibras de poli(m-fenileno isoftalamida) producidas comercialmente por DuPont bajo la marca registrada NOMEX®, y fibras producidas comercialmente por Teijin bajo la marca registrada TWARON®; fibras de aramida producidas comercialmente por Kolon Inustries, Inc. de Corea bajo la marca registrada HERACRON®; fibras de p-aramida SVM™ y RUSAR™ que se producen comercialmente por Kamensk Volokno JSC de Rusia y fibras de p-aramida ARMOS™ producidas comercialmente por JSC Chim Volokno de Rusia.

Fibras de polibenzazol adecuadas para la practica de esta invencion estan comercialmente disponibles y estan descritas, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 5.286.833, 5.296.185, 5.356.584, 5.534.205 y 6.040.050. Fibras de copoliesteres de cristal lfquido adecuadas para la practica de esta invencion estan comercialmente disponibles y se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 3.975.487; 4.118.372 y 4.161.470.

Fibras de polipropileno adecuadas incluyen fibras de polipropileno de cadena extendida (ECPP - siglas en ingles) altamente orientadas segun se describe en la patente de EE.UU. 4.413.110. Fibras de poli(alcohol vimlico) (PV- OH) adecuadas se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4.440.711 y 4.599.267. Fibras de poliacrilonitrilo (PAN) adecuadas se describen, por ejemplo, en la patente de EE.UU. 4.535.027. Cada uno de estos tipos de fibra es convencionalmente conocido y esta ampliamente disponible en el comercio.

Los otros tipos de fibra adecuados para uso en la presente invencion incluyen fibras de varillas ngidas tales como fibras M5® y combinaciones de todos los materiales anteriores, todos los cuales estan comercialmente disponibles. Por ejemplo, las capas fibrosas pueden formarse a partir de una combinacion de fibras SPECTRA® y fibras Kevlar®. Las fibras M5® se forman a partir de piridobisimidazol-2,6-diilo (2,5-dihidroxi-p-fenileno) y se fabrican por Magellan Systems International de Richmond, Virginia, y se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 5.674.969, 5.939.553, 5.945.537 y 6.040.478. Fibras espedficamente preferidas incluyen fibras M5®, fibras SPECTRA® de polietileno, fibras de aramida Kevlar® y fibras de aramida TWARON®. Las fibras pueden ser de cualquier denier adecuado tal como, por ejemplo, de 55.6 a 3330 dtex (de 50 a 3000 denier), mas preferiblemente de 222 a 3330 dtex (de 200 a 3000 denier), todavfa mas preferiblemente de 722 a 2220 dtex (de 650 a 2000 denier), y lo mas preferiblemente de 889 a 1670 dtex (de 800 hasta 1500 denier). La seleccion viene gobernada por consideraciones de eficacia balfstica y coste. Fibras mas finas son mas costosas de fabricar y de tejer, pero pueden producir una mayor eficacia balfstica por unidad de peso.

Las fibras mas preferidas para los fines de la invencion son fibras de polietileno de cadena extendida de alta resistencia y alto modulo de traccion o fibras de para-aramida de alta resistencia y alto modulo de traccion. Tal como se establece anteriormente, una fibra de alta resistencia y alto modulo de traccion es una que tiene una tenacidad preferida de 7.93 cN/dtex (7 g/denier) o mas, un modulo de traccion preferido de 169.95 cN/dtex (150 g/denier) o mas y una energfa a la rotura preferida de 8 J/g o mas, cada uno medido mediante la norma ASTM D2256. En la realizacion preferida de la invencion, la tenacidad de las fibras debena ser de 17.00 cN/dtex (15 g/denier) o mas, de preferencia 22.66 cN/dtex (20 g/denier) o mas, con mayor preferencia 28.33 cN/dtex (25 g/denier) o mas y de la manera mas preferible, 33.99 cN/dtex (30 g/denier) o mas. Las fibras de la invencion tienen tambien un modulo de traccion preferido de aproximadamente 339.9 cN/dtex (300 g/denier) o mas, con mayor preferencia de 453.2 cN/dtex (400 g/denier) o mas, con mayor preferencia de 566.5 cN/dtex (500 g/denier) o mas, con mayor preferencia de 1133 cN/dtex (1000 g/denier) o mas y de la manera mas preferible 1700 cN/dtex (1500 g/denier) o mas. Las fibras de la invencion tienen tambien una energfa a la rotura preferida de 15 J/g o mas, de manera mas preferible de 25 J/g o mas, de manera mas preferible de 30 J/g o mas y lo mas preferiblemente tienen una energfa a la rotura de 40 J/g o mas.

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Estas propiedades de alta resistencia combinadas se pueden obtener empleando procedimientos bien conocidos. Las patentes de EE.UU. 4.413.110, 4.440.711, 4.535.027, 4.457.985, 4.623.547, 4.650.710 y 4.748.064 comentan en general la formacion de fibras de polietileno de cadena extendida, de alta resistencia, preferidas empleadas en la presente invencion. Dichos metodos, que incluyen procesos de desarrollo en disolucion o de fibras de gel son bien conocidos en la tecnica. Metodos para formar cada uno de los otros tipos de fibra preferidos, incluidas fibras de para-aramida, son tambien convencionalmente conocidos en la tecnica, y las fibras estan comercialmente disponibles.

La capa de material aglutinante polimerico, tambien conocido en la tecnica como material de la matriz, comprende preferiblemente al menos un material que se utiliza convencionalmente en la tecnica como un material aglutinante polimerico o de la matriz, que une una pluralidad de fibras entre sf por medio de sus caractensticas adhesivas inherentes o despues de haber sido sometido a condiciones de calor y/o presion bien conocidas. Estos materiales incluyen tanto materiales elastomericos de bajo modulo como materiales ngidos de alto modulo. Materiales elastomericos de bajo modulo preferidos son los que tienen un modulo de traccion inicial menor que 6.000 psi (41,3 MPa) segun se mide a 37°C por la norma ASTM D638. Materiales ngidos de alto modulo preferidos tienen generalmente un modulo de traccion inicial mayor. Tal como se utiliza a lo largo de esta memoria, la expresion modulo de traccion significa el modulo de elasticidad segun se mide por la norma ASTM 2256 para una fibra y por la norma ASTM D638 para un material aglutinante polimerico. Generalmente, es necesario un revestimiento de aglutinante polimerico para fundir eficazmente, es decir, consolidar una pluralidad de capas de fibras no tejidas. El material aglutinante polimerico se puede aplicar sobre toda la superficie espedfica de las fibras individuales, o solamente sobre una superficie espedfica parcial de las fibras. Lo mas preferiblemente, el revestimiento del material aglutinante polimerico se aplica sobre esencialmente toda la superficie espedfica de cada una de las fibras individuales que forman una tela tejida o no tejida de la invencion. En los casos en los que los tejidos comprenden una pluralidad de hilos, cada una de las fibras que forma una hebra de hilo sencilla se reviste preferiblemente con el material aglutinante polimerico.

Un material aglutinante polimerico elastomerico puede comprender una diversidad de materiales. Un material aglutinante elastomerico preferido comprende un material elastomerico de bajo modulo. Para los fines de esta invencion un material elastomerico de bajo modulo tiene un modulo de traccion, medido a 6.000 psi (41,4 MPa) o menor de acuerdo con los procesos de ensayo de la norma ASTM D638. Preferiblemente, el modulo de traccion del elastomero es de 4.000 psi (27,6 MPa) o menor, mas preferiblemente de 2.400 psi (16,5 MPa) o menor, mas preferiblemente de 1.200 psi (8,23 MPa) o menor, y lo mas preferiblemente es de 500 psi (3,45 MPa) o menor. La temperatura de transicion vttrea (Tg) del elastomero es preferiblemente de 0°C o menor, mas preferiblemente de - 40°C o menor, y lo mas preferiblemente de -50°C o menor. El elastomero tiene tambien un alargamiento a la rotura preferido de al menos 50%, mas preferiblemente al menos 100%, y lo mas preferiblemente tiene un alargamiento a la rotura de al menos 300%.

Para el revestimiento aglutinante polimerico se puede utilizar una amplia diversidad de materiales y formulaciones con un bajo modulo. Ejemplos representativos incluyen polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolfmeros de etileno-propileno, terpolfmeros de etileno-propileno-dieno, polfmeros de polisulfuro, elastomeros de poliuretano, polietileno clorosulfonatado, policloropreno, poli(cloruro de vinilo) plastificado, elastomeros de butadieno- acrilonitrilo, poli(isobutileno-co-isopreno), poliacrilatos, poliesteres, polieteres, copolfmeros de etileno y combinaciones de los mismos, y otros polfmeros y copolfmeros de bajo modulo. Tambien se prefieren mezclas de diferentes materiales elastomericos, o mezclas de materiales elastomericos con uno o mas materiales termoplasticos.

Particularmente utiles son copolfmeros de bloques de dienos conjugados y monomeros vinil-aromaticos. Butadieno e isopreno son elastomeros de dienos conjugados preferidos. Estireno, vinil-tolueno y f-butil-estireno son monomeros aromaticos conjugados preferidos. Copolfmeros de bloques que incorporan poliisopreno se pueden hidrogenar para producir elastomeros termoplasticos que tienen segmentos de elastomero de hidrocarburos saturados. Los polfmeros pueden ser simples copolfmeros de tres bloques del tipo A-B-A, polfmeros multi-bloques del tipo (AB)n (n = 2-10) o copolfmeros de configuracion radial del tipo R-(BA)x (x = 3-150); en donde A es un bloque de un monomeros polivinil-aromatico, y B es un bloque de un elastomero de dieno conjugado. Muchos de estos polfmeros se producen comercialmente por Kraton Polymers de Houston, TX y se describen en el boletm “Kraton Thermoplastic Rubber”, SC-68-81. Los materiales aglutinantes polimericos de bajo modulo mas preferidos comprenden copolfmeros de bloques estirenicos, particularmente copolfmeros de bloques de poliestireno- poliisopreno-poliestireno, vendidos bajo la marca registrada KRATON®, comercialmente producidos por Kraton Polymers y polfmeros acnlicos HYCAR®, comercialmente disponibles de Noveon, Inc. de Cleveland, Ohio.

Polfmeros ngidos de alto modulo preferidos, utiles para el material aglutinante polimerico, incluyen polfmeros tales como un polfmero de ester vimlico o un copolfmero de bloques de estireno-butadieno, y tambien mezclas de

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poKmeros tales como ester vimlico y ftalato de dialilo o fenol-formaldehudo y polivinil-butiral. Un material de elevado modulo particularmente preferido es un poUmero termoendurecible, preferiblemente soluble en disolventes saturados carbono-carbono, tales como metil-etil-cetona, y que poseen un elevado modulo de traccion cuando se curan a al menos 1 x 105 psi (689,5 MPa) segun se mide por la norma ASTM D638. Materiales ngidos particularmente preferidos son los descritos en la patente de EE.UU. 6.642.159.

En las realizaciones preferidas de la invencion, la capa de material aglutinante polimerico comprende un polfmero de poliuretano, un polfmero de polieter, un polfmero de poliester, un polfmero de policarbonato, un polfmero de poliacetal, un polfmero de poliamida, un polfmero de polibutileno, un copolfmero de etileno-acetato de vinilo, un copolfmero de etileno-alcohol vimlico, un ionomero, un copolfmero de estireno-isopreno, un copolfmero de estireno-butadieno, un copoKmero de estireno-etileno/butileno, un copolfmero de estireno-etileno/propileno, un polfmero de polimetil-penteno, un copolfmero de estireno-etileno/butileno hidrogenado, un copolfmero de estireno- etileno/butileno funcionalizado con anhudrido maleico, un copolfmero de estireno-etileno/butileno funcionalizado con acido carbox^lico, un poKmero de acrilonitrilo, un copolfmero de acrilonitrilo-butadieno-estireno, un polfmero de polipropileno, un copolfmero de polipropileno, un poKmero epoxi, un polfmero novolaca, un polfmero fenolico, un poKmero de ester vimlico, un polfmero de caucho de nitrilo, un poKmero de caucho natural, un poKmero de acetato-butirato de celulosa, un polfmero de polivinil-butiral, un polfmero acnlico, un copoKmero acnlico o un copolfmero acnlico que incorpora monomeros no acnlicos.

Tambien son utiles en esta memoria materiales aglutinantes polimericos que contienen fluor, asf como mezclas de poKmeros que no contienen fluor con polfmeros que contienen fluor. Tal como se utiliza en esta memoria, un polfmero "que contiene fluor" incluye polfmeros fluorados y materiales que contienen fluorocarbonos (es decir, resinas de fluorocarbono). Una "resina de fluorocarbono" generalmente se refiere a polfmeros que incluyen grupos de fluorocarbono. Materiales de fluoropolfmero y resina de fluorocarbono utiles en esta memoria incluyen homopolfmeros de fluoropolfmero, copolfmeros de fluoropolfmero o mezclas de los mismos como son bien conocidos en la tecnica y se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. numeros 4.510.301, 4.544.721 y 5.139.878. Tambien se prefieren polfmeros modificados con fluorocarbono, particularmente fluoro-oligomeros y polfmeros fluorados formados por injerto de cadenas laterales de fluorocarbono en polieteres convencionales (es decir, polieteres modificados con fluorocarbono), poliesteres (es decir, poliesteres modificados con fluorocarbono), polianiones (es decir, polianiones modificados con fluorocarbono) tal como acido poliacnlico (es decir, acido poliacnlico modificado con fluorocarbono) o poliacrilatos (es decir, poliacrilatos modificados con fluorocarbono) y poliuretanos (es decir, poliuretanos modificados con fluorocarbono). Estas cadenas laterales de fluorocarbonos o compuestos perfluorados se producen generalmente mediante un proceso de telomerizacion y se denominan generalmente como fluorocarbonos Ca. Por ejemplo, una resina de fluoropolfmero o fluorocarbono puede derivarse de la telomerizacion de un fluoro-compuesto insaturado, formando un fluorotelomero, en que dicho fluorotelomero se modifica adicionalmente para permitir la reaccion con un polieter, poliester, polianion, acido poliacnlico, poliacrilato o poliuretano, y en que el fluorotelomero se injerta a continuacion en un polieter, poliester, polianion, acido poliacnlico, poliacrilato o poliuretano. Buenos ejemplos representativos de estos polfmeros que contienen fluorocarbono son productos de fluoropolfmero NUVA®, disponibles comercialmente de Clariant International, Ltd. de Suiza. Otras resinas de fluorocarbono, fluoro-oligomeros y fluoropolfmeros que tienen cadenas laterales a base de perfluoro-acido y a base de perfluoro-alcohol y tambien son las mas preferidas. Los fluoropolfmeros y resinas de fluorocarbono que tienen cadenas laterales de fluorocarburos de longitudes mas cortas, tales como Ca, C4 o C2, son tambien adecuados tales como productos fluoroqmmicos PolyFox™, disponible comercialmente de Omnova Solutions, Inc. de Fairlawn, Ohio.

Las propiedades de rigidez, impacto y balfsticas de los artfculos formados a partir de los materiales compuestos fibrosos de la invencion se ven afectadas por el modulo de traccion de los polfmeros aglutinantes que revisten las fibras. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 4.623.574 describe que materiales compuestos reforzados con fibras, construidos con matrices elastomericas que tienen modulos de traccion menores que aproximadamente 6.000 psi (41.300 kPa) tienen propiedades balfsticas superiores en comparacion tanto con materiales compuestos construidos con polfmeros de mayor modulo, como tambien en comparacion con la misma estructura de fibra sin uno o mas revestimientos de un material aglutinante polimerico. Sin embargo, polfmeros aglutinantes polimericos de bajo modulo de traccion tambien proporcionan materiales compuestos de menor rigidez. Ademas, en determinadas aplicaciones, particularmente aquellas en donde un material compuesto debe funcionar tanto en modos anti-balfsticos como estructurales, existe la necesidad de una combinacion superior de resistencia balfstica y rigidez. Por consiguiente, el tipo mas apropiado de material aglutinante polimerico a utilizar variara en funcion del tipo de artfculo a formar a partir de los tejidos de la invencion. Con el fin de conseguir un compromiso en ambas propiedades, un material aglutinante polimerico adecuado puede comprender tambien una combinacion de materiales tanto de modulo bajo como de modulo alto. Cada una de las capas del polfmero o cera puede tambien incluir cargas tales como negro de carbono o sflice, aditivo de procesamiento puede ser extendida con aceites o puede estar vulcanizada mediante azufre, peroxido, oxido de metal o sistemas de curado por radiacion, si es apropiado, tal como se conoce bien en la tecnica.

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Para producir un artfculo de tejido que tenga suficientes propiedades de resistencia baKstica, la proporcion de fibras que forman el tejido comprende preferiblemente de 50% a 98% en peso de las fibras, mas el peso de los revestimientos combinados, mas preferiblemente de 70% a 95%, y lo mas preferiblemente de 78% a 90% en peso de las fibras, mas los revestimientos. Asf, el peso total de los revestimientos combinados comprende preferiblemente de 1% a 50% en peso, mas preferiblemente de 2% a 30%, mas preferiblemente de 10% a 22%, y lo mas preferiblemente de 14% a 17% en peso de las fibras, mas el peso de los revestimientos combinados, en donde el 16% es el mas preferido para telas no tejidas. Un contenido en aglutinante/matriz bajo es apropiado para telas tejidas, en donde un contenido de aglutinante mayor que cero pero menor que 10% en peso de las fibras, mas el peso de los revestimientos combinados, es el mas preferido. El peso del revestimiento basado en cera topico oscila preferiblemente entre 0,01% y 7,0% en peso, mas preferiblemente de 0,1% a 3,0%, y lo mas preferiblemente de 0,2% a 2,0% en peso de las fibras, mas el peso de los revestimientos combinados. Estos intervalos incluinan los revestimientos de ambas caras de un sustrato de tejido, en que es preferible que cada una de las superficies tenga un peso del revestimiento equivalente. Variaran los correspondientes grosores de los revestimientos de cera que alcanzan estos pesos de los revestimientos deseados. Diferentes ceras tienen diferentes densidades, que resultanan en diferentes grosores para el mismo peso del revestimiento, y diferentes tejidos pueden tener superficies unicas que pueden requerir pesos mayores o menores de los revestimientos para alcanzar el comportamiento optimo.

Cuando se forman telas no tejidas, el revestimiento aglutinante polimerico se aplica a una pluralidad de fibras en forma de una banda de fibras (p.ej., una formacion paralela o un fieltro) u otra disposicion, en que con ello las fibras son revestidas sobre, impregnadas con, embebidas en o aplicadas de otro modo con el revestimiento. Las fibras estan dispuestas preferiblemente en una o mas capas de fibras, y las capas se consolidan despues siguiendo tecnicas convencionales. En otra tecnica, las fibras se revisten, se disponen aleatoriamente y se consolidan formando un fieltro. Cuando se forman telas tejidas, las fibras se pueden revestir con el revestimiento aglutinante polimerico ya sea antes o despues de tejer, preferiblemente despues. Tecnicas de este tipo son bien conocidas en la tecnica. Artfculos de la invencion pueden comprender tambien combinaciones de telas tejidas, telas no tejidas formadas a partir capas de fibras unidireccionales y telas de fieltro no tejidas.

Despues de ello, el revestimiento topico del material basado en cera se aplica sobre al menos una superficie del tejido consolidado (u otro sustrato fibroso) sobre la capa de material aglutinante polimerico. Por consiguiente, los sustratos fibrosos de la invencion estan revestidos con revestimientos multicapa que comprenden al menos una capa de un material aglutinante polimerico sobre una superficie de dicha una o mas fibras, y al menos una capa de una cera en la parte superior de la capa de material aglutinante polimerico. Preferiblemente, ambas superficies exteriores del tejido estan revestidas con la cera para mejorar la durabilidad global del tejido, pero revestir con la cera solo una superficie exterior del tejido proporcionara una resistencia mejorada a la abrasion, especialmente si se tiene cuidad de mantener la orientacion correcta de las capas de tejido en el artfculo final, y anaden menos peso. Para mantener adicionalmente un material compuesto de bajo peso, realizaciones preferidas incluyen preferiblemente solo una capa del material aglutinante polimerico y una capa de la cera. Sin embargo, multiples capas de material aglutinante polimerico y/o multiples capas de cera se pueden aplicar a un sustrato fibroso. Cuando estan presentes capas o revestimientos adicionales, tales materiales pueden estar situados en (o entre) el (o cualquier) revestimiento(s) de aglutinante polimerico y/o revestimiento(s) de cera. Cuando estan presentes revestimientos de aglutinante y/o de cera adicionales, cada una de las capas de cera puede ser la misma o diferente que la otra capa de cera y cada una de las capas de aglutinante polimerico puede ser la misma o diferente que las otras capas de aglutinante polimerico. Por ejemplo, una capa de cera de parafina se puede aplicar en la parte superior de una capa de una cera de homopolfmero de polietileno.

En otra realizacion, una capa de refuerzo se puede aplicar entre el aglutinante polimerico y el revestimiento de cera topico. Por lo tanto, mientras que el revestimiento de cera esta “en la parte superior de” la capa de aglutinante polimerico, ambas no tienen necesariamente que estar en contacto directo entre sf. Capas de refuerzo adecuadas incluyen, de forma no exclusiva, capas de polfmeros termoplasticos tales como capas formadas a partir de poliolefinas , poliamidas, poliesteres, poliuretanos, polfmeros vimlicos, fluoropolfmeros y co-polfmeros, y mezclas de los mismos. En otra realizacion alternativa, un revestimiento de un material de alta friccion, p. ej., un polvo de sflice, se puede aplicar a la parte superior del aglutinante polimerico, seguido de un revestimiento de cera topico. Ademas, una o mas capas de otros materiales organicos o inorganicos se pueden aplicar a la parte superior del aglutinante polimerico, seguido de un revestimiento de cera topica. Materiales inorganicos utiles incluyen, de manera no exclusiva, un material ceramico, vidrio, un material compuesto relleno de metal, un material compuesto relleno de material ceramico, un material compuesto relleno de vidrio, un cermet (material compuesto de materiales ceramicos y metalicos), aceros de elevada dureza, aleacion de aluminio para armadura, titanio o una combinacion de los mismos. En aun otra realizacion alternativa, materiales compuestos resistentes a balas pueden incluir un primer revestimiento de un material aglutinante polimerico sobre la o las fibras, luego un revestimiento de cera topica sobre el revestimiento de aglutinante, seguido de un revestimiento topico final de un material basado en

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silicona sobre la cera. Por consiguiente, son posibles muchas variaciones diferentes, en que se prefieren variaciones de aglutinante/cera/silicona, aglutinante/abrasivo7cera, aglutinante/capa de refuerzo/cera y aglutinante/cera mezclada con adyuvante de procesamiento. No obstante, sigue siendo lo mas preferido que la capa mas externa en una o mas superficies exteriores de un sustrato fibroso sea una capa de cera. El revestimiento multicapa se aplica preferiblemente sobre la parte superior de cualquier acabado de fibras pre- existente tal como un acabado de hilatura, o un acabado de fibras pre-existente puede ser al menos parcialmente separado antes de aplicar los revestimientos. La cera solamente necesita estar sobre una o las dos superficies exteriores del tejido compuesto, y las fibras individuales no necesitan ser revestidas con el mismo.

Para los fines de la presente invencion, el termino “revestido” no pretende limitar el metodo mediante el cual se aplican capas de polfmeros sobre la superficie del sustrato fibroso. Se puede utilizar cualquier metodo de aplicacion apropiado en el que la capa de material aglutinante polimerico se aplica primero directamente sobre las superficies de la fibra, seguido de la aplicacion subsiguiente de la capa de cera sobre la capa de material aglutinante polimerico.

Por ejemplo, la capa de aglutinante polimerico se puede aplicar en forma de disolucion mediante pulverizacion o revestimiento con rodillos de una disolucion del material polimerico sobre las superficie de las fibras, en donde una parte de la disolucion comprende el polfmero o polfmeros deseados y una parte de la disolucion comprende el disolvente capaz de disolver el polfmero o polfmeros, seguido de secado. Otro metodo consiste en aplicar un polfmero puro del o de los materiales aglutinantes polimericos a las fibras en forma de un lfquido, un solido pegajoso o partfculas en suspension o como un lecho fluido. Alternativamente, el material aglutinante polimerico se puede aplicar en forma de una disolucion, emulsion o dispersion en un disolvente adecuado que no afecte adversamente a las propiedades de las fibras a la temperatura de aplicacion. Por ejemplo, las fibras se pueden transportar a traves de una disolucion del material aglutinante polimerico y se pueden revestir sustancialmente con un material aglutinante polimerico, y luego se pueden secar para formar un sustrato fibroso revestido. Las fibras revestidas resultantes se disponen luego en la configuracion deseada y, despues de ello, se revisten con la cera. En otra tecnica de revestimiento, las capas de fibras unidireccionales o telas tejidas se pueden disponer primero, seguido de inmersion de las capas o tejidos en un bano de una disolucion que contiene el material aglutinante polimerico disuelto en un disolvente adecuado, de modo que cada una de las fibras individuales es al menos parcialmente revestida con el polfmero y, luego se secan a traves de evaporacion o volatilizacion del disolvente, y subsiguientemente la cera se puede aplicar a traves del mismo metodo. El proceso de inmersion se puede repetir varias veces segun se requiera para disponer una cantidad deseada de cada uno de los revestimientos polimericos sobre las fibras, de preferencia que revistan o encapsulen sustancialmente a cada una de las fibras individuales y que cubran a la totalidad, o esencialmente a la totalidad de la superficie espedfica de las fibras con el material aglutinante polimerico.

Se pueden utilizar otras tecnicas para aplicar a las fibras el revestimiento aglutinante polimerico, que incluye el revestimiento del precursor (fibra de gel) de alto modulo, antes de que las fibras sean sometidas a una operacion de estiramiento a alta temperatura, ya sea antes o despues de la separacion del disolvente de la fibra (si se utiliza una tecnica de formacion de fibras de hilatura en gel). La fibra se puede luego estirar a temperaturas elevadas para producir las fibras revestidas. La fibra de gel se puede hacer pasar a traves de una disolucion del polfmero de revestimiento apropiado bajo condiciones para conseguir el revestimiento deseado.

La cristalizacion del polfmero de elevado peso molecular en la fibra de gel puede o puede no tener lugar antes de que la fibra se introduzca en la disolucion. Alternativamente, las fibras se pueden extrudir en un lecho fluido de un polvo polimerico apropiado. Ademas de ello, si se realiza una operacion de estiramiento u otro proceso de manipulacion, p. ej. intercambio de disolvente, secado o similar, el material aglutinante polimerico se puede aplicar a un material precursor de las fibras finales.

Las fibras aglutinantes revestidas se pueden transformar en telas no tejidas que comprenden una pluralidad de capas fibrosas solapantes y no tejidas que se consolidan en un elemento monolttico de capa unica. Lo mas preferiblemente, cada una de las capas comprende una disposicion de fibras no solapantes que estan alineadas en una disposicion unidireccional, esencialmente paralela. Este tipo de disposicion de las fibras es conocido en la tecnica como una “unicinta” (cinta unidireccional) y se le alude en esta memoria como una “capa sencilla”. Tal como se utiliza en esta memoria, una “disposicion” describe una disposicion ordenada de fibras o hilos, y una “disposicion paralela” describe una disposicion paralela ordenada de fibras o hilos. Una “capa” de fibras describe una disposicion plana de fibras o hilos tejidos o no tejidos que incluyen una o mas capas. Tal como se utiliza en esta memoria, una estructura de “capa sencilla” se refiere a una estructura monolttica compuesta por una o mas capas de fibras individuales que han sido consolidadas en una estructura unitaria sencilla. Por “consolidar” se quiere dar a entender que el revestimiento de aglutinante polimerico junto con cada una de las capas de fibras se combinan en una capa unitaria sencilla. La consolidacion puede producirse a traves de secado, calentamiento, presion o una combinacion de los mismos. Calor y/o presion pueden no ser necesarios, dado que las fibras o las

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capas de tejido pueden ser pegadas entre s^ como es el caso en un proceso de laminacion en humedo. La expresion “material compuesto” se refiere a combinaciones de fibras con uno o los dos de los revestimientos y un material compuesto resistente a la abrasion que incluira el revestimiento basado en cera. Esto se conoce convencionalmente en la tecnica.

Una tela no tejida preferida de la invencion incluye una pluralidad de capas de fibras apiladas y solapantes (pluralidad de unicintas), en donde las fibras paralelas de cada una de las capas individuales (unicinta) estan situadas ortogonalmente (0°/90°) con respecto a las fibras paralelas de cada una de las capas sencillas adyacentes con relacion a la direccion longitudinal de las fibras de cada una de las capas sencillas. La pila de capas de fibras no tejidas solapantes se consolida bajo calor y presion, o adhiriendo los revestimientos de capas de fibras individuales para formar un elemento monolttico de capa sencilla al que tambien se alude en la tecnica como una capa sencilla, red consolidada en la que una “red consolidada” describe una combinacion consolidada (fusionada) de capas de fibras con un aglutinante/matriz polimericos. Las expresiones “aglutinante polimerico” y “matriz polimerica” se utilizan de manera indistinta en esta memoria y describen un material que une entre sf a las fibras. Estas expresiones son convencionalmente conocidas en la tecnica. Para los fines de esta invencion, en los casos en los que el sustrato fibroso sea una tela no tejida consolidada formada como una red de capa sencilla, consolidada, las fibras se revisten preferiblemente en su mayona con el revestimiento aglutinante polimerico, pero solo la superficie exterior de la estructura de tejido monolttico se reviste con el revestimiento basado en cera para proporcionar la resistencia a la abrasion deseada, no a cada una de las capas de fibras componentes.

Tal como se conoce convencionalmente en la tecnica, una excelente resistencia balfstica se consigue cuando las capas de fibras individuales se cruzan de manera que la direccion de alineamiento de la fibra de una capa se hace girar en un angulo con respecto a la direccion de alineamiento de la fibra de otra capa. Lo mas preferiblemente, las capas de fibras se cruzan ortogonalmente en angulos de 0° y 90°, pero capas adyacentes se pueden alinear virtualmente en cualquier angulo entre 0° y 90° con respecto a la direccion de la fibra longitudinal de otra capa. Por ejemplo, una estructura no tejida de cinco capas puede tener capas orientadas a 0°/45°/90°/45°/0° o a otros angulos. Alineamientos unidireccionales rotados de este tipo se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4.457.985; 4.748.064; 4.916.000; 4.403.012; 4.623.573; y 4.737.402.

Lo mas tipicamente, telas no tejidas incluyen de 1 a 6 capas, pero pueden incluir tantas como 10 a 20 capas segun se desee para diversas aplicaciones. Cuanto mayor sea el numero de capas, esto se traduce en una mayor resistencia balfstica pero tambien en un mayor peso. Por consiguiente, el numero de capas de fibras que forman un tejido o un artfculo de la invencion vana en funcion del uso final del tejido o artfculo. Por ejemplo, en chalecos antibalas para aplicaciones militares, con el fin de formar un material compuesto de un artfculo que consigue una densidad deseada de 1,0 libras por pie cuadrado de area (4,9 kg/m2), se puede requerir un total de 20 capas (o estratos) a 60 capas (o estratos) individuales, en donde las capas/estratos pueden ser telas tejidas, tricotadas, afieltradas o no tejidas (con fibras orientadas paralelas u otras disposiciones), formadas a partir de las fibras de alta resistencia descritas en esta memoria. En otra realizacion, chalecos antibalas para los cuerpos de seguridad pueden tener un cierto numero de capas/estratos, basado en el Nivel de Amenaza del Instituto de Nacional de Justicia (NIJ). Por ejemplo, para un chaleco de Nivel de Amenaza IIIA de NIJ, puede existir un total de 22 capas/estratos. Para un Nivel de Amenaza de NIJ inferior, se pueden emplear menos capas/estratos.

Telas no tejidas consolidadas se pueden construir utilizando metodos bien conocidos, tal como mediante los metodos descritos en la patente de EE.UU. 6.642.159. Como es bien conocido en la tecnica, la consolidacion se realiza situando las capas de fibras individuales una sobre otra bajo condiciones de suficiente calor y presion para determinar que las capas se combinen formando un tejido unitario. La consolidacion se puede realizar a temperaturas que oscilen entre 50°C y 175°C, de preferencia de 105°C a 175°C, y a presiones que oscilen entre 5 psig (0,034 MPa) y 2.500 psig (17 MPa), durante 0,01 segundos a 24 horas, de preferencia de 0,02 segundos a 2 horas. Cuando se calienta, es posible que pueda provocarse que los revestimientos de aglutinantes polimericos se peguen o fluyan sin fundirse por completo. Sin embargo, generalmente, si se provoca que se fundan los materiales aglutinantes polimericos, se requiere una presion relativamente pequena para formar el material compuesto, mientras que si los materiales aglutinantes solo se calientan hasta un punto de pegajosidad, tfpicamente se requiere mas presion. Tal como es convencionalmente conocido en la tecnica, la consolidacion se puede realizar en un conjunto de calandria, un laminador de lecho plano, una prensa o en un autoclave.

Alternativamente, la consolidacion se puede conseguir moldeando bajo calor y presion en un aparato de moldeo adecuado. Generalmente, el moldeo se realiza a una presion de 50 psi (344,7 kPa) hasta 5.000 psi (34.470 kPa), con mayor preferencia de 100 psi (689,5 kPa) a 1.500 psi (10.340 kPa), lo mas preferiblemente de 150 psi (1.034 kPa) a 1.000 psi (6.895 kPa). El moldeo puede realizarse alternativamente a presiones elevadas de 500 psi (3.447 kPa) hasta 5.000 psi, mas preferiblemente de 750 psi (5.171 kPa) hasta 5.000 psi (34.470 kPa), y mas preferiblemente de 1.000 psi (6.895 kPa a 5.000 psi (34.470 kPa). La etapa de moldeo puede durar de 4 segundos a 45 minutos. Temperaturas de moldeo preferidas oscilan entre 200°F (~93°C) a 350°F (~177°C), mas

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preferiblemente a una temperatura de 200°F a 300°F (~149°C), y lo mas preferiblemente a una temperatura de 200°F a 280°F (~121°C). La presion bajo la cual se moldean los tejidos de la invencion tiene un efecto directo sobre la rigidez o flexibilidad del producto moldeado resultante. Particularmente, cuanto mayor sea la presion a la que se moldean los tejidos, tanto mayor sera la rigidez, y viceversa. Ademas de la presion de moldeo, la cantidad, grosor y composicion de las capas de tejido y de los tipos de revestimiento de aglutinante polimerico afectan tambien directamente a la rigidez de los artfculos formados a partir de los tejidos de la invencion. Lo mas habitualmente, una pluralidad de bandas de fibras ortogonales se “pegan” juntas con el polfmero de la matriz y discurren a traves de un laminador de lecho plano para mejorar la uniformidad y resistencia mecanica de la union.

Mientras que cada una de las tecnicas de moldeo y consolidacion descritas en esta memoria son similares, cada uno de los procesos es diferente. Particularmente, el moldeo es un proceso en tandas y la consolidacion es un proceso continuo. Ademas, el moldeo implica tfpicamente el uso de un molde tal como un molde conformado o un troquel emparentado cuando se forma un panel plano, y no resulta necesariamente en un producto plano. Normalmente, la consolidacion se realiza en un laminador de lecho plano, un conjunto de retencion de la calandria o como una laminacion en humedo para producir tejidos de armadura corporal blanda (flexibles). El moldeo se reserva tfpicamente para la fabricacion de armadura dura, p. ej. placas ngidas. En el contexto de la presente invencion, se prefieren tecnicas de consolidacion y la formacion de una armadura corporal blanda.

En cualquier proceso, temperaturas, presiones y tiempos adecuados dependen generalmente del tipo de materiales de revestimiento de aglutinante polimerico, del contenido de aglutinante polimerico (de los revestimientos combinados), del proceso utilizado y del tipo de fibra. Los tejidos de la invencion pueden ser calandrados opcionalmente bajo calor y presion para alisar o pulir su superficie. Metodos de calandrado son bien conocidos en la tecnica.

Telas tejidas se pueden formar utilizando tecnicas que son bien conocidas en la tecnica, utilizando cualquier tejido de tela, tal como tejido plano, tejido pata de gallo, tejido de cestena, tejido saten, tejido sarga y similares. El tejido plano es el mas comun, en el que las fibras son tejidas conjuntamente en una orientacion ortogonal de 0°/90°. Antes del tejido, las fibras individuales de cada uno de los materiales de tela tejida pueden o pueden no ser revestidas con la capa de material aglutinante polimerico. La capa de cera se reviste de la manera mas preferible sobre la tela tejida. En otra realizacion, puede estar ensamblada una estructura hnbrida, en que tanto telas tejidas como no tejidas estan combinadas e interconectadas tal como mediante consolidacion, en cuyo caso la capa de cera se reviste lo mas preferiblemente sobre las superficies exteriores de la estructura tnbrida.

Despues de revestir el sustrato o los sustratos fibrosos con el material aglutinante polimerico, los sustratos se revisten entonces con cera. En las realizaciones tfpicas de la invencion, el sustrato fibroso es una tela tejida o no tejida. En el caso de una tela multi-capa, no tejida, la tela se aplica a la superficie o superficies de la tela despues de la consolidacion de las multiples capas. La cera se puede aplicar de manera que cubra todo o sustancialmente todo el revestimiento de material aglutinante polimerico en las fibras. Lo mas preferiblemente, el revestimiento topico de las ceras se aplica solo parcialmente sobre las fibras revestidas o el tejido revestido, es decir, solo es necesario revestir la superficie exterior del tejido.

La cera se aplica al sustrato fibroso por encima de material aglutinante polimerico. Esto se puede hacer, por ejemplo, a traves de un revestimiento con polvo manualmente o automatizado, tecnicas de pulverizacion de polvo o de revestimiento por dispersion. Cuando se reviste manualmente, una cera en polvo (pura) seca se aplica manualmente sobre una o ambas superficies de una muestra de sustrato fibroso. A continuacion, la muestras se hace pasar a traves de un laminador de lecho plano a una temperatura suficiente para prensar/fundir, fusionar la cera en/sobre las superficies del tejido de material compuesto. Temperaturas adecuadas variaran y generalmente oscilaran entre las condiciones ambiente hasta temperaturas justo por debajo de la temperatura de descomposicion de los materiales. En la tecnica automatizada, el sustrato se reviste preferiblemente con un polvo de cera mediante un revestidor de polvo o revestidor por dispersion a la entrada de un laminador de lecho plano. El revestidor se puede calibrar con cada una de las ceras espedficas para suministrar una cantidad conocida de cera por unidad de superficie del tejido compuesto en base a la tasa de goteo de la tela y de la velocidad lineal del tejido compuesto, permitiendo una recogida del peso dirigida de la cera por el tejido compuesto. Despues, el sustrato se alimenta al laminador de lecho plano como antes. Opcionalmente, la cera recientemente aplicada se puede pulir sobre la superficie del tejido compuesto con un rodillo de pulido antes de penetrar en el laminador de lecho plano. La cera se puede aplicar tambien en forma solida, no en polvo, o a partir de una disolucion o dispersion, o mediante cualquier otro medio util que sera facilmente determinado por un experto en la tecnica.

El grosor de los tejidos individuales corresponded al grosor de las fibras individuales. Una tela tejida preferida tendra un grosor preferido de 25 pm a 500 pm por capa, mas preferiblemente de 50 pm a 385 pm, y lo mas preferiblemente de 75 pm a 255 pm por capa. Una tela no tejida preferida, es decir, una red no tejida, de capa sencilla y consolidada tendra un grosor preferido de 12 pm a 500 pm, mas preferiblemente de 50 pm a 385 pm, y

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lo mas preferiblemente de 75 pm a 255 pm, en donde una red de capa sencilla consolidada incluye tfpicamente dos capas consolidadas (es decir, dos unicintas). El grosor del revestimiento topico basado en cera variara en funcion del tipo de cera y el peso del revestimiento deseado, pero el rango mas preferido sena de 0,5 pm a 5 pm (por superficie de tela), sin embargo no se pretende que este rango sea limitante. Aun cuando se prefieren grosores de este tipo, ha de entenderse que tambien se pueden producir otros grosores para satisfacer una necesidad particular y todavfa caeran dentro del alcance de la presente invencion.

Los tejidos de la invencion tendran una densidad superficial preferida de 50 gramos/m2 (gsm) (0,01 libras/pie2 (psf)) a 1.000 gsm (0,2 psf). Densidades superficiales mas preferidas para los tejidos de la invencion oscilaran entre 70 gsm (0,014 psf) y 500 gsm (0,1 psf). La densidad superficial mas preferida para tejidos de esta invencion oscilara entre 100 gsm (0,02 psf) y 250 gsm (0,05 psf). Los artfculos de la invencion, que comprenden multiples capas individuales de tejido apiladas una sobre la otra tendran, ademas una densidad superficial preferida de 1.000 gsm (0,2 psf) a 40.000 gsm (8,0 psf), mas preferiblemente de 2.000 gsm (0,40 psf) a 30.000 gsm (6,0 psf), mas preferiblemente de 3.000 gsm (0,60 psf) a 20.000 gsm (4,0 psf), y lo mas preferiblemente de 3.750 gsm (0,75 psf) a 10.000 gsm (2,0 psf).

Los materiales compuestos de la invencion se pueden utilizar en diversas aplicaciones para formar una diversidad de diferentes artfculos resistentes a las balas utilizando tecnicas bien conocidas. Por ejemplo, tecnicas adecuadas para formar artfculos resistentes a las balas se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 4.623.574, 4.650.710, 4.748.064, 5.552.208, 5.587.230, 6.642.159, 6.841.492 y 6.846.758. Los materiales compuestos son particularmente utiles para la formacion de artfculos de armadura blandos y flexibles que incluyen prendas de vestir tales como chalecos, pantalones, sombreros u otros artfculos de vestir, y cubiertas o mantas utilizados por personal militar para protegerse frente a un cierto numero de amenazas balfsticas tales como una bala encamisada de 9 mm (FMJ) y una diversidad de fragmentos generados debido a la explosion de granadas de mano, casquillos de artillena, dispositivos explosivos improvisaos (IED - siglas en ingles) y otros dispositivos de este tipo con los que se topa en misiones militares y de mantenimiento de la paz.

Tal como se utiliza en esta memoria, armadura “blanda” o “flexible” es una armadura que no conserva su forma cuando se somete a una cantidad significativa de esfuerzo. Las estructuras son tambien utiles para la formacion de artfculos de armadura dura ngida. Por armadura “dura” se quiere dar a entender un artfculo tal como cascos, paneles para vehuculos militares o escudos protectores que tienen una suficiente resistencia mecanica de modo que mantienen su rigidez estructural cuando son sometidos a una cantidad significativa de esfuerzo y son capaces de mantenerse sin que se derrumban. Las estructuras se pueden cortar en una pluralidad de laminas discretas y se pueden apilar para la formacion de un artfculo o se pueden conformar en un precursor que subsiguientemente se utiliza para formar un artfculo. Tecnicas de este tipo son bien conocidas en la tecnica.

Prendas de vestir de la invencion se pueden formar a traves de metodos convencionalmente conocidos en la tecnica. Preferiblemente, una prenda de vestir se puede formar uniendo los artfculos resistentes a las balas de la invencion con un artfculo de vestir. Por ejemplo, un chaleco puede comprender un chaleco de tela generica que esta unido con las estructuras resistentes a las balas de la invencion, con lo que las estructuras de la invencion se insertan en bolsillos colocados estrategicamente. Esto permite la maximizacion de la proteccion balfstica, al tiempo que minimiza el peso del chaleco. Tal como se utiliza en esta memoria, los terminos “unir” o “unido” pretenden incluir fijar tal como mediante cosido o adherencia y similares, asf como acoplamiento no fijado o yuxtaposicion con otro tejido, de modo que los artfculos resistentes a las balas puedan opcionalmente ser facilmente separados del chaleco o de otro artfculo de vestir. Artfculos utilizados para formar estructuras sensibles tales como laminas flexibles, chalecos y otras prendas de vestir se forman preferiblemente al utilizar un material aglutinante de bajo modulo de traccion. Artfculos duros tales como cascos y armaduras se forman preferiblemente, pero no de forma exclusiva, utilizando un material aglutinante de alto modulo de traccion.

Las propiedades de resistencia balfstica se determinan utilizando procesos de ensayo convencionales que son bien conocidos en la tecnica. Particularmente, el poder protector o resistencia a la penetracion de un material compuesto resistente a las balas se expresa normalmente citando la velocidad del impacto a la que el 50% de los proyectiles penetran en el material compuesto, mientras que el 50% son detenidos por el material compuesto, tambien conocido como valor V50. Tal como se utiliza en esta memoria, la “resistencia a la penetracion” de un artfculo es la resistencia a la penetracion por parte de una amenaza designada tal como objetos ffsicos, incluidos balas, fragmentos, metralla y similar. Para materiales compuestos de igual densidad superficial, que es el peso del material compuesto dividido por su area, cuanto mayor sea el V50, tanto mejor sera la resistencia balfstica del material compuesto. Las propiedades de resistencia balfstica de los artfculos de la invencion variaran en funcion de muchos factores, en particular del tipo de fibras utilizado para fabricar los tejidos, el porcentaje en peso de las fibras en el material compuesto, la idoneidad de las propiedades ffsicas de los materiales de revestimiento, el numero de capas del tejido que constituyen el material compuesto y la densidad superficial total del material compuesto.

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De manera mas importante, se ha encontrado, inesperadamente, que la presencia de un revestimiento de cera mejoro significativamente la resistencia a la penetracion de las balas de los materiales compuestos resistentes a las balas descritos en esta memoria frente a proyectiles de alta energfa. Tal como se ilustra en los ejemplos que figuran mas adelante, se ha encontrado, de manera muy inesperada, que la presencia de un revestimiento de cera elevo la V50 de balas de 9 mm de los diversos materiales compuestos, por termino medio, en aproximadamente 80 pies/segundo (24 m/s) y elevo la V50 de balas de 44 Magnum de los diversos materiales compuestos, por termino medio, en aproximadamente 74 pies/segundo (23 m/s). Por lo tanto, los materiales de la invencion alcanzan de manera deseable tanto una resistencia potenciada a la abrasion como una resistencia mejorada a la penetracion de las balas.

Los siguientes Ejemplos sirven para ilustrar la invencion:

EJEMPLOS

Diversas muestras de tejido se sometieron a ensayo para la resistencia a la abrasion tal como se ejemplifica a continuacion. Cada una de las muestras comprendfa fibras de aramida de 1000 denier TWARON® tipo 2000 que estaban revestidas con un material aglutinante polimerico. Para las muestras A1-A8 el material aglutinante era un polfmero acnlico modificado con fluorocarbono y basado en agua (84,5% en peso de copolfmero acnlico vendido como HYCAR® 26-1199, comercialmente disponible de Noveon, Inc. de Cleveland, Ohio; 15% en peso de resina fluorocarbonada NUVA® NT X490, comercialmente disponible de Clariant International , Ltd. de Suiza y 0,5% en peso de tensioactivo no ionico Dow TERGITOL® TMN-3, comercialmente disponible de Dow Chemical Company de Midland, Michigan). Para las muestras B1-B8, el material aglutinante era una mezcla de fluoropolfmero/caucho de nitrilo (84,5% en peso de polfmero de caucho de nitrilo vendido como TYLAC®868073 de Dow Reichhold de North Carolina; 15% en peso de resina fluorocarbonada NUVA® TTH U y 0,5% en peso de tensioactivo no ionico Dow TERGITOL® TMN-3).

Cada una de las muestras de tejido eran telas no tejidas y consolidadas con una estructura de dos capas (dos unicintas), 0°/90°. Los tejidos teman un peso superficial y una densidad superficial total (TAD) (densidad superficial de los tejidos, incluidas las fibras y el material aglutinante polimerico) que eran iguales para cada una de las muestras. El contenido de fibras de cada uno de los tejidos era de aproximadamente 85%, siendo el 15% restante el material aglutinante polimerico que no contiene cera. Cada una de las muestras revestidas con cera A2-A8 y B2- B8 estaba revestidas con las siguientes ceras. Las muestras A2 y B2 estaban revestidas por ambas caras con Shamrock FLUOROSLIP™731MG, que es una mezcla de cera de polietileno, cera de carnauba y politetrafluoroetileno, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A3 y B3 estaban revestidas por ambas caras con Shamrock Hydropel QB, que es una aleacion de cera de parafina y una cera sintetica, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A4 y B4 estaban revestidas por ambas caras con Shamrock S-400 N5, que es una cera de etileno bis-estearamida, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A5 y B5 estaban revestidas por ambas caras con Shamrock Neptune 5031, que es una cera oxidada basada en politetrafluoroetileno, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A6 y B6 estaban revestidas por ambas caras con Shamrock S-232 N1, que es una mezcla de cera de polietileno y cera de carnauba, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A7 y B7 estaban revestidas por ambas caras con politetrafluoroetileno Shamrock SST-4MG, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Las muestras A8 y B8 estaban revestidas con politetrafluoroetileno Shamrock SST-2, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. Cada una de las muestras revestidas con cera consistfa en aproximadamente 2% en peso de la cera y 98% en peso del tejido compuesto, en peso del tejido mas la matriz/aglutinante y la cera. Cada una de estas muestras revestidas con cera fue revestida esparciendo manualmente un exceso de la cera sobre ambas superficies de la muestra, puliendo la cera alrededor de las superficies de la capa y separando el exceso de cera que no se adhena a las superficies de la capa. Seguidamente, cada una de las Muestras A2 a A8 y B2 a B8 se procesaron haciendolas pasar a traves de un laminador de lecho plano ajustado a 220°F (104,44°C) para prensar/fundir/fusionar la cera en/ sobre la superficie de la capa.

Cada una de las dieciseis muestras A1 a A8 y B1 a B8 arriba descritas fueron sometidas a ensayo en cuanto a la resistencia a la abrasion a traves de un metodo de ensayo con Diafragma Inflado modificado de la norma ASTM D3886. Las modificaciones al metodo de ensayo estandar ASTM D3886 consistfan en ajustar la carga superior a 2,27 kg (5 libras), la presion del diafragma a 27,6 kPa (4 psi) y el funcionamiento durante 2000 ciclos para la evaluacion. Las muestras A1 y B1 se consideraron controles que no estaban revestidos con cera sobre su superficie. Los resultados se cuantifican como “Pasa” o “Falla” en base al requisito de caractensticas de superficie no rota despues de 2000 ciclos (con un peso de la carga superior de 5 libras y una presion del diafragma de 4 psi). Tanto la muestra como el abrasivo eran identicos para cada uno de los ejemplos. La Tabla 2 resume los resultados.

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TABLA 2

Resistencia a la Abrasion

Metodo de Diafragma Inflado Modificado* ASTM 41D3886

Ejemplo: Muestra Revestimiento de Cera Resultado

1: A1 Ninguno Falla

2: A2 FLUOROSLIP™731MG Pasa

3: A3 Hydropel QB Pasa

4: A4 S-400 N5 Pasa

5: A5 Neptune 5031 Pasa

6: A6 S-232 N1 Pasa

7: A7 SST-4MG Pasa

8: A8 SST-2 Pasa

9: B1 Ninguno Falla

10: B2 FLUOROSLIP™731MG Pasa

11: B3 Hydropel QB Pasa

12: B4 S-400 N5 Pasa

13: B5 Neptune 5031 Pasa

14: B6 S-232 N1 Pasa

15: B7 SST-4MG Pasa

16: B8 SST-2 Pasa

* Modificado por: el peso de carga superior (sobre el abrasivo) se ajusto a 5 libras (2,27 kg) y el numero de ciclos se ajusto a 2000

Estos datos ilustran que la aplicacion de un revestimiento topico de cera sobre la superficie de un tejido compuesto mejora grandemente la resistencia a la abrasion y la durabilidad del tejido compuesto.

EJEMPLOS 17-33

Diversas muestras de tejido se sometieron a ensayo en cuanto al comportamiento balfstico tal como se ejemplifica mas adelante. Cada una de las muestras comprendfa fibras de aramida de 1000-deniere TWARON® tipo 2000 que estaba revestida con un material aglutinante polimerico e inclman cuarenta y cinco capas de fibras de 15” x 15” (38,1 cm x 38,1 cm). Para las muestras C1-C5, el material aglutinante era un polfmero de poliuretano no modificado, basado en agua. Para las muestras D1-D5, el material aglutinante era un polfmero de poliuretano basado en agua, no modificado. Para las Muestras B1-B4, el revestimiento que no contiene silicio es un polfmero acnlico basado en agua y modificado con fluorocarburos (84,5% en peso de copolfmero acnlico vendido como HYCAR® 26-1199, comercialmente disponible de Noveon, Inc. de Cleveland, Ohio; 15% en peso de resina fluorocarbonada NUVA® NT X490, comercialmente disponible de Clariant International, Ltd de Suiza; y 0,5% de tensioactivo no ionico Dow TERGITOL® TMN-3, comercialmente disponible de Dow Chemical Company de Midland, Michigan). Para las Muestras E1-E7, el material aglutinante fue una mezcla de fluoropolfmero/caucho de nitrilo (84,5% en peso de polfmero de caucho de nitrilo vendido como TYLAC® 68073 de Dow Reichhold de Carolina del Norte; 15% en peso de resina fluorocarbonada NUVA® TTH U; y 0,5% de tensioactivo no ionico Dow TERGITOL® TMN-3).

Cada una de las muestras de tejido eran telas no tejidas y consolidadas con una construccion de dos capas (dos unicintas), 0°/90. Las 45 muestras de capas de tejido teman un peso total y una TAD tal como se muestra en la Tabla 3. El contenido de fibras de cada uno de los tejidos era de aproximadamente 85%, siendo el resto del 15% el material aglutinante polimerico que no contiene cera identificado. Cada una de las muestras C2-C4, D2-D4, E2-E4 y E7 revestidas con cera se revistieron con cera Shamrock S-400 N5, que es una cera de etileno-bis-estearamida, comercialmente disponible de Shamrock Technologies. Inc. El revestimiento de cera consistfa en aproximadamente 2% del peso de cada una de las muestras en peso de las fibras mas la matriz/aglutinante y la cera. Cada una de las capas dentro de estas muestras revestidas con cera se preparo pesando primero cada una de las capas de tejido, revistiendo despues cada una de las capas con cera rociando manualmente un exceso de Shamrock S-400 N5 sobre las dos superficies de la capa, puliendo suavemente la cera alrededor de las superficies de la capa, separando la cera en exceso que no se adhiere a las superficies de la capa y volviendo a pesar las muestras para determinar la ganancia de peso. Adicionalmente, cada una de las capas de las Muestras C2, C3, D2, D3, E2, E3 y E7 se proceso haciendolas pasar a traves de un laminador de lecho plano ajustado a 104,44°C (220°F) para prensar, fundir, fusionar la cera en/sobre las superficies de la capa. Las muestras C1, D1, E1 y E6 eran muestras control brutas sin revestimiento topico de cera y sin procesamiento realizado.

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Las muestras C5, D5 y E5 eran muestras control procesadas que tampoco teman un revestimiento topico de cera, pero que se procesaron a traves del laminador de lecho plano a 104,44°C (220°F). La inclusion de muestras control brutas, muestras revestidas pero no procesadas, y muestras control procesadas se realizo para determinar si cualquier cambio en el comportamiento baKstico pod^a ser atribuido a la cera, o si el procesamiento tema tambien una influencia sobre el comportamiento.

Cada una de las muestras se sometio a ensayo en cuanto a V50 frente a balas de 9 mm, 124 granos, siguiendo las condiciones de ensayo estandarizadas de MIL-STD-662F. Artfculos de armadura resistente a las balas se pueden disenar y construir con el fin de conseguir un V50 deseado anadiendo o sustrayendo capas individuales de tejido resistente a las balas. Para el fin de estos experimentos, la construccion de los artfculos se estandarizo apilando un numero suficiente de capas de tejido (45) de modo que la densidad superficial total del artfculo era aproximadamente 5050 + 100 gsm (1,01 + 0,02 psf). La Tabla 3 resume los resultados.

TABLA 3

EJEMPLO: Muestra Peso (lbs.) TAD (lb/pie2) Cera Procesado V50 (pie/s)

17: C1 1,532 (0,695 kg) 0,98 (4,78 kg/m2) N/D N/D 1690 (515 m/s)

18: C2 1,573 (0,714 kg) 1,01 (4,93 kg/m2) S S 1804 (550 m/s)

19: C3 1,570 (0,712 kg) 1,00 (4,88 kg/m2) S S 1824 (556 m/s)

20: C4 1,613 (0,732 kg) 1,03 (5,03 kg/m2) S N/D 1794 (547 m/s)

21: C5 1,534 (0,696 kg) 0,98 (4,78 kg/m2) N/D S 1724 (525 m/s)

22: D1 1,590 (0,721 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) N/D N/D 1693 (516 m/s)

23: D2 1,600 (0,726 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) S S 1711 (522 m/s)

24: D3 1,590 (0,721 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) S S 1743 (531 m/s)

25: D4 1,598 (0,725 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) S N/D 1742 (531 m/s)

26: D5 1,545 (0,701 kg) 0,99 (4,83 kg/m2) N/D S 1648 (502 m/s)

27: E1 1,544 (0,700 kg) 0,99 (4,83 kg/m2) N/D N/D 1673 (510 m/s)

28: E2 1,584 (0,719 kg) 1,01 (4,93 kg/m2) S S 1779 (542 m/s)

29: E3 1,580 (0,717 kg) 1,01 (4,93 kg/m2) S S 1792 (546 m/s)

30: E4 1,584 (0,719 kg) 1,01 (4,93 kg/m2) S N/D 1802 (549 m/s)

31: E5 1,542 (0,699 kg) 0,99 (4,83 kg/m2) N/D S 1729 (527 m/s)

32: E6 1,550 (0,703 kg) 1,00 (4,88 kg/m2) N/D N/D 1710 (521 m/s)

33: E7 1,600 (0,726 kg) 1,00 (4,88 kg/m2) S S 1757 (536 m/s)

De manera muy inesperada, un analisis de la regresion de los datos anteriores encuentra que la presencia de un revestimiento de cera aumentaba la bala del V50 de 9 mm en aproximadamente 80 pies/segundo 24 m/s). Asf, los materiales de la invencion consiguen de manera deseable tanto una resistencia a la abrasion mejorada como una resistencia a la penetracion balistica mejorada.

EJEMPLOS 34-43

Otro conjunto de diversas muestras de tejido se ensayaron a continuacion en cuanto al rendimiento balfstico como se ejemplifica a continuacion. Cada una de las muestras comprendfa fibras de aramida TWARON® tipo 2000 de 1000 denier, que se revistieron con un material aglutinante polimerico, e inclman cuarenta y cinco capas de fibras de 37,5 cm x 37,5 cm (15" x 15"). Para las Muestras F1-F5, el material aglutinante era un polfmero acnlico a base de agua, modificado con fluorocarbonos (84,5% en peso de copolfmero acnlico vendido como HYCAR® 26477, comercialmente disponible de Noveon, Inc., de Cleveland, Ohio; 15% en peso de resina fluorocarbonada NUVA® LB, disponible comercialmente de Clariant International, Ltd. de Suiza; y 0,5% de tensioactivo no ionico Dow TERGITOL® TMN-3 disponible comercialmente de Dow Chemical Company de Midland, Michigan). Para las Muestras G1-G5, el material aglutinante era una mezcla de fluoropolfmero/poliuretano (polfmero de poliuretano 84,5% en peso vendido como SANCURE 20025, comercialmente disponible de Noveon, Inc., de Cleveland, Ohio;

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resina de fluorocarbono 15% en peso NUVA® NT X490 y 0,5% de Dow TERGITOL® TMN-3 tensioactivo no ionico).

Cada una de las muestras de tejido eran telas no tejidas, consolidadas con una construccion de dos capas (dos cintas unificadas), 0°/90°. Las muestras de tejido de 45 capas teman pesos totales y TAD tal como se muestra en la Tabla 4. El contenido de fibras de cada uno de los tejidos era de aproximadamente 85%, siendo el 15% restante el material aglutinante polimerico que no contiene cera identificado. Cada una de las muestras recubiertas de cera F4 y G4 se recubrieron con cera Shamrock S-232 N1, que es una mezcla de cera de carnauba y cera de polietileno, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc, Newark, NJ. Cada una de las muestras recubiertas de cera F5 y G5 se recubrieron con cera Shamrock FluoroSlip 731MG N1, que es una mezcla de cera de carnauba, cera de polietileno y politetrafluoroetileno, disponible comercialmente de Shamrock Technologies, Inc, Newark, NJ. Los revestimientos de cera consistfan en aproximadamente 2% del peso de cada una de las muestras en peso de las fibras, ademas de la matriz/aglutinante y la cera. Cada una de las capas dentro de estas muestras recubiertas de cera se peso y despues se recubrio con cera por aspersion manual de un exceso de cera en polvo sobre ambas superficies de la capa, se pulio suavemente la cera alrededor de las superficies de la capa, eliminando el exceso de cera que no se adhena a las superficies de la capa, y volviendo a pesar las muestras para determinar el aumento de peso. Ademas, cada una de las capas de muestras F4, F5, G4 y G5 se proceso mediante el paso a traves de un laminador de lecho plano fijado en 104,44°C (220°F) para presionar/fundir/fusionar la cera en/sobre la superficie de la capa. Las muestras F1, F2, G1 y G2 eran muestras de control brutas sin revestimiento de cera topico y no se llevo a cabo un procesamiento. Las muestras F3 y G3 eran muestras de control procesadas, que tampoco teman un revestimiento de cera topica, pero que fueron procesadas a traves del laminador de superficie plana a 104,44°C (220°F). La inclusion de ambas muestras de control brutas y las muestras de control procesadas se hizo para determinar si cualquier cambio en el comportamiento balfstico podna atribuirse a la cera, o si el procesamiento tambien tema una influencia sobre el comportamiento.

Cada una de las muestras se ensayo para V50 frente a balas 44 Magnum siguiendo las condiciones de ensayo estandarizadas de MIL-STD-662F. Se pueden disenar y construir artfculos de armadura resistentes a los proyectiles de manera que se consiga una V50 deseada anadiendo o restando capas individuales de tejido resistente a los proyectiles. Para los fines de estos experimentos, la construccion de los artfculos fue estandarizada mediante el apilamiento de un numero suficiente de capas de tejido (45) de manera que la Densidad de Area Total del artfculo era de aproximadamente 5050 ± 100 g por m cuadrado (1,01 ± 0,02 libras por pie cuadrado). La Tabla 4 resume los resultados.

TABLA 4

Ejemplo: Muestra Peso libras TAD libras/pie2 Cera Proceso V50 pie/s

34: F1 1,573 (0,714 kg) 1,01 (4,93 kg/m2) N/D N/D 1550 (472 m/s)

35: F2 1,545 (0,701 kg) 0,99 (4,83 kg/m2) N/D N/D 1630 (496 m/s)

36: F3 1,590 (0,721 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) N/D Si 1597 (487 m/s)

37: F4 1,613 (0,732 kg) 1,03 (5,03 kg/m2) S-232 N1 Si 1709 (521 m/s)

38: F5 1,590 (0,721 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) 731MG Si 1669 (508 m/s)

39: G1 1,532 (0,695 kg) 0,98 (4,78 kg/m2) N/D N/D 1538 (468 m/s)

40: G2 1,598 (0,725 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) N/D N/D 1502 (458 m/s)

41: G3 1,534 (0,696 kg) 0,98 (4,78 kg/m2) N/D Si 1581 (482 m/s)

42: G4 1,570 (0,712 kg) 1,00 (4,88 kg/m2) S-232 N1 Si 1629 (496 m/s)

43: G5 1,600 (0,726 kg) 1,02 (4,98 kg/m2) 731MG Si 1648 (502 m/s)

Siguiendo el patron observado en los Ejemplos 17-33, un analisis de regresion de los datos anteriores para los Ejemplos 34-43 encuentra que la presencia de un revestimiento de cera aumento de forma inesperada la V50 de 44 Magnum en aproximadamente 74 pies/segundo (23 m/s). Asf, los materiales de la invencion consiguen de forma

deseable tanto una mayor resistencia a la abrasion y una resistencia mejorada a la penetracion baUstica.

Aunque la presente invencion se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones preferidas, se apreciara facilmente por los expertos ordinarios en la tecnica que se pueden hacer diversos cambios y 5 modificaciones pueden hacerse sin apartarse del alcance de la invencion.

Se pretende que las reivindicaciones se interpreten para cubrir la realizacion descrita, las alternativas que han sido discutidas anteriormente y todos los equivalentes de la misma.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un material compuesto resistente a las balas que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo, donde dicho sustrato fibroso comprende una o mas fibras que tienen una tenacidad de 7,93 cN/dtex (7 g/denier) o mas y un modulo de traccion de 169,95 cN/dtex (150 g/denier) o mas; comprendiendo dicho revestimiento multicapa una capa de un material aglutinante polimerico sobre una superficie de dicha una o mas fibras, y una capa de cera sobre el material de revestimiento aglutinante polimerico, caracterizado por que dicha cera se fusiona con el material aglutinante polimerico-sustrato fibroso revestido.
2. El material compuesto resistente a las balas de la reivindicacion 1, en donde dicha cera se funde por medio de un laminador de lecho plano.
3. El material compuesto de la reivindicacion 1, en donde dicha cera comprende cera de abejas, cera china, cera de goma laca, cera de esperma de ballena, cera de lana, cera de arrayan, cera de candelilla, cera de carnauba, cera de ricino, cera de esparto, cera de Japon, cera de aceite de jojoba, cera de ouricury, cera de salvado de arroz, cera de soja, cera de ceresina, cera de montana, ozocerita, cera de turba, cera de parafina, una cera microcristalina, una cera de polietileno, cera de polipropileno, una cera de alfa-olefina, una cera de Fischer- Tropsch, una cera de estearamida, una cera de amida esterificada, una cera de amida saponificada o combinaciones de las mismas.
4. El material compuesto de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en donde dicha capa de cera comprende una mezcla de una cera con un polfmero que contiene fluor.
5. El material compuesto de la reivindicacion 1, en donde el material aglutinante polimerico comprende un polfmero de poliuretano, un polfmero de polieter, un polfmero de poliester, un polfmero de policarbonato, un polfmero de poliacetal, un polfmero de poliamida, un polfmero de polibutileno, un copolfmero de etileno-acetato de vinilo, un copolfmero de etielno-alcohol vimlico, un ionomero, un copolfmero de estireno-isopreno, un copolfmero de estireno-butadieno, un copolfmero de estireno-etileno/butileno, un copolfmero de estireno-etileno/propileno, un polfmero de polimetil-penteno, un copolfmero de estireno hidrogenado-etileno/butileno, un copolfmero de estireno funcionalizado con anhndrido maleico-etileno/butileno, un copolfmero de estireno funcionalizado con acido carboxflico-etileno/butileno, un polfmero de acrilonitrilo, un copolfmero de acrilonitrilo-butadieno-estireno, un polfmero de polirpopileno, un copolfmero de polirpopileno, un polfmero epoxi, un polfmero novolaca, un polfmero fenolico, un polfmero de ester vimlico, un polfmero de caucho de nitrilo, un polfmero de caucho natural, un polfmero de acetato-butirato de celulosa, un polfmero de polivinil-butiral, un polfmero acnlico, un copolfmero acnlico que incorpora monomeros no acnlicos, o combinaciones de los mismos.
6. El material compuesto de cualquier reivindicacion precedente, en donde dicho sustrato fibroso comprende un tejido formado a partir de una pluralidad de fibras.
7. El material compuesto de la reivindicacion 1, en donde dicha cera comprende de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 5,0% en peso de dicho material compuesto.
8. El material compuesto de la reivindicacion 1, en donde dicho material aglutinante polimerico comprende de aproximadamente 1% a aproximadamente 50% en peso de dicho material compuesto.
9. Un artfculo que comprende un material compuesto segun se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, preferiblemente en dondo dicho artfculoo es (i) un artfculo de armadura blanda, preferiblemente seleccionado de prendas de vestir, cubiertas y mantas; o (ii) un artfculo de armadura dura, preferiblemente seleccionado de cascos, paneles para vehfculos militares y escudos protectores.
10. Un metodo de formar un material compuesto resistente a las balas, que comprende:

i) proporcionar al menos un sustrato fibroso revestido que tiene una superficie; en donde dicho al menos un sustrato fibroso comprende una o mas fibras que tienen una tenacidad de 7,93 cN/dtex (7 g/denier) o mas y un modulo de traccion de 169,95 cN/dtex (150 g/denier) o mas; estando las superficies de dichas fibras revestidas con un material aglutinante polimerico;

ii) aplicar una cera sobre al menos una parte de dicho al menos un sustrato fibroso revestido; y

iii) fundir la cera al sustrato fibroso revestido por medio de un laminador de lecho plano.
11. El metodo de la reivindicacion 10, en el que dicha cera comprende cera de abejas, cera china, cera de goma

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laca, cera de esperma de ballena, cera de lana, cera de arrayan, cera de candelilla, cera de carnauba, cera de ricino, cera de esparto, cera de Japon, cera de aceite de jojoba, cera de ouricury, cera de salvado de arroz, cera de soja, cera de ceresina, cera de montana, ozocerita, cera de turba, cera de parafina, una cera microcristalina, una cera de polietileno, cera de polipropileno, una cera de alfa-olefina, una cera de Fischer-Tropsch, una cera de estearamida, una cera de amida esterificada, una cera de amida saponificada o combinaciones de las mismas.
12. El metodo de la reivindicacion 10, en el que dicha capa de cera comprende una mezcla de cera con un polfmero que contiene fluor.
13. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que dicho sustrato fibroso comprende un tejido formado por una pluralidad de fibras, preferiblemente en el que dicho tejido tiene dos superficies y la cera reviste una o ambas de dichas superficies del tejido.
14. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende, adermas, formar un artfculo a partir de dicho material compuesto, preferiblemente en el que el artfculo es como se define en la reivindicacion 9.
15. Un material compuesto resistente a las balas, que se forma al:

i) proporcionar al menos un sustrato fibroso revestido que tiene una superficie; en donde dicho al menos un sustrato fibroso comprende una o mas fibras que tienen una tenacidad de 7,93 cN/dtex (7 g/denier) o mas y un modulo de traccion de 169,95 cN/dtex (150 g/denier) o mas; estando las superficies de dichas fibras revestidas con un material aglutinante polimerico;

ii) aplicar una cera sobre al menos una parte de dicho al menos un sustrato fibroso revestido; y

iii) fundir la cera al sustrato fibroso revestido por medio de un laminador de lecho plano.