MX2012009604A

MX2012009604A - Uso de peliculas orientadas en la direccion de la maquina de articulos balisticos.

Info

Publication number: MX2012009604A
Application number: MX2012009604A
Authority: MX
Inventors: Chinkalben Patel
Original assignee: Barrday Inc
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-28

Abstract

Se describen artículos protectores y/o resistentes a balística elaborados de una o más capas de tela enlazada a una o más capas de una película orientada en la dirección de la máquina. Los artículos descritos exhiben excelente resistencia a la abrasión. Los artículos incluyen los elaborados utilizando telas tejidas y/o no tejidas, tal como telas unidireccionales. También se describen métodos para producir artículos resistentes a la balística utilizando telas tejidas y no tejidas y películas orientadas en la dirección de la máquina.

Description

USO DE PELÍCULAS ORIENTADAS EN LA DIRECCIÓN DE LA MÁQUINA DE ARTÍCULOS BALÍSTICOS Solicitudes Relacionadas Esta Solicitud del Tratado de Cooperación de Patentes, reclama el beneficio de 35 USC 119, con base en la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional Norteamericana también pendiente No. 61/306,293, presentada el 19 de febrero de 2010, la cual está incorporada en su totalidad a la presente invención como referencia.

Campo de la Invención La presente solicitud se refiere al campo de artículos resistentes - balísticos y protectores, y más particularmente a compuestos de tela adecuados para utilizarse en artículos resistentes a la balística.

Antecedentes de la Invención Los compuestos protectores de alto desempeño adecuados para utilizarse en artículos punzocortantes, puñales, impacto, dinamita y/o resistentes a la balística son conocidos en la técnica. Dichos materiales con frecuencia incluyen capas de telas tejidas o no tejidas elaboradas de fibras o hilos de alto desempeño. Las telas no tejidas comúnmente utilizadas incluyen telas unidireccionales (UD), con capas de fibras alineadas para estar sustancialmente paralelas entre sí a lo largo de una dirección de fibra común.

Normalmente, las resinas de matriz, películas o combinación de ambas, se utilizan en partículas de tela de alto desempeño o resistentes a la balística, para sujetar las fibras en una orientación deseada, para promover la adhesión entre capas de telas adyacentes o que sirven como una capa protectora de la superficie exterior. Las películas o laminados comúnmente utilizados, incluyen los elaborados mediante materiales elastoméricos de soplado por extrusión, tal como copolímeros de bloque estirénico, poliolefinas, poliésteres, ásteres de poliéter o poliamidas. Las resinas comúnmente utilizadas incluyen resinas elastoméricas o poliméricas duras, tal como las elaboradas de copolímeros de bloque estireno o poliisoprenos, etc.

Normalmente, las resinas de matriz, películas o combinación de ambas se utilizan en artículos de tela de alto desempeño o resistentes a la balística para sujetar las fibras en una orientación deseada, para promover la adhesión entre capas de tela adyacentes o para servir como una capa protectora de la superficie exterior. Las películas o laminados comúnmente utilizados incluyen los elaborados mediante materiales elastoméricos de soplado por extrusión, tal como copolímeros de bloque estirénico, poliolefinas, poliésteres, ésteres de poliéter o poliamidas. Las resinas comúnmente utilizadas incluyen resinas elastoméricas o poliméricas duras, tal como las elaboradas de copolímeros de bloque estireno o polüsoprenos, etc.

En artículos resistentes a la balística de blindaje blando, la resistencia a la abrasión es una cualidad muy importante. Los artículos de blindaje blando, normalmente están comprendidos de múltiples capas de materiales compuestos tal como telas unidireccionales (UD). Como resultado, las capas adyacentes dentro del artículo balístico, se erosionan unas contra las otras durante el manejo y desgaste normal. Para asegurar que el desempeño y la integridad del producto no se ven comprometidas debido a la abrasión durante las operaciones de rutina y el desgaste regular, las telas adecuadas para utilizarse en artículos balísticos son probadas con respecto a valores de umbral de resistencia a la abrasión específicos, tales como ASTM D3886-99 (Stoll Abrasión).

Muchos productos UD tienen resistencia a la abrasión limitada cuando se prueban contra UD o telas tejidas. Particularmente en aplicaciones de blindaje blando, las superficies externas de UD están laminadas con películas termoplásticas. Las películas normalmente se adhieren en forma ligera a las láminas UD, para minimizar la impregnación de las fibras mediante la película o adhesivo. Como resultado, durante las pruebas de abrasión, las películas de polímero salen con relativa facilidad y se debilita fácilmente la construcción de la fibra.

La resistencia a la abrasión también es una cualidad deseable en artículos balísticos duros, que son relativamente inflexibles en comparación con artículos balísticos blandos. Las capas externas de material resistente a la abrasión en artículos balísticos duros, pueden ayudar a evitar fallas estructurales de los materiales compuestos subyacentes en respuesta a un ambiente abrasivo.

Existe la necesidad de artículos resistentes a la balística y protectores mejorados, y en particular, compuestos resistentes a la balística y protectores con resistencia a la abrasión mejorada.

Breve Descripción de la Invención La presente descripción se refiere de manera general a materiales protectores novedosos, ensambles de los mismos, y a métodos a través de los cuales se elaboran. Más específicamente, la presente descripción describe el uso de Películas orientadas en la dirección de la máquina UD en la construcción de compuestos tejidos y no tejidos para utilizarse en artículos protectores o resistentes a la balística, que exhiben excelente resistencia a la abrasión.

En un aspecto de la descripción, se ha determinado que los materiales protectores elaborados con una película de polímero MDO, tienen excelentes propiedades de resistencia a la abrasión. En particular, los materiales protectores elaborados con compuestos de tela laminados con películas de polímero MDO, han mostrado tener una resistencia a la abrasión tanto excelente como consistente. En contraste, los compuestos de tela elaborados utilizando películas de polímero soplado de grado regular, exhibieron resistencia a la abrasión altamente variable y relativamente deficiente.

Por consiguiente, en una modalidad se proporciona un compuesto resistente a la balística que comprende una o más capas de una película MDO enlazada a una o más capas de tela. En una modalidad, la película MDO se enlaza directamente a la tela. En una modalidad, la película MDO se enlaza a una red consolidada de tela en contacto con un material de matriz. En una modalidad, la tela es una tela unidireccional. En una modalidad, la película MDO puede estar laminada en las superficies internas o enterradas de una construcción tejida o no tejida de laminado múltiple.

En una modalidad, se proporciona un compuesto resistente a la balística que comprende una o más capas de telas en contacto con una matriz y una película MDO, en donde la película MDO está laminada en al menos una parte de la superficie exterior del compuesto. La tela puede ser una tela tejida o una tela no tejida. En una modalidad, la tela es una tela unidireccional, y las fibras de la tela unidireccional se mantienen en su lugar a través de la matriz. En una modalidad, el compuesto resistente a la balística comprende dos o más capas de tela unidireccional que se laminan en forma cruzada, de modo que la dirección de la fibra en las láminas adyacentes es perpendicular.

En una modalidad, la película MDO tiene menos de 2 mil (50.8 mieras) de grosor, o menos de 0.6 mil (15.2 mieras) de grosor. Opcionalmente, la película MDO tiene entre 0.25 mil (6.4 mieras) y 0.75 mil (19.1 mieras) de grosor. En una modalidad, la película MDO está elaborada de material polimérico, tal como polietileno. En una modalidad, la película MDO tiene una proporción de extracción de entre 1:2 y 1:10.

En una modalidad, el compuesto resistente a la balística comprende una matriz. En una modalidad, la matriz es una matriz de resina elastomérica . En una modalidad, la matriz es un copolímero de bloque de estireno-isopreno-estireno, tal como los disponibles bajo los nombres comerciales de Prinlin B7137 HV y AL. Opcionalmente, la matriz puede comprender entre 1% y 80% del peso total del compuesto. En una modalidad, la matriz comprende más del 15% del peso total del compuesto. En una modalidad, la matriz comprende entre 15% y 20% del peso total del compuesto, o aproximadamente 17% de peso total del compuesto. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "peso total del compuesto", se refiere al peso seco de las fibras de alto desempeño, que comprenden la tela tejida o no tejida constituyente y la matriz, y excluye el peso de cualesquiera capas de película adicionales, tales como MDO u otras películas.

En una modalidad, los compuestos resistentes a la balística aquí descritos, exhiben excelente resistencia a la abrasión. En una modalidad, el compuesto resistente a la balística, cuando se prueba de acuerdo con ASTM D3886-99, excede un valor de umbral de 2500 ciclos sin mostrar signos de degradación significativa o notable para la película MDO. En una modalidad, el compuesto resistente a la balística cuando se prueba de acuerdo con ASTM D3886-99, excede un valor de umbral de 2500 ciclos, sin mostrar una separación mayor a 3 mm en la primera capa de los hilos de la tela adyacentes a la película MDO. En una modalidad, el compuesto resistente a la balística excede un valor de umbral de 5,000 o 10,000 ciclos cuando se prueba de acuerdo con ASTM D3886-99.

En otro aspecto, se proporcionan artículos resistentes a la balística, que comprende una pluralidad de compuestos resistentes a la balística tal como aquí se describen. En una modalidad, las capas de un compuesto resistente a la balística se apilan o combinan para formar un artículo que exhibe un nivel deseado de protección balística, tal como se sabe en la técnica.

En otro aspecto, se proporciona un método para producir un artículo resistente a la balística que comprende aplicar una película MDO sobre al menos una superficie de una red consolidada de una o más capas de tela en contacto con una matriz, y laminando la película MDO en la superficie de la red consolidada. En una modalidad, el método comprende utilizar calor y/o presión para laminar la película MDO a la superficie de la red. En una modalidad, el método comprende el uso de un adhesivo para laminar la película MDO a la superficie de la red.

Los aspectos y ventajas adicionales de las modalidades aquí descritas, podrán ser apreciados a partir de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos.

Breve Descripción de los Dibujos Para una mejor comprensión de las modalidades aquí descritas, y para mostrar en forma más clara como se pueden llevar a cabo, a continuación se hará referencia, únicamente a manera de ejemplo, a los dibujos adjuntos, los cuales muestran al menos una modalidad de ejemplo, y en los cuales: La figura 1 muestra una sección transversal de un compuesto resistente a la balística de acuerdo con una modalidad de la presente descripción. Se laminan en forma cruzada 4 capas de tela unidireccional, de modo que las capas adyacentes de fibra sean perpendiculares. Las capas de fibra normalmente están rodeadas por una matriz (no mostrada), la cual mantiene las fibras en la orientación deseada. La película MDO se lamina en las superficies exteriores de la tela compuesta UD de 4 láminas.

La figura 2, muestra fotografías después de las pruebas de abrasión tal como se establecen en los ejemplos 1 y 2, de materiales protectores elaborados de un compuesto unidireccional con una película regular (A), un compuesto unidireccional con una película regular más un agente de deslizamiento (B), y un compuesto unidireccional elaborado con una película MDO (C).

La figura 3, muestra una representación gráfica de una tolerancia a la abertura (hueco) máxima aceptable para probar la abrasión (3 mm) de acuerdo con ASTM D3886-99 tal como se describe en el Ejemplo 1.

Descripción Detallada de la Invención Se ha determinado que el uso de una película orientada en la dirección de la máquina (MDO), es útil en la construcción de artículos protectores y/o resistentes a la balística. Tal como aquí se describe, los compuestos de tela de alto desempeño que comprenden películas MDO, exhiben resistencia a la abrasión mejorada para compuestos comparables elaborados utilizando películas regulares.

Por consiguiente, las modalidades aquí descritas incluyen compuestos resistentes a la balística que comprenden una película MDO laminada en una o más capas de tela, ensambles de los mismos, su uso y métodos a través de los cuales se elaboran. En una modalidad, la película MDO está enlazada o laminada a un compuesto que comprende una o más capas de tela de alto desempeño en contacto con una matriz.

Las modalidades de ejemplo hacen uso de una tela elaborada de lo que comúnmente es descrito como fibras de alto desempeño. Hablando de manera general, una fibra de alto desempeño es una fibra que tiene una tenacidad de aproximadamente 15 gramos por denier y superior, y un módulo de tensión de al menos aproximadamente 400 gramos por denier. Los ejemplos son fibras de aramid o para-aramid, fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto, poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) (PBO), fibras de poliolefina, fibras de cristal líquido y fibras de vidrio. Las fibras de aramid y de aramid de copolímero son producidas comercial mente por DuPont, Teijin Aramid y Teijin bajo los nombres comerciales de Kevlar™, Twaron™ y Technora™, respectivamente. Las fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto son producidas comercialmente por Honeywell, DSM y Mitsui bajo los nombres comerciales de Spectra™, Dyneema ™ y Tekmilon™, respectivamente. Las fibras y cintas de polietileno son producidas por Integrated Textile Systems Inc. y se venden bajo el nombre comercial de Tensylon™. Poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) (PBO) es producida por Toyobo bajo el nombre comercial de Zylon™. Las fibras de poliolefina son producidas bajo el nombre comercial de Innegra™. Los polímeros de cristal líquido son producidos por Kuraray bajo el nombre comercial de Vectran™. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "fibra" se refiere a un cuerpo alargado para el cual la dimensión de longitud es mayor a la dimensión o ancho transversal. El término "fibra" incluye filamentos, cintas, tiras u otras fibras de forma irregular con una sección transversal simétrica o asimétrica. En algunas modalidades, una pluralidad de fibras que corren en la misma dirección longitudinal puede constituir una fibra/hilo.

Otras telas contempladas para utilizarse en modalidades de los materiales protectores aquí descritos, incluyen las elaboradas de una fibra de polipropileno de cadena extendida, fibra de alcohol polivinílico, fibra de poliacrilonitrilo y fibra de carbono.

Quedará entendido que una tela utilizada en particular, puede ser elaborada de un tipo de fibra simple, o de varios tipos de fibras. La tela también puede incluir varios tipos de fibras en cada hilo o en diferentes hilos que se combinan para elaborar una capa de tela.

Tal como se utiliza en la presente invención, el término "tela" o "capa de tela" se refiere a una pluralidad de fibras que han sido ajustadas para formar una lámina continua. La tela puede ser una estructura o red de fibras tejidas o no tejidas, con tejido de punto. Las telas tejidas incluyen cualquier trama, tal como una trama plana, trama de arañuela, trama de canasta, trama de satín, trama formando surcos diagonales, tramas de propietario o similares. La tela también puede estar laminada, esto es, consistir en una o más capas unidas juntas utilizando un adhesivo, adhesivo térmico, costura, matriz o cualquier otro método conocido en la técnica para combinar capas de tela.

En una modalidad, la tela es una tela unidireccional no tejida (UD). Tal como se utiliza en la presente invención, una "capa de tela unidireccional" se refiere a una serie de fibras combinadas para formar una lámina continua, en donde las fibras todas están alineadas sustancialmente paralelas en una dirección longitudinal común. En una modalidad, las fibras se mantienen en su lugar en una tela UD utilizando una matriz, resina, película, costura, tela tejida de punto o tela tejida o cualquier otro método conocido en la técnica. En una modalidad, las fibras en una capa de tela unidireccional se mantienen en su lugar a través de una o dos capas adyacentes de película MDO adhesiva.

Tal como se utiliza en la presente invención, el término "compuesto" se refiere a un material que comprende fibras de alto desempeño en contacto con una matriz. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "matriz" se refiere a un material que contacte y consolida las fibras en un compuesto. En una modalidad, la matriz es una matriz de resina termoplástica o matriz de resina polimérica elaborada de copolímeros de bloque estirénico, poliisopreno, copolímeros de etileno-propileno, caucho de butadieno de nitrilo, butiral de polivinilo, copolímero de acetato de vinilo de etileno, policetonas, policloropreno, acetato de polivinilo, poliisobutileno o amida de bloque de poliéter. En una modalidad, la matriz es un copolímero de estireno-isopreno-estireno o matriz de resina. En una modalidad, la matriz es una matriz elastomérica. Normalmente, el uso de una matriz elastomérica en un compuesto resistente a la balística tal como aquí se describe, dará como resultado un compuesto flexible adecuado para utilizarse en aplicaciones de blindaje blando. Las propiedades preferidas de una matriz elastomérica incluyen: módulo de tensión <6,000 psi (421.84 kg/cm2), resistencia a la tensión <500 psi (35.15 kg/cm2), elongación >500% y Tg (transición de vidrio) >0°C.

En una modalidad, la matriz es una matriz balística dura. Normalmente, el uso de una matriz balística dura en un compuesto resistente a la balística, tal como aquí se describe, dará como resultado un compuesto inflexible adecuado para utilizarse en aplicaciones de blindaje duro. Las propiedades preferidas para una matriz balística dura incluyen: módulo de tensión: >1000 psi (70.30 kg/cm2), resistencia a la tensión >500 psi (35.15 kg/cm2), elongación <1,000% y Tg >-30°C.

Las propiedades mecánicas de una matriz pueden mejorarse elaborando en compuesto los polímeros base con rellenadores tales como negro de carbono, macrosílice, nanosílice, nanoarcilla, nanoarcilla exfoliada, etc. y se pueden vulcanizar mediante azufre, peróxido, óxido de metal o técnicas de reticulación UV/EB las cuales son bien conocidas en la tecnología del caucho. Las combinaciones de varios sistemas elastoméricos que se pueden utilizar juntas, o se pueden combinar uno o más materiales de elastómero con uno o más sistemas de matriz termoplástica tal como se sabe en la técnica.

En una modalidad, las telas unidireccionales son producidas impregnando una o más capas de fibras unidireccionales con una matriz o sistema de resina termoplástica tal como se sabe comúnmente en la técnica. Por ejemplo, en una modalidad, las fibras de alto desempeño se recubren o encapsulan con una matriz que enlaza las fibras en una lámina de tela consolidada. En una modalidad, dos o más capas de tela unidireccional pueden ser laminadas en forma cruzada juntas para formar una lámina simple que se puede utilizar en la construcción de artículos balísticos. La matriz se puede aplicar a las fibras en una cantidad de formas conocidas en la técnica, tal como mediante baño, rociado o recubrimiento con rodillo de las fibras con una solución de matriz, seguido de un paso de secado. La matriz también se puede aplicar como una emulsión de gel en un solvente el cual se evapora posteriormente. Los compuestos resistentes a la balística tal como aquí se describe, se pueden producir con una matriz que comprende entre 1% y 80% de peso total del compuesto. En una modalidad, la matriz comprende más del 10%, más del 15% o entre 15% y 20% del peso total del compuesto. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "peso total del compuesto" se refiere al peso seco de las fibras de alto desempeño que comprenden la tela tejida o no tejida constituyente y la matriz, y excluye el peso de cualesquiera capas de película adicionales, tales como MDO u otras películas.

Tal como se utiliza en la presente invención, una "película orientada en la dirección de la máquina" o "película MDO", se refiere a una película elaborada de un polímero o combinación de polímeros que han sido tensados bajo una tensión uni-axial, de modo que los polímeros en la película quedan alineados en la dirección de la tensión.

En algunas modalidades, la película orientada en la dirección de la máquina (MDO) consiste en una película producida orientando películas de extrusión por fundición. Por ejemplo, se puede extruir una película de polímero derretido sobre un rodillo de enfriamiento, el cual lo extingue en un estado amorfo. La película posteriormente puede ser orientada en forma uniaxial, extrayendo la película en la "dirección de la máquina", tal como utilizando rodillos calentados o en un horno calentado.

Las películas orientadas en la dirección de la máquina (MDO) tienen propiedades físicas mejoradas en comparación con películas de polímero orientadas en forma aleatoria debido a su orientación molecular lineal. El someter una película de polímero a una tensión uni-axial, da como resultado que las moléculas de polímero queden orientadas en la dirección de la tracción.

Otros métodos para producir películas MDO, incluyen llevar a cabo primero un método conocido en la técnica para producir una película, tal como cilindrar, extrusión por fundición, co-extrusión por fundición, extrusión de película soplada o co-extrusión de película soplada seguido de estiramiento de la película. En una modalidad, la película se estira alimentándola a través de una serie de rodillos de extracción diferencial, en donde los rodillos corren a velocidades en incremento gradual. En algunas modalidades, los rodillos se calientan para facilitar el proceso de estiramiento. En algunas modalidades, la película se enfría después del estiramiento con el objeto de ajustar la orientación de la película. La película se puede extraer sólo una vez, o múltiples veces. Los ejemplos de sistemas de orientación MDO comercialmente disponibles, incluyen los disponibles en Eclipse Film Technologies, Hamilton, Ohio, USA, tal como XE0-07014B y XEO-07014.

Las películas MDO pueden elaborarse de polímeros o copolímeros conocidos en la técnica, tales como pero sin limitarse a, poliolefinas, polietileno, polipropilenos, poliésteres, ésteres de poliéter, poliamidas, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, cloruro de polivinilo, cloruro de poli vinilideno, alcohol de polivinilo, acetato de polivinilo, poliestireno, copolímeros de alcohol vinílico de etileno, terpolímero de etileno-propileno-butileno, copolímeros de polimonoclorotrifluoroetileno y todos los materiales prácticos de película polimérica.

En una modalidad, la película MDO tiene un grosor menor a 2 mil (50.8 mieras). Opcionalmente, la película MDO tiene un grosor menor a 0.6 mil (15.2 mieras), menor a 0.35 mil (8.9 mieras), o menor a 0.25 mil (6.4 mieras). En una modalidad, la película MDO tiene un grosor de aproximadamente 0.5 mil (12.7 mieras).

En una modalidad, la proporción de extracción de la película MDO es de entre 1:1.5 y 1:20. En una modalidad, la proporción de extracción de la película MDO es de entre 1:2 y 1:10, o entre 1:3 y 1:8. Un experto en la técnica apreciará que una proporción de extracción adecuada para una película MDO, dependerá del polímero constituyente utilizado para fabricar la película.

En una modalidad, se proporciona un artículo resistente a la balística que comprende al menos una capa de tela unidireccional y al menos una película MDO, en donde la película MDO se adhiere al menos a una parte de una superficie exterior del compuesto.

Las capas que constituyen los compuestos resistentes a la balística aquí descritos, se pueden enlazar o laminar juntos a través de varias técnicas conocidas en el arte, tal como la aplicación de un adhesivo entre las capas, la aplicación de calor y/o presión, o la adhesión física de las capas, tal como mediante costura o perforación con agujas de las capas. Las capas de la presente invención también se pueden asegurar juntas a través de una combinación o pluralidad de medios.

En una modalidad, la película MDO se lamina a un compuesto. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "laminado" se refiere a contactar dos superficies de modo que se adhieran entre sí. En una modalidad, la película MDO se lamina para el compuesto, contactando a la superficie de la película con el compuesto y aplicando calor y/o presión. En una modalidad, la película y compuestos se adhieren a través de la acción de la matriz que contacta y se adhiere a la película MDO. Por ejemplo, la tela puede comprender un recubrimiento o matriz que actúa como el agente de enlace para laminar la tela a la película MDO cuando se aplica calor y/o presión a la película MDO y tela UD. En una modalidad, los enlazadores, adhesivos y/o resinas elastoméricas de módulo bajo, se utilizan para laminar la película MDO a la tela o compuesto.

En una modalidad, la película MDO se enlaza a una capa de tela, matriz o compuesto utilizando un adhesivo. Por ejemplo, en una modalidad, la película MDO se recubre con un adhesivo en un lado de la película, y posteriormente el lado recubierto se aplica a la superficie de la capa del compuesto o de tela. En una modalidad, el compuesto o capa de tela se puede recubrir con un adhesivo adecuado antes de aplicar la película MDO a la superficie de la tela.

Las películas MDO pueden unirse o laminarse a la superficie de un compuesto o a una capa de tela en cualquier orientación. Por ejemplo, cuando la capa de tela es una tela UD, la orientación axial de la película MDO y la dirección de las fibras en una capa UD adyacente, pueden estar en cualquier ángulo. Por ejemplo, se puede laminar una capa UD con una película MDO, de modo que la orientación molecular de la película sea perpendicular a la orientación de la fibra en la capa UD. El punto más débil de la capa unidireccional simple (monocapa) es la dirección perpendicular a la dirección de la fibra. Por consiguiente el uso de una película MDO puede reforzar la estabilidad horizontal o transversal (estabilidad de 90 grados, dirección perpendicular a las fibras) de una capa UD. En una modalidad, la dirección axial de la película MDO y la dirección de la fibra en una capa UD adyacente son compensadas por rotación, tal como 0 grados, 45 grados o 90 grados.

En algunas modalidades, también es conveniente tratar previamente el compuesto, la tela (o como alternativa las fibras de las cuales se elabora la tela, para permitir que la película MDO o matriz se adhiera de mejor manera al compuesto o capa de tela. Por ejemplo, la tela o compuesto puede ser tratada con plasma, tratada con corona, restregada o sometida a otros tipos de tratamiento previo.

Se podrá apreciar que en una modalidad, los artículos balísticos descritos en la presente solicitud, consisten en una capa simple de película MDO adherida a una capa simple de tela, de modo que la película MDO se encuentra únicamente en un lado de la tela. Como alternativa, la película MDO puede ser laminada o enlazada a ambos lados de una tela. En algunas modalidades, la película MDO se enlaza únicamente a una parte de una capa de tela.

Otras modalidades incluyen construcciones en donde se laminan múltiples capas de tela entre capas adyacentes de película MDO. Las modalidades aquí descritas también incluyen las elaboradas de diferentes condiciones de película MDO y tela. Por ejemplo, en una modalidad, las capas de película MDO pueden ser dispersas internamente con las capas de tela unidireccional. Con frecuencia, al menos una capa externa del artículo será una capa de película MDO.

La figura 1 muestra una modalidad de un compuesto resistente balístico que consiste en seis de capas de laminado elaboradas de cuatro láminas de tela unidireccional y dos capas exteriores de película MDO. Normalmente, las láminas de tela unidireccional están contenidas dentro de una matriz (no mostrada). Se enlaza una capa de película adhesiva MDO a cada una de las capas de superficie externa del artículo. En una modalidad, las capas de tela unidireccional se laminan en forma cruzada, de modo que la dirección de las telas de alto desempeño en las capas adyacentes de tela UD, queden perpendiculares entre sí. Opcionalmente, la dirección de la máquina de la película es perpendicular a la dirección de la fibra en la capa de tela unidireccional adyacente.

En una modalidad, la película MDO se utiliza para enlazar láminas simples de material UD o cualquier combinación de capas en un material de láminas múltiples. En una modalidad, la película MDO es la capa de superficie externa de la construcción UD de laminado múltiple. En una modalidad, una pluralidad de capas de tela se consolida juntas en una matriz o resina, y posteriormente la película MDO se enlaza o lamina a las superficies de tela exteriores de la red consolidada.

Se podrán apreciar diversas ventajas a partir de las modalidades aquí descritas. En una modalidad, los compuestos aquí descritos exhiben resistencia a la abrasión mejorada. Tal como se muestra en el Ejemplo 4, el desempeño balístico de los compuestos elaborados de película MDO, es comparable con el de los compuestos elaborados con una película regular, aunque también tiene resistencia a la abrasión mejorada.

En algunas modalidades, el grosor reducido de la película MDO en comparación con otros laminados de película, reduce el grosor y peso general del artículo balístico. En otras modalidades, los artículos elaborados de acuerdo con la presente descripción, se benefician de la resistencia incrementada a los impactos balísticos.

Tal como se sabe en la técnica, se pueden probar construcciones de tela con respecto a la resistencia a la abrasión de acuerdo con el estándar de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) ASTM 3886-99. Las construcciones de tela utilizadas en prendas protectoras, generalmente deben exceder un valor de umbral de 2000 ciclos cuando se prueban de acuerdo con ASTM D3886-99, utilizando un aparato de diafragma inflado. Tal como se muestra en los Ejemplos 2 y 3, las pruebas de abrasión de los artículos elaborados con una película MDO de acuerdo con ASTM D3886-99, no únicamente sobrepasan el límite de 2000 ciclos, sino que incluso después de más de 10,000 rotaciones, los artículos balísticos producidos utilizando MDO, no mostraron signos de deterioro. No se formaron desgarres, agujeros o poros notables en la película MDO de 0.5mil durante las diversas pruebas de abrasión llevadas a cabo, y como resultado no se vieron impactadas las fibras en la construcción UD adyacente a la capa externa MDO. Además, con una película MDO consistente y repetible, se lograron resultados de abrasión cuando se comparan con películas de polímero de soplado regular. Los materiales protectores elaborados utilizando películas de grado regular raramente pasaron el requerimiento de 2000 ciclos, e incluso si un producto pasó el requerimiento de 2000 ciclos, la capacidad de repetición de éxito fue aleatoria y baja. Además, las muestras que pasaron aún mostraron una degradación de fibras y aberturas menores a 3mm o cercanas a 3mm formadas con el tiempo en muestras que se exponen a 2000 rotaciones. En algunos casos, la UD laminada con una película de polietileno regular se degradó en tan pocas como 100 rotaciones. La figura 3, proporciona una ilustración de la tolerancia de la abertura (hueco) para probar la abrasión (3 mm) de acuerdo con ASTM D3886-99.

La figura 2, muestra fotografías de muestras después de las pruebas de resistencia a la abrasión de (A) el material de película U500-Regular, (B) la película U500-Regular con un agente de deslizamiento y (C) película U500-MDO. La degradación de fibra significativa se puede observar en muestras elaboradas de U500 laminado con una película "Regular", así como U500 laminada con una película "Regular" con un agente de deslizamiento de carbonato de calcio precipitado conocido bajo el nombre comercial de Albaglos®. Las muestras que comprenden U500 laminado con película MDO (C) no mostraron degradación de las fibras y formación de aberturas, y la película aún estuvo intacta en la superficie del artículo.

En algunas modalidades, la película MDO también actúa como una barrera para el agua y otros materiales que pueden afectar negativamente el desempeño balístico de la capa de tela.

En una modalidad, se proporcionan artículos que comprenden una pluralidad de compuestos resistentes a la balística, tal como se describe en la presente invención, distribuidos en una pila. En una modalidad, los materiales o artículos protectores aquí descritos comprenden un agente de deslizamiento entre capas adyacentes de materiales en una pila. Por ejemplo, las capas de compuestos resistentes a la balística pueden distribuirse en una "pila" y combinarse, tal como en una envoltura o mediante cosido de punto alrededor de la periferia, para permitir el movimiento relativo de las capas adyacentes para utilizarse en aplicaciones de blindaje blando. En otras modalidades, los compuestos resistentes a la balística aquí descritos, se pueden combinar y utilizar en aplicaciones de blindaje duro.

Los artículos que se pueden beneficiar de ser fabricados de compuestos resistentes a la balística aquí descritos en la presente solicitud incluyen, pero no se limitan a, blindaje de cuerpo blando, placas y protecciones personales de blindaje duro, blindaje de vehículos, mantos y trajes para bombas, trajes para despeje de minas, cascos, mantos de supresión de ráfagas eléctricas, vestiduras de fragmentación, equipo de asistencia de bomberos, vestimenta de trabajo resistente al calor y flamas, artículos para protección de cuchillas, artículos resistentes a penetración mediante objetos afilados, delantales resistentes a cortes y grietas de motosierra.

Los ejemplos no limitantes que se encuentran a continuación, son ilustrativos de la presente descripción: EJEMPLOS Ejemplo 1: Resistencia a la Abrasión de Materiales Protectores U500 Con o Sin Agentes de Deslizamiento Se probaron muestras de materiales protectores UD, de acuerdo con ASTM D3886-99 (Método de Prueba de Abrasión Stoll) utilizando un aparato de diafragma inflado con los siguientes parámetros: • Carga: 5 libras (2.26 kg) • Presión: 4 psi (0.28 kg/cm2) · Abrasivo: Contra sí mismo • Tipo de abrasión: Multidireccional Se requieren dos muestras para el método de prueba de abrasión Stoll (ASTM 3886-99). Se monta una pieza circular en un aparato de diafragma inflado, el cual gira 360 grados durante la duración de la prueba. La segunda pieza es una muestra rectangular, la cual se monta al aparato de prueba y se mueve en forma longitudinal durante la duración de la prueba. Las piezas circulares y rectangulares son erosionadas contra la otra, y el número de ciclos para desgasta se registra. Entre más ciclos puede tolerar un conjunto de muestras sin generar cualesquiera aberturas o signos o deterioro del producto, mayores son las propiedades de resistencia a la abrasión de una tela.

Las muestras de material UD de compuesto U500, fueron probadas con respecto a la resistencia a la abrasión, tanto con y sin el uso de un agente de deslizamiento Albaglos™.

El UD compuesto U500 "Regular", es un producto unidireccional de láminas múltiples producido utilizando la fibra Kevlar K129, 1580dtex y 17% de matriz Prinlin en una configuración 0/90/0/90 con dos películas termoplásticas de polietileno de 0.25 mil (6.4 mieras) laminadas en las superficies externas. La configuración final del producto es de f/0/90/0/90/f , en donde 0/90/0/90 se refiere al ángulo de consolidación de las monocapas UD y "f" se refiere a la película. La construcción del producto U500 "Regular" se elabora con una película de polietileno regular de 0.25 mil.

Tal como se muestra en la Tabla 1, el uso de un agente de deslizamiento generalmente no muestra alguna mejoría significativa en la resistencia a la abrasión del material.

Además, aunque algunas" de las muestras de la prueba U500-Regular excedieron el valor de umbral de 2000 ciclos, estas muestras mostraron debilidad, aunque no se formaron en la lámina de prueba aberturas mayores a 3 mm. En otras muestras, las pruebas de abrasión condujeron rápidamente a la degradación de la capa de tela y a aberturas mayores a 3 mm en tan pocos como 24 ciclos. 5(5) U500- U500- O Grados 125 Las piezas tanto egular Regular 752 rectangulares como 181 circulares 204 mostraron >2500 desgaste. La muestra que sobrevivió >2500 rotaciones: mostró desgaste de la película y se comenzó a formar una abertura, sin embargo fue menos de 3mm. La prueba terminó después de 2500 ciclos. 6(5) U500- U500- 90 Grados 24 Las piezas tanto Regular Regular rectangulares 115 como circulares mostraron 106 desgaste, sin 241 embargo, no se formó la abertura 411 de >3mm en la lámina UD Tabla 1: Pruebas de abrasión de laminados U500-Regular y U500-A (agente de deslizamiento) Ejemplo 2: Pruebas Comparativas de U500 y U500-MDO Se llevaron a cabo pruebas de abrasión en muestras de laminados protectores que comprenden tela Regular U500 (como en el Ejemplo 1) elaboradas con película de polietileno (2 x 0.25 mil (6.4 mieras), y construcción final f/0/90/0/90/f ) y una tela U500 UD elaborada con película MDO (2 x 0.5 mil (12.7 mieras), construcción final F/0/90/0/90/F). Las pruebas se llevaron a cabo de acuerdo con ASTM D3886-99 utilizando un aparato de diafragma inflado con los siguientes parámetros: • Carga: 5 Ib (2.26 kgs) • Presión: 4 psi (0.28 kg/cm2) · Abrasivo: Contra sí mismo • Tipo de Abrasión: Multidireccional Las pruebas se llevaron a cabo hasta que la primera capa de los hilos de la tela se separaron con un ancho de 3 mm antes de o a los 2500 ciclos, lo que ocurriera primero. Las muestras se probaron utilizando lados de resina tanto baja (lado "A") como alta (lado "B") erosionando contra los lados de la resina de alto nivel y baja de las muestras de prueba. El lado de la resina de bajo nivel se refiere al lado en donde las fibras UD tienen menos resina en comparación con su lado opuesto, debido al asentamiento de la resina en la parte inferior de la capa, conforme se forman las capas de UD. La película se adhiere ligeramente al lado de la resina de bajo nivel, mientras que en el lado opuesto (el lado de la resina de alto nivel) el enlace entre la película y UD es relativamente más fuerte. Los resultados se muestran en las Tablas 2 y 3.

Tabla 2: Pruebas de abrasión de laminados de película U500-Regular No. de Pieza Pieza Dirección de No. de ciclos Muestra probada -Prueba (No. Circular Rectangular Fibra de la que soporta Observación Física de Tipo de - Tipo de Pieza la tela sin muestras) Película Película Rectangular degradación 3 (3) U500 - MDO U500 - MDO 0 Grados >2500 Se logró un únicamente desempeño probados >2500 consistente con las (Lado A a A) >2500 12 muestras. La película no mostró 3 (3) U500 - MDO U500 - MDO 0 Grados >2500 signos de desgaste. únicamente No hubo impacto en probados >2500 las fibras.

(Lado A a B) >2500 3 (3) U500 - MDO U500 - MDO 0 Grados >2500 únicamente probados >2500 (Lado B a B) >2500 3 (3) U500 - MDO U500 - MDO 0 Grados >2500 únicamente probados >2500 (Lado B a A) >2500 Tabla 3: Pruebas de abrasión de muestras de prueba U500-MDO En forma notable, todas las muestras U500-MDO probadas excedieron el punto extremo de la prueba de 2500 ciclos, y no mostraron signos de desgaste. En contraste, las piezas de prueba U500-Regular tanto circulares como rectangulares, mostraron desgaste y tanto la película como las fibras mostraron signos de degradación. Además, aunque un número de muestras U500-Regular pasó el punto extremo de 2500 ciclos, las aberturas comenzaron a formarse, sin embargo debido al enredado del filamento, estas aberturas fueron menores a 3 mm.

Ejemplo 3: Pruebas Adicionales de Laminados UD-MDO Se llevaron a cabo pruebas de abrasión adicionales en muestras que consisten en laminados protectores U500-Regular (f/0/90/0/90/f en donde f = película PE regular de 0.25mil), U500-MDO con película en ambos lados (F/0/90/0/90/F en donde F = película PE M DO 0.5mil) y U500-MDO con película en un lado (F/0/90/0/90, en donde F = película PE MDO 0.5mil). Las pruebas se llevaron a cabo de acuerdo con ASTM D3886-99 utilizando un aparato de diafragma inflado con los siguientes parámetros: • Carga: 5 Ib (2.26 kgs) • Presión: 4 psi (0.28 kg/cm2) • Tipo de abrasión: Multidireccional Las muestras de U500-MDO fueron erosionadas contra U500-Regular, U500-MDO contra U500-MDO así como el lado de la película, de la película U500 MDO laminada en un lado erosionado contra el lado de la fibra de una pieza de U500-MDO también laminada en un lado. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4: Pruebas adicionales de laminados U500-MDO y U500-Regular Las pruebas de abrasión entre los artículos que fueron ambos cubiertos con película MDO, no mostraron, o mostraron únicamente una degradación muy pequeña de la película o fibras en la tela UD. Las muestras UD probadas para abrasión con la dirección de la fibra de la pieza rectangular en 90 grados, se degradaron en forma más rápida que las muestras con la dirección de fibra de la pieza rectangular en 0 grados. Las pruebas de las muestras con dirección de la fibra de la capa de superficie de erosión de la pieza rectangular en 90 grados hacia la dirección del movimiento de erosión, generalmente da como resultado una resistencia a la abrasión inferior, debido a la debilidad relativa de una capa UD en un eje perpendicular a la dirección de la fibra.

Sin embargo, las muestras con laminado con película MDO, mostraron excelente resistencia a la abrasión con la dirección de la fibra de la capa de la superficie de erosión tanto en una orientación de 0 grados como en una orientación de 90 grados.

Ejemplo 4: Pruebas Balísticas de Compuestos Elaborados con película MDO o Película Regular Los compuestos UD laminados ya sea con película de polietileno MDO o película de polietileno regular, se probaron con respecto a resistencia balística (valores V50) ya sea con proyectiles Remington 9 mm o Speer .44 magnum. V50 se refiere a la velocidad de calibre balístico en donde se espera que el 50% de los tiros penetre un artículo determinado, y el restante 50% de los tiros se espera que sean detenidos por el artículo resistente a la balística. Entre mayor es el valor V50, mayores son las propiedades de resistencia de un artículo balístico.

Cada capa de compuesto UD consiste en 4 laminados de fibra UD Twaron 2000 1100 dtex con lámina cruzada en una configuración 0/90/0/90 con una matriz de resina de copolímero de bloque de estireno-isopreno-estireno que comprende 17% del peso total del compuesto. Se laminaron capas de 0.25 mil (6.4 mieras) de película de polietileno rectangular en cada lado de las muestras Regular-UD, mientras que se laminó una capa de 0.5 mil (12.7 mieras) de película de polietileno MDO en un solo lado de las muestras MDO-UD.

Tal como se muestra en la tabla 5, se determinaron valores V50 para los paquetes de tiro que consisten en 15 capas (Remington 9 mm) o 24 capas (Speer .44 magnum) de compuestos UD apilados. El desempeño balístico de los compuestos UD laminados con película MDO, es comparable a cuando se utiliza una película regular. Sin embargo, tal como se muestra en los ejemplos 2 y 3, los laminados UD producidos utilizando película MDO, tienen mayor resistencia a la abrasión en comparación con laminados UD producidos con película regular. Los materiales resistentes a la penetración y a la balística elaborados utilizando película MDO, ofrecen por consiguiente resistencia a la abrasión mejorada sin comprender un desempeño balístico. polietileno regular o MDO Ejemplo 5: Pruebas de Abrasión de Compuestos UD Se prepararon muestras de compuesto UD utilizando fibras Twaron® T1000 3360dtex, matriz de resina 17% Prinlin HV y dos capas de 0.25 mil (6.4 mieras) de película PE MDO en una configuración f/0/90/0/90/f con densidad de área de 238 g/m2 + /- 6 g/m2. Se llevaron a cabo las pruebas de abrasión de acuerdo con ASTM D3886-99. La pieza circular del compuesto UD fue erosionada contra una pieza rectangular de compuesto UD con una orientación de fibra larga (fibras con dirección 0o). También se llevaron a cabo las pruebas con la orientación de la fibra de pieza rectangular que consiste en fibras cortas (fibras dirección 90°). Tal como se establece en la Tabla 6, los compuestos UD con película MDO mostraron excelente resistencia a la abrasión.

Tabla 6: Pruebas de abrasión de compuestos UD con película MDO Aunque la descripción anterior incluye una cantidad de modalidades de ejemplo, se podrán ocurrir a los expertos en la técnica muchas modificaciones, sustituciones, cambios y equivalentes. Por consiguiente quedará entendido que las reivindicaciones adjuntas pretenden cubrir todas de dichas modificaciones y cambios.

Todas las publicaciones, patentes y solicitudes de patente están incorporadas en su totalidad a la presente invención como referencia, en el mismo grado como si cada publicación, patente o solicitud de patente individual, fuera indicada en forma específica e individual como incorporada en su totalidad como referencia.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un compuesto resistente a la balística que comprende una o más capas de tela laminada en al menos una parte de una o más capas de una película orientada en la dirección de la máquina (MDO).

2. Un compuesto resistente a la balística que comprende una o más capas de tela en contacto con una matriz y una película orientada en la dirección de la máquina (MDO) laminada en al menos una parte de una superficie exterior del compuesto.

3. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la tela es una tela tejida.

4. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la tela es una tela no tejida.

5. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en la reivindicación 4, caracterizado porque la tela es una tela unidireccional.

6. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en la reivindicación 5, caracterizado porque la tela unidireccional comprende una pluralidad de fibras mantenidas en su lugar por medio de la matriz.

7. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende 2 o más capas de tela unidireccional que están laminadas en forma cruzada, de modo que la dirección de la fibra en los laminados adyacentes es perpendicular.

8. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado porque la película MDO tiene menos de 2 mil (50.8 mieras) de grosor.

9. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en la reivindicación 8, caracterizado porque la película MDO tiene menos de 0.6 mil (15.2 mieras) de grosor.

10. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado porque la película MDO comprende un material seleccionado de polietileno, polivinilcloruro, EVOH, nylon y polipropileno.

11. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado porque la película MDO tiene una proporción de extracción de entre 1:2 y 1:10.

12. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11, caracterizado porque la tela comprende un material seleccionado de fibra aramid, fibra de polietileno de cadena extendida, fibras de poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol) (PBO), fibras de vidrio y fibra a base de polímero de cristal líquido.

13. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 12, caracterizado porque la matriz comprende una resina elastomérica seleccionada de copolímeros de bloque estirénico, poliisopreno, copolímeros de etileno-propileno, copolímero de ácido acrílico etileno, caucho de butadieno de nitrilo, butiral de polivinilo, copolímero de etileno, acetato de vinilo, policetonas, policloropreno, acetato de polivinilo, poliisobutileno y amida de bloque de poliéter.

14. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en la reivindicación 13, caracterizado porque la matriz es un copolímero de bloque de estireno-isopreno-estireno.

15. El compuesto resistente a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 14, caracterizado porque cuando se prueba de acuerdo con ASTM D3886-99, el compuesto excede un valor de umbral resistente a la abrasión mayor a 2,500 ciclos sin una separación mayor a 3 mm en una primera capa de hilos de tela adyacentes a la película MDO.

16. Un artículo resistente a la balística que comprende una pluralidad de compuestos resistentes a la balística tal como se describe en cualesquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 15.

17. Un método para producir un artículo resistente a la balística, caracterizado porque comprende a. aplicar una película orientada en la dirección de la máquina sobre al menos una superficie de una red consolidad de una o más capas de tela y una matriz; b. laminar la película orientada en la dirección de la máquina a la red consolidada.