BR112013001176B1 - Uso de um painel compósito em camadas - Google Patents

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Aldino Albertelli
Michael Frieh
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Abstract

materiais compósitos e usos dos mesmos. a presente invenção se refere a materiais compósitos e ao uso dos mesmos como materiais resistentes a energia, por exemplo, resistentes a explosão. aspectos preferidos da invenção se referem a painéis compósitos em camadas compreendendo materiais de espuma sólida que têm tanto uma função de atenuação de explosão como uma função anti-balística. em aspectos adicionais, a invenção provê novos painéis compósitos que são apropriados para uso como materiais resistentes a explosão e/ou anti-balísticos. em alguns exemplos descritos, o painel compósito em camadas compreende um material polimérico (10) ligado a um primeiro painel de espuma de célula aberta sólida (12) e um material polimérico curado (14) penetra em uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida (12).

Description

“USO DE UM PAINEL COMPÓSITO EM CAMADAS [0001] A presente invenção se refere ao uso de materiais compósitos como materiais resistentes à energia, por exemplo, resistentes à explosão. Os aspectos preferidos da invenção se referem a painéis compósitos em camadas compreendendo materiais de espuma sólida que são capazes de reduzir os efeitos de uma onda de energia a partir de uma onda explosiva, por exemplo, de uma bomba explodindo, abaixo de níveis que podem causar dano catastrófico a pessoas ou a edifícios, veículos e outras estruturas nas proximidades da explosão. Em aspectos preferidos, a invenção refere-se ao uso de painéis compósitos em camadas para diminuir os efeitos tanto de ondas de energia como de fragmentos em velocidade elevada, que resultam de explosões. Em aspectos preferidos adicionais, a invenção refere-se ao uso dos painéis compósitos em camadas para fornecer também proteção contra projeteis, por exemplo, balas. Desse modo, os materiais compósitos utilizados de acordo com a invenção têm preferivelmente tanto uma função de atenuação de explosão como uma função anti-balística. Em aspectos adicionais, a invenção provê painéis compósitos novos que são apropriados para uso como materiais resistentes a explosão e/ou anti-balísticos.
[0002] Usos anteriormente conhecidos de painéis compósitos em camadas compreendendo materiais de espuma sólida são divulgadas, por exemplo, no documento GB 2,464,541 que divulga um método de formação de painéis laminados para utilização na construção, no mobiliário e como componentes arquitetônicos, por exemplo molduras
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2/55 arquitetônicas. O método compreende as etapas de proporcionar uma camada compreendendo um material em forma de folha; proporcionar um substrato incluindo uma estrutura porosa; e fornecer um elemento de verniz; aplicar o substrato a uma primeira superfície de um material em forma de folha; aplicar o elemento de verniz a uma segunda superfície do material em forma de folha; e aplicando pressão para pressionar o elemento de verniz, o material em forma de folha e o substrato juntos para formar o produto laminado.
[0003] O documento US 3,567,568 divulga uma folha à prova de bala e folhas com elevada resistência ao impacto preparadas pela formação de um laminado de camadas de fibra de vidro de resina e camadas de uma espuma flexível de célula aberta com um elastômero, mantendo a configuração de células abertas.
[0004] O documento GB 2,451,795 divulga um material em camadas para material à prova de som para hardware de TI ou outro equipamento eletrônico, em que o material em camadas compreende (i) uma camada de espuma acústica, (ii) uma camada de barreira acústica e (iii) uma camada autoadesiva fisicamente ligada (isto é, ligada mecanicamente sem adesivo) à camada de barreira e a camada auto-adesiva sendo fixada na face de uma das camadas de barreira e camada de espuma, a espessura total do material em camadas sendo inferior a 12,7 mm. Uma segunda camada de espuma pode estar fisicamente ligada à camada de barreira de tal modo que a camada de barreira fica entre as camadas de espuma.
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3/55 [0005] O documento US 4,488,619 descreve um tecido laminado de camadas múltiplas para utilização como um compósito acústico compreendendo (a) uma camada virada para o fluoreto de polivinila retardador de chama; (b) uma camada adesiva acrílica resistente ao fogo colada camada de revestimento de fluoreto de polivinila; (c) uma primeira camada de espuma de célula aberta de poliimida ligada à camada adesiva; (d) uma camada de barreira ao ruído ligada à primeira camada de espuma de célula aberta de poliimida, e (e) uma segunda camada de espuma de célula aberta de poliimida ligada à camada de ruído.
[0006] A proteção de edifícios, veículos e outras estruturas contra o efeito de onda explosiva é uma consideração importante em muitos ambientes, por exemplo, em zonas de guerra, em locais onde haja risco de ataques terroristas, ou em ambientes onde haja risco de explosão acidental como locais industriais. Além da possibilidade de lesão física em pessoas nas proximidades das explosões, materiais de edifícios convencionais fornecem níveis muito baixos de resistência a ondas de energia a partir de explosões. Por exemplo, uma parede de tijolo e argamassa de estrutura convencional tem resiliência muito baixa e pode ser facilmente demolida por uma explosão, a onda de energia pode ser transmitida através da estrutura de tal modo que porções de tijolo e/ou argamassa e/ou emboço na face oposta da parede podem desprender da estrutura em alta velocidade apresentando um perigo para pessoas e/ou intra-estrutura atrás da parede/no edifício.
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4/55 [0007] Por esses motivos, medidas para proteger contra onda explosiva são amplamente utilizadas em aplicações militares, governamentais, comerciais e industriais para evitar acidentes e reduzir dano à infraestrutura.
[0008] Tradicionalmente, estruturas de proteção contra explosão são projetadas para refletir as ondas de energia de ondas explosivas para longe de um alvo. Genericamente, tais estruturas compreendem aço, barreiras de concreto ou concreto reforçado, e têm de ser extremamente volumosas para fornecer proteção adequada. Por exemplo, a estrutura de concreto de proteção contra explosão tem uma espessura de pelo menos 30 cm para fornecer proteção adequada, e frequentemente é muito mais espessa, por exemplo, da ordem de 1,0 m ou mais. Tais estruturas são demoradas para instalar, e podem ser difíceis de transportar até o local exigido devido ao seu peso e volume. Em particular, tais estruturas são totalmente inadequadas para implantação rápida, por exemplo, pelo ar, como exigido por muitas operações militares. Adicionalmente, devido a seu volume e aparência não atraente, essas estruturas são inadequadas para locais no centro da cidade sensíveis, onde espaço é valioso e atrativo arquitetural é desejável.
[0009] Devido às desvantagens associadas a estruturas refletivas de explosão, há necessidade na técnica para materiais de proteção contra explosão e estruturas que sejam capazes de absorver até um ponto a energia de ondas de energia associadas a ondas explosivas.
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5/55 [00010] Uma classe de materiais que foi desenvolvida para tratar desse problema é aquela contendo agregados ligados por resina porosa. Nesses materiais, partículas de agregados, como pedra, cerâmica ou lascas de vidro, são ligadas em uma matriz utilizando um adesivo ou resina, por exemplo, uma resina de poliuretano (vide WO 97/16697). A matriz resultante é altamente porosa, de tal modo que uma onda explosiva possa ser absorvida por quebrar as ligações entre as partículas e densificação da matriz, bem como por difração da onda de energia através dos espaços vazios na matriz. Em um desenvolvimento, o material em partículas pode ser triturável sob o impulso de uma onda de energia de explosão, com esferas de vidro ocas e pedra-pome sendo exemplos de tais materiais (vide WO 2007/141488) . Devido à porosidade da matriz, esses materiais compósitos são mais leves do que concreto reforçado convencional, e exigem menos volume devido a suas propriedades de absorção de energia. Entretanto, a trituração dessas estruturas torna as mesmas frequentemente inadequadas para reutilização e, portanto inadequadas para uso em ambientes onde um alvo pode estar sujeito a múltiplos ataques. Além disso, há ainda necessidade de materiais ainda mais leves.
[00011] Outra abordagem envolve o uso de painéis de cimento reforçados com fibra contendo, por exemplo, fibra de vidro ou reforço de fibra de aço. Tais materiais têm resistência à tração e compressão elevada em comparação com materiais de cimento não reforçados, e boas propriedades anti-balísticas e resistentes a explosão. Entretanto, o
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6/55 peso desses materiais ainda torna os mesmos inadequados para diversas aplicações.
[00012] A presente invenção estende ainda a gama de materiais disponíveis para uso em fornecer proteção contra ondas de energia, como ondas de energia de onda explosiva, e projeteis carregados pelo ar.
[00013] Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê o uso de um painel compósito em camadas como uma blindagem resistente à explosão e/ou anti-balística, em que o painel de compósito em camadas compreende: (i) uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha; e (ii) um núcleo compreendendo ou consistindo em um primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida em que o material polimérico em forma de folha compreende um material polimérico curado que penetra em uma superfície do painel de espuma de célula aberta formando uma ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo.
[00014] De acordo com esse aspecto da invenção, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida compreende ou consiste preferivelmente em uma espuma polimérica. Os exemplos de espumas poliméricas de célula aberta, sólida que podem ser utilizados de acordo com esse aspecto da presente invenção incluem espumas de resina fenólica, espumas de poliestireno, espumas de poliuretano, espumas de polietileno, espumas de cloreto de polivinil, espumas de acetato de polivinil, espumas de poliéster, espumas de poliéter e borracha de espuma. Preferivelmente,
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7/55 a espuma polimérica é selecionada de espumas de resina fenólica.
[00015] Verificou-se que as propriedades mecânicas de espumas de resina fenólica tornam as mesmas particularmente adequadas para uso em blindagens resistentes a explosão e/ou anti-balísticas. Além disso, o uso de material polimérico em forma de folha em combinação com as espumas de resina fenólica provê painéis de resistência extremamente elevada, e resistência elevada a deslaminação e fragmentação sob o impacto de uma onda de energia explosiva. Desse modo, os painéis compósitos em camadas fornecem proteção excepcional contra ondas explosivas e materiais balísticos.
[00016] Em outro aspecto, a presente invenção provê o uso de um painel compósito em camadas como uma blindagem resistente à explosão e/ou anti-balística, em que o painel compósito em camadas compreende: (i) uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha; e (ii) um núcleo compreendendo ou consistindo em um primeiro painel de espuma de resina fenólica de célula aberta, sólida, em que o material polimérico em forma de folha é ligado a uma superfície do núcleo.
[00017] De acordo com esse aspecto da invenção, a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha compreende preferivelmente um material polimérico curado. Mais preferivelmente, o material polimérico curado penetra em uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida de modo a formar a ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo.
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8/55 [00018] Em outro aspecto, a presente invenção provê o uso de um painel compósito em camadas como uma blindagem resistente a explosão e/ou anti-balística, em que o painel compósito em camadas compreende: (i) um núcleo compreendendo ou consistindo em um primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida e um segundo painel de espuma sólida em que os painéis de espuma são ligados juntos por um adesivo ou outro agente de ligação de modo a formar uma estrutura em camadas monolítica; e opcionalmente (ii) uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, em que o material polimérico em forma de folha é ligado a uma superfície do núcleo.
[00019] De acordo com esse aspecto da invenção, o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida compreende preferivelmente ou consiste em uma espuma polimérica como descrito acima.
[00020] De acordo com esse aspecto da invenção, a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, onde presente compreende preferivelmente um material polimérico curado. Mais preferivelmente, o material polimérico curado penetra em uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida de modo a formar a ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo.
[00021] Em um aspecto adicional, a presente invenção provê um painel compósito em camadas compreendendo: (i) um núcleo compreendendo ou consistindo em um primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida e um segundo painel de espuma sólida em que os painéis de espuma são ligados
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9/55 juntos por um adesivo ou outro agente de ligação de modo a formar uma estrutura em camadas monolítica; e opcionalmente (ii) uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, em que o material polimérico em forma de folha é ligado a uma superfície do núcleo, com a condição de que o adesivo ou outro agente de ligação não forma um revestimento de vedação hermético a ar em volta de um painel de espuma do núcleo.
[00022] O painel compósito em camadas novo desse aspecto da invenção pode ser vantajosamente utilizado como uma blindagem resistente a explosão.
[00023] De acordo com esse aspecto da invenção, o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida compreende ou consiste preferivelmente em uma espuma polimérica como descrito acima.
[00024] De acordo com esse aspecto da invenção, a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, onde presente compreende preferivelmente um material polimérico curado. Mais preferivelmente, o material polimérico curado penetra em uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida de modo a formar a ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo.
[00025] De acordo com os aspectos acima da invenção, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida é preferivelmente deformável não elasticamente quando pressão é aplicada além de certo limite. Em alguns exemplos, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida pode deformar plasticamente, retendo coesão como objeto único.
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Em outros exemplos, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida pode ser frangível, isto é, pode romper em fragmentos quando pressão é aplicada.
[00026] Como utilizado aqui, o termo deformável não elasticamente se refere a uma espuma de célula aberta que é submetida à alteração irreversível na estrutura de espuma quando pressão é aplicada além de certo limite, isto é, por trituração, colapso ou fragmentação. Desse modo, a espuma é destinada a absorver energia de uma onda de energia por deformação não elástica.
[00027] Em exemplos preferidos, o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida é progressivamente deformável, de tal modo que as células da espuma mais próximas a uma força aplicada cedem, fragmentam ou são trituradas primeiramente, com as células mais distantes da força aplicada inicialmente permanecendo intactas.
[00028] O primeiro painel de espuma de célula aberta sólida pode incluir um material de reforço em partículas finamente dividido. Materiais de reforço em partículas apropriados são preferivelmente inertes e insolúveis. O material de reforço pode estar presente em uma quantidade de até 10 por cento em peso com base no peso total da espuma, por exemplo, de 2 a 10 por cento em peso, ou 5 a 10 por cento em peso com base no peso total da espuma. Materiais de reforço apropriados incluem materiais em partículas orgânicos ou inorgânicos (incluindo metálicos), que podem ser cristalinos ou amorfos. Verificou-se que mesmo sólidos fibrosos são eficazes, embora não preferidos.
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11/55 [00029] Exemplos não limitadores de materiais em partículas apropriados incluem argilas, minerais de argila, talco, vermiculita, óxidos de metal, refratários, microesferas de vidro sólidas ou ocas, cinza incombustível, pó de carvão, pó de madeira, farelo de grão, farelo de casca de noz, sílica, fibras minerais, fibras naturais ou sintéticas finamente cortadas, plásticos triturados e resinas quer na forma de pó ou fibras, por exemplo, resinas e plásticos de refugo recuperados, pigmentos como tinta em pó e negro de fumo e amidos.
[00030] Em alguns exemplos, o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida pode incluir ainda lascas de pedra, cerâmica, vidro ou outros materiais agregados incorporados na matriz de espuma de célula aberta. Preferivelmente, as lascas têm um tamanho de 2 a 50 mm em cada dimensão, mais preferivelmente de 2 a 20 mm em cada dimensão. Verificou-se que esses materiais melhoram as propriedades anti-balísticas dos painéis compósitos da invenção, por exemplo, por evitar que balas penetrem nos painéis.
[00031] Preferivelmente, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida tem uma densidade na faixa de 100 a 500 kg-m-3, mais preferivelmente 120 a 400 kg kg.m-3, e mais preferivelmente 120 a 250 kg.m-3, excluindo quaisquer lascas de agregados que possam ser incorporadas na espuma.
[00032] Acredita-se que as propriedades físicas de tais espumas, especialmente por resistência compressiva e deflexão sob carga sejam relacionadas à (entre outros fatores) espessura de parede de célula e diâmetro médio de
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célula. preferivelmente, o diâmetro médio de célula da
espuma de célula aberta sólida está na faixa de
aproximadamente 0,5 mm a 5 mm, mais preferivelmente 0,5 ou
1 mm a 2 ou 3 mm.
[00033] As células ou poros do primeiro painel de
espuma de célula aberta sólida são preferivelmente abertos para uma superfície do núcleo na qual material polimérico em forma de folha é aplicado, e preferivelmente abrem abaixo da superfície até uma largura maior do que a abertura, desse modo fornecendo um corte inferior que aumenta a ligação do material polimérico em forma de folha à espuma de célula aberta.
[00034] Em alguns aspectos da presente invenção, a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha é formada de um material polimérico curável em forma de folha, por exemplo, um material polimérico termorrígido.
[00035] O material polimérico em forma de folha compreende preferivelmente uma matriz compondo ou consistindo em uma resina de polímero termorrígido, por exemplo, uma matriz de resina de polímero termorrígido selecionada de resinas de poliéster, resinas de éster de vinila, resinas de epóxi, resinas fenólicas, resinas de bismaleimida ou resinas de poliimida. Mais preferivelmente, o material polimérico em forma de folha compreende uma matriz de resina de polímero termorrígido selecionada de resinas de poliéster. O material polimérico em forma de folha também pode incluir melamina, que é útil como um retardador de chamas. O material polimérico em forma de
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13/55 folha pode incluir ainda aditivos selecionados de endurecedores, aceleradores, materiais de enchimento, pigmentos e/ou quaisquer outros componentes como exigido.
[00036] Em alguns exemplos, o material polimérico em forma de folha pode ser curado em contato com um painel de espuma de célula aberta sólida do núcleo, de tal modo que uma ligação seja formada sem a necessidade de uma camada adesiva. Por exemplo, a ligação pode ser produzida por pressionar material polimérico curável em forma de folha e o painel de espuma de célula aberta sólida junta e curar o material polimérico curável em forma de folha com calor. Desse modo, pelo menos uma porção de material a partir do material polimérico curável em forma de folha pode fluir para dentro das células e interstícios da espuma de célula aberta para formar uma ligação entre o núcleo e o material polimérico em forma de folha à medida que cura.
[00037] Em alguns exemplos, o material polimérico curado pode penetrar na espuma de célula aberta sólida a uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio de célula da espuma, mais preferivelmente a uma profundidade que é pelo menos equivalente a duas vezes o diâmetro médio da célula da espuma. Alternativamente, o material polimérico curado pode penetrar na espuma de célula aberta sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm, mais preferivelmente pelo menos 1,0 mm, e ainda mais preferivelmente pelo menos 2,0 mm, por exemplo, 2,5 mm ou 3,0 mm.
[00038] Desse modo o material polimérico em forma de folha forma um revestimento no painel de espuma de célula
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14/55 aberta sólida que é mecanicamente chavetada na superfície do painel de espuma de célula aberta sólida. Por “mecanicamente chavetada” quer se dizer que pelo menos uma porção do material polimérico em forma de folha penetra pelo menos uma porção do painel de espuma de célula aberta sólida e forma uma interação mecânica com o painel de espuma de célula aberta sólida. Desse modo, pelo menos uma porção do material polimérico em forma de folha se torna efetivamente retido nas células externas do painel de espuma de célula aberta sólida para formar uma ligação mecânica forte. Desse modo, uma estrutura compósita em camadas monolítica estável é obtida sem a necessidade de um adesivo ser aplicado entre as camadas.
[00039] Em alguns casos, verificou-se que a ligação obtida na interface do revestimento e um painel de espuma de célula aberta sólida é mais forte do que o material do próprio painel de espuma. Como resultado, os painéis compósitos em camadas utilizados de acordo com a invenção são extremamente fortes, altamente resistentes a deslaminação do material em forma de folha a partir do núcleo, e altamente resistentes a fragmentação do núcleo sob o impacto de uma onda de energia explosiva. Especificamente, verificou-se que o material polimérico em forma de folha atua como uma camada de retenção flexível que mantém a integridade do painel de espuma de célula aberta sólida mesmo à medida que é deformado/triturado por uma onda de energia explosiva. Verificou-se que essas construções fornecem excepcional proteção contra ondas explosivas e materiais balísticos.
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15/55 [00040] Em outras modalidades da invenção, uma camada adesiva pode ser fornecida entre a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha e o painel de espuma de célula aberta sólida. Em princípio, qualquer tipo de adesivo ou outro agente de ligação apropriado para formar uma ligação forte entre as duas camadas pode ser utilizado.
[00041] O material polimérico em forma de folha compreende preferivelmente reforço, por exemplo, fibras de reforço. As fibras podem incluir um ou mais materiais. Por exemplo, as fibras podem incluir uma ou mais de fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida e/ou fibras de polietileno como polietileno com peso molecular ultraelevado (UHMWPE). Em uma modalidade preferida, o reforço compreende ou consiste em fibras de vidro, por exemplo, fibras de vidro-E ou fibras de vidro S.
[00042] As fibras de reforço podem ser fibras curtas, por exemplo, tendo comprimentos de 5,0 cm ou menos, ou podem ser fibras mais longas. As fibras podem ser soltas, por exemplo, as fibras podem ser dispostas em um modo uni- ou multi-direcional. As fibras podem fazer parte de uma rede, por exemplo, tecida ou trançada junta em qualquer modo apropriado. O arranjo das fibras pode ser aleatório ou regular, e pode compreende um pano, esteira, feltro ou tecido ou outro arranjo. Fibras podem fornecer um enrolamento de filamento contínuo. Opcionalmente, mais de uma camada de fibras pode ser fornecida.
[00043] Preferivelmente, o material polimérico em forma de folha compreende SMC (composto de moldagem em
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16/55 folha). O SMC inclui preferivelmente uma matriz de polímero termorrígido como definido acima e fibras de reforço também como definido acima. Por exemplo, o SMC pode incluir uma resina termorrígida, por exemplo, uma resina de poliéster, juntamente com fibras de reforço, por exemplo, fibras de vidro. O polímero termorrígido pode compreender ainda aditivos, por exemplo, minerais, materiais de enchimento inertes, pigmentos, estabilizadores, inibidores, agentes de liberação, catalisadores, espessantes, aditivos de hidratação e/ou outros materiais apropriados.
[00044] Há benefícios em utilizar SMC como a primeira camada de superfície. Por exemplo, SMC tem baixa densidade, porém propriedades mecânicas favoráveis em comparação com outros materiais poliméricos em forma de folha. Em particular, verificou-se que a resistência compressiva, de tração, de flexão e de impacto, muito elevada de SMC torna o mesmo particularmente adequado para uso em painéis resistentes a explosão e/ou anti-balísticos, por exemplo, em resistir a deslaminação da camada de superfície e manter a integridade do painel compósito em camadas contar uma onda de energia a partir de uma onda explosiva. SMC também apresenta boas propriedades térmicas e resistência química. De importância específica no contexto da presente invenção, resistência a incêndio é boa. Desse modo, os painéis da presente invenção também podem fornecer algum grau de proteção contra o risco de incêndio associado a ondas explosivas e certos tipos de materiais balísticos.
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17/55 [00045] O material polimérico em forma de folha tem preferivelmente uma espessura na faixa de 0,5 a 25 mm, mais preferivelmente de 0,5 a 15 mm, ainda mais preferivelmente de 0,5 a 10 mm, e mais preferivelmente de 0,5 a 5 mm. Por exemplo, o material polimérico em forma de folha pode ter
uma espessura de 1 mm, 2 mm, 3 mm ou 4 mm.
[00046] Preferivelmente, a primeira camada de
superfície de material polimérico em forma de folha estende
através de uma superfície inteira do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida.
[00047] De acordo com aspectos da invenção, a primeira camada de superfície de material polimérico em forma de folha é desejavelmente orientada em uso para a origem de um material balístico ou de onda explosiva em potencial.
[00048] Em alguns aspectos da invenção, o núcleo
pode consistir no primeiro painel de espuma de célula
aberta, sólida Em outros aspectos da invenção, o núcleo
pode compreender mais de um painel de espuma. Em particular, em algumas das modalidades acima da invenção, o núcleo compreende um segundo painel de espuma ligado ao primeiro painel de espuma de célula aberta sólida por meio de um adesivo ou agente de ligação.
[00049] Onde presente, o segundo painel de espuma sólida pode ser igual ou diferente ao primeiro painel de espuma de célula aberta sólida. Desse modo, o segundo painel de espuma sólida pode compreender ou consistir em uma espuma de célula aberta ou uma espuma de célula fechada. Preferivelmente, o segundo painel de espuma sólida
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18/55 compreende uma espuma de célula aberta, e mais preferivelmente uma espuma polimérica de célula aberta, por exemplo, uma espuma polimérica de célula aberta como descrito acima.
[00050] O adesivo ou agente de ligação utilizado para ligar as primeira e segunda camadas de espuma compreende ou consiste preferivelmente em um ou mais elastômeros. Preferivelmente, o adesivo ou agente de ligação compreende ou consiste em pelo menos um elastômero selecionado de: borracha natural, poliisopreno sintético, borracha de butila, borracha de butila halogenada, polibutadieno, borracha de butadieno-estireno, borracha de nitrila, borracha de nitrila hidrogenada, borracha de cloropreno, borracha de silicone e borracha de silicone halogenada.
[00051] Onde o adesivo ou agente de ligação compreende um ou mais elastômeros, o elastômero penetra preferivelmente pelo menos em uma porção do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida. Por exemplo, o elastômero pode penetrar no primeiro painel de espuma de célula aberta sólida a uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio da célula da espuma, mais preferivelmente a uma profundidade que é pelo menos equivalente a duas vezes o diâmetro médio da célula da espuma. Alternativamente, o elastômero pode penetrar no painel de espuma de célula aberta sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm, mais preferivelmente pelo menos 1,0 mm, e ainda mais preferivelmente pelo menos 2,0 mm, por exemplo, 2,5 mm ou 3,0 mm.
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19/55 [00052] Mais preferivelmente, onde o segundo painel de espuma sólida compreende uma espuma de célula aberta, o elastômero penetra preferivelmente pelo menos uma porção de cada dos painéis de espuma de célula aberta sólida. Por exemplo, o elastômero pode penetrar no primeiro e/ou segundo painel de espuma de célula aberta, sólida a uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio da célula da espuma, mais preferivelmente a uma profundidade que é pelo menos equivalente a duas vezes o diâmetro médio da célula da espuma. alternativamente, o elastômero pode penetrar no primeiro e/ou segundo painel de espuma de célula aberta, sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm, mais preferivelmente pelo menos 1,0 mm, e ainda mais preferivelmente pelo menos 2,0 mm, por exemplo, 2,5 mm ou 3,0 mm.
[00053] Se exigido, as propriedades de cada dos painéis de espuma sólida podem ser selecionadas de modo a otimizar as propriedades anti-balística e de resistência a explosão dos painéis compósitos em camada. Por exemplo, o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida pode ter uma resistência à deformação (por exemplo, trituração, colapso ou fragmentação) que é mais baixa do que o segundo painel de espuma sólida. Desse modo, o painel compósito em camadas pode ter uma resistência progressiva à deformação que aumenta de um painel de espuma sólida para o seguinte. A diferença em resistência à deformação entre os painéis de espuma sólida pode ser devido a uma diferença em densidade. Outros arranjos são evidentemente possíveis, como será reconhecido por pessoas versadas na técnica.
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20/55 [00054] Verificou-se que essas construções fornecem painéis resistentes a explosão e anti-balísticos que são extremamente fortes, altamente resistentes à deslaminação e fragmentação das camadas de núcleo sob o impacto de uma onda de energia explosiva, e que fornecem proteção excepcional contra ondas explosivas e materiais balísticos.
[00055] Em aspectos adicionais da invenção, o núcleo pode compreender uma ou mais camadas de núcleo adicionais. Desse modo, o núcleo pode ser formado de uma pluralidade de camadas ou capas, em que a pluralidade de camadas ou capas é preferivelmente ligada junta de modo a formar uma estrutura de núcleo monolítica.
[00056] Preferivelmente a pluralidade de camadas ou capas é coextensiva entre si. Entretanto, não é excluído que em certas modalidades da invenção, as várias camadas ou capas do núcleo podem diferir em extensão. Por exemplo, uma ou mais camadas de núcleo adicionais podem ser utilizadas somente em ares de vulnerabilidade específica a impacto de explosivo, ou fornecer reforço estrutural em áreas do painel submetidas à tensão mecânica aumentada (Por exemplo, em ou em torno de juntas).
[00057] Em algumas modalidades, o núcleo compreende um ou mais painéis de espuma sólida adicionais, que podem ser iguais ou diferentes do primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida e/ou segundo painel de espuma sólida (onde presente). Desse modo, um ou mais painéis de espuma sólida adicionais pode compreender ou consistir em uma espuma de célula aberta ou célula fechada. Preferivelmente, um ou mais painéis de espuma sólida adicionais compreende
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21/55 uma espuma de célula aberta, e mais preferivelmente uma espuma polimérica de célula aberta, por exemplo, uma espuma polimérica de célula aberta como descrito acima.
[00058] De acordo com esse aspecto da invenção, as propriedades de cada dos painéis de espuma sólida podem ser selecionadas de modo a otimizar as propriedades antibalística e resistência a explosão dos painéis compósitos em camadas. Por exemplo, o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida pode ter uma resistência à deformação (por exemplo, trituração, colapso ou fragmentação) que é mais baixa do que um segundo painel de espuma sólido. Desse modo, o painel compósito em camadas pode ter uma resistência progressiva à deformação que aumenta de um painel de espuma sólida para o seguinte. Outros arranjos são evidentemente possíveis, como será reconhecido por pessoas versadas na técnica.
[00059] Em uma modalidade, o painel compósito compreende três painéis de espuma sólida. Preferivelmente, dois painéis externos encaixam um painel interno. Preferivelmente, o painel interno tem uma resistência mais baixa à deformação do que os painéis externos, por exemplo, por ter uma densidade mais baixa. Preferivelmente, o painel de espuma sólida interno pode ter uma densidade de 100 a 140 kg.m-3, e os painéis de espuma sólida externos podem ter uma densidade de 130 a 170 kg.m-3. Mais preferivelmente, o painel de espuma sólida interno tem uma densidade de 115 a 125 kg.m-3, e os painéis de espuma sólida externos podem ter uma densidade de 145 a 155 kg.m3. Acredita-se que sob impacto grande ou repetido, o painel
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22/55 interno absorve pelo menos uma porção da energia de impacto e desse modo deforma, por exemplo, por ser frangível, enquanto os painéis externos permanecem substancialmente intactos.
[00060] Em outra modalidade, o material compósito pode compreender mais de três painéis de espuma sólida em uma estrutura semelhante a sanduíche. Preferivelmente, um ou mais dos painéis de espuma sólida internos tem uma resistência mais baixa a deformação do que seus respectivos painéis externos. preferivelmente, um ou mais dos painéis de espuma sólida internos pode ter uma densidade de 100 a 140 kg.m-3, e os painéis de espuma sólida externos podem ter uma densidade de 130 a 170 kg.m-3. Mais preferivelmente, um ou mais dos painéis de espuma sólida internos tem uma densidade de 115 a 125 kg.m-3, e os painéis de espuma sólida externos podem ter uma densidade de 145 a 155 kg.m-3. Em todas as modalidades onde o material compósito compreende uma pluralidade de camadas ou capas, os painéis externos podem ser iguais ou diferentes entre si.
[00061] Um ou mais painéis de espuma sólida adicionais podem ser ligados diretamente entre si de modo a formar uma estrutura de núcleo monolítica, ou podem ser ligados juntos através de uma ou mais camadas intermediárias.
[00062] Onde o núcleo compreende um ou mais painéis de espuma sólida adicionais, como um ou mais painéis de espuma de célula aberta sólida adicionais, quaisquer dois dos painéis podem ser ligados juntos por meio de um adesivo
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23/55 ou outro agente de ligação. O adesivo ou agente de ligação compreende ou consiste preferivelmente em um ou mais elastômeros como descrito acima. O elastômero pode penetrar um ou mais dos painéis de espuma como descrito acima.
[00063] Desse modo, em uma modalidade particularmente preferida, o núcleo compreende o primeiro painel de espuma de célula aberta solida e um segundo painel de espuma de célula aberta sólida, que pode ser igual ou diferente da primeira, em que os painéis são unidos juntos por adesivo ou agente de ligação que compreende um ou mais elastômeros, e em que o elastômero penetra nos painéis de espuma de célula aberta sólida como descrito acima.
[00064] Em outra modalidade particularmente preferida, o núcleo compreende os primeiro, segundo e terceiro painéis de espuma de célula aberta sólida, que podem ser individualmente iguais ou diferentes, em que os painéis são unidos por um adesivo ou agente de ligação que compreende um ou mais elastômeros, e em que o elastômero penetra nos painéis de espuma de célula aberta sólida como descrito acima.
[00065] Em algumas modalidades, o núcleo pode compreender ainda uma ou mais camadas de reforço.
[00066] Um tipo de camada de reforço adequado para os painéis compósitos em camadas descritos acima compreende fibras de reforço. As fibras podem incluir um ou mais materiais. Por exemplo, as fibras podem incluir uma ou mais de fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida e/ou fibras de polietileno, como fibras de polietileno de
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24/55 peso molecular ultra elevado (UHMWPE). Em uma modalidade preferida, o reforço compreende ou consiste em fibras de vidro, por exemplo, fibras de vidro-E e/ou fibras de vidroS.
[00067] Preferivelmente, as fibras de reforço utilizadas em uma ou mais camadas de reforço têm a forma de um pano tecido ou orientado, feltro, esteira ou trama, que pode ser formado em qualquer modo apropriado como sabido na técnica.
[00068] A camada de reforço compreendendo fibras de reforço na forma de um pano tecido ou orientado, feltro, esteira ou trama é preferivelmente penetrável por um material curável ou por um adesivo. Desse modo, a camada de reforço pode ser utilizada como uma camada intermediária entre a primeira camada de superfície de um material polimérico curado em forma de folha e o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida de tal modo que material polimérico curado penetre preferivelmente na camada de reforço e uma superfície do painel de espuma de célula aberta, desse modo formando uma ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo, com a camada de reforço incorporada em material polimérico curado.
[00069] Em outro exemplo, a camada de reforço pode ser utilizada como uma camada intermediária entre dois painéis de espuma adjacentes no núcleo, em que as camadas de reforço são incorporadas no adesivo ou agente de ligação (por exemplo, contendo um elastômero) que é utilizado para ligar os painéis de espuma juntos como descrito acima.
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25/55 [00070] O núcleo pode compreender ainda uma ou mais camadas de material polimérico em forma de folha como descrito acima. Em uma modalidade preferida, o material polimérico em forma de folha pode compreender um material polimérico curado que penetra na superfície de pelo menos um painel de espuma de célula aberta sólida adjacente. Mais preferivelmente, o material polimérico em forma de folha pode compreender um material polimérico curado que penetra na superfície de dois painéis de espuma de célula aberta sólida adjacentes, de modo a ligar os painéis juntos.
[00071] O núcleo pode compreender ainda um ou mais outros tipos de materiais resistentes a explosão e/ou antibalísticos. Uma gama de materiais apropriados é conhecida na técnica que pode prontamente ser incorporada nos materiais compósitos em camadas descritos acima. Por exemplo, camadas adicionais apropriadas podem ser selecionadas de painéis de plástico reforçado com vidro (GRP), painéis de cerâmica, painéis de plástico reforçado com cerâmica, painéis de aço ou similares.
[00072] O núcleo pode compreender ainda uma ou mais camadas retardadoras de chamas. Os exemplos de materiais que podem ser incorporados em uma ou mais camadas retardadoras de chamas incluem lã de rocha, gesso, perlita, vermiculita, alumina, hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio, e silicato de cálcio.
[00073] De acordo com aspectos da presente invenção, o núcleo tem preferivelmente uma espessura na faixa de 20 a 500 mm, mais preferivelmente 20 a 250 mm, ainda mais preferivelmente de 20 a 200 mm, ainda mais preferivelmente
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26/55 de 20 a 150 mm, ainda mais preferivelmente de 20 a 100 mm, e mais preferivelmente de 50 a 100 mm. por exemplo, o núcleo pode ter uma espessura de pelo menos 25 mm, pelo menos 40 mm ou pelo menos 50 mm.
[00074] Em aspectos preferidos da invenção, o painel compósito em camadas compreende ainda (iii) uma segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha em que o núcleo é disposto entre as primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha, de tal modo que o painel compósito em camadas resultante tem uma construção de sanduíche - o núcleo sendo encaixado entre primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha.
[00075] As primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha podem ser iguais ou diferentes. Preferivelmente, a segunda camada de superfície de material polimérico em forma de folha compreende uma matriz de polímero termorrígido como definido acima, e/ou preferivelmente compreende reforço como descrito acima. Em uma modalidade preferida as primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha consistem em SMC como definido acima. Onde a segunda camada de material polimérico em forma de folha compreende um material polimérico curado, uma porção do material curável penetra preferivelmente na superfície do painel de espuma de célula aberta formando uma ligação entre a segunda camada de superfície e o núcleo.
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27/55 [00076] Onde o núcleo consiste em um primeiro painel de espuma de célula aberta sólida, a segunda camada de superfície de material polimérico em forma de folha é ligada a uma superfície do painel de espuma de célula aberta sólida oposta à primeira camada de superfície de material polimérico em forma de folha.
[00077] Onde o núcleo compreende duas ou mais camadas e/ou painéis, a segunda camada de superfície do material polimérico em forma de folha é ligada a uma superfície do núcleo oposto a primeira camada de superfície de material polimérico em forma de folha. Preferivelmente, o número compreende uma camada de espuma sólida adjacente à segunda camada de superfície de material polimérico em forma de folha. Mais preferivelmente, o núcleo compreende uma camada de espuma de célula aberta, sólida adjacente à segunda camada de superfície do material polimérico em forma de folha.
[00078] Alternativamente, a segunda camada de superfície de material polimérico em forma de folha pode ser ligada ao núcleo por meio de um adesivo ou outro agente de ligação.
[00079] Uma camada de reforço compreendendo fibras de reforço, por exemplo, na forma de um pano tecido ou orientado, feltro, esteira ou trama, pode ser opcionalmente disposto entre a segunda camada de superfície de material em forma de folha e o núcleo.
[00080] De acordo com aspectos da presente invenção, o painel compósito em camadas tem preferivelmente uma espessura na faixa de 21 a 550 mm, mais preferivelmente 21
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28/55 a 275 mm, ainda mais preferivelmente de 21 a 220 mm, ainda mais preferivelmente de 21 a 165 mm, ainda mais preferivelmente de 21 a 110 mm, e mais preferivelmente de 51 a 110 mm. por exemplo, o painel compósito em camadas pode ter uma espessura de pelo menos 26 mm, pelo menos 41 mm, ou pelo menos 51 mm.
[00081] De acordo com aspectos da presente invenção, o painel compósito em camadas é preferivelmente capaz de resistir a uma onda de energia tendo um impulso de pelo menos 20 psi-ms-1. Em algumas modalidades da invenção, o painel compósito em camadas é capaz de resistir a uma onda de energia tendo um impulso de pelo menos 50 ps-ms-1, mais preferivelmente pelo menos 100 ps-ms-1, mais preferivelmente pelo menos 150 ps-ms-1, ainda mais preferivelmente pelo menos 200 ps-ms-1, e mais preferivelmente 250 ps-ms-1. Por resistir quer se dizer que o material compósito em camadas permanece intacto, sem fragmentação e/ou deslaminação da camada de superfície de material polimérico em forma de folha, e que o impulso transmitido através do material compósito em camadas é reduzido a não mais do que 20% do impulso da onda de energia antes do painel, preferivelmente não mais do que 10% ainda mais preferivelmente não mais do que 5%, e mais preferivelmente não mais do que 2% do impulso da onda de energia antes do painel.
[00082] Será reconhecido que outros arranjos de camadas são possíveis no escopo da presente invenção. Por exemplo, o material compósito em camadas pode incluir uma ou mais camadas adicionais de material polimérico em forma
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29/55 de folha, uma ou mais camadas de reforço adicionais, uma ou mais camadas de espuma adicionais, e/ou uma ou mais camadas retardadoras de incêndio adicionais.
[00083] As camadas componentes ou painéis do painel compósito em camadas podem ser montadas em uma variedade de modos. Desse modo, as camadas podem ser ligadas juntas simultaneamente ou consecutivamente. Onde as camadas são ligadas juntas consecutivamente, a ordem na qual as camadas são ligadas juntas não é limitada.
[00084] Em um exemplo preferido, o painel compósito em camadas pode ser formado por um método que compreende as etapas de dispor em camadas um material curável em forma de folha (por exemplo, SMC) e pelo menos o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida em uma prensa e aplicar calor e/ou pressão nas camadas para curar o material em forma de folha, desse modo formando uma ligação à espuma de célula aberta sólida. Preferivelmente, pelo menos uma porção do material do material curável em forma de folha flui para dentro das células ou interstícios do primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida durante a etapa de cura.
[00085] O compósito resultante pode ser opcionalmente ligado a uma ou mais camadas de núcleo adicionais e/ou uma segunda camada de superfície de material polimérico em forma de folha em uma ou mais etapas de fabricação subsequentes. alternativamente, ou, além disso, o painel de espuma de célula aberta sólida pode ser ligado a uma ou mais camadas de componentes de núcleo adicionais ou painéis antes da etapa de cura.
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30/55 [00086] Em um exemplo adicional, o método pode compreender as etapas de dispor em camadas um material polimérico curável em forma de folha, um núcleo (por exemplo, consistindo no primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida, ou uma pluralidade de camadas/painéis de núcleo), e uma segunda camada de material polimérico curável em forma de folha em uma prensa e aplicar calor e/ou pressão às camadas. Desse modo, as primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha podem ser ligadas ao núcleo em uma etapa única.
[00087] Em uma modalidade preferida, uma ou ambas as faces do painel compósito em camadas pode ter uma superfície perfilada. Por exemplo, uma ou ambas as faces do painel compósito em camadas pode ter uma superfície perfilada formada por uma técnica de moldagem. Onde uma superfície perfilada é utilizada, é preferivelmente formada em uma superfície que é visível quando o painel compósito em camadas está em uso. Por exemplo, o perfil pode ser formado na primeira camada de superfície. Desse modo, o efeito estético dos painéis compósitos em camadas da invenção pode ser aperfeiçoado, e a função dos painéis pode ser disfarçada por motivos estéticos e de segurança.
[00088] Em uma modalidade preferida, a superfície perfilada pode ser formada por um método com descrito acima, em que a prensa é dotada de uma superfície de molde tendo uma impressão negativa do perfil desejado.
[00089] Em particular, o método compreende preferivelmente as etapas de: (i) fornecer uma superfície de molde tendo uma impressão negativa do perfil desejado;
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31/55 (ii) dispor em camadas um material polimérico curável em forma de folha (por exemplo, SMC) sobre a superfície do molde; (iii) fornecer um núcleo (por exemplo, consistindo no primeiro painel de espuma de célula aberta sólida, ou uma pluralidade de painéis/camadas de núcleo) sobre o material polimérico curável em forma de folha; e (iv) fornecer opcionalmente uma segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha (por exemplo, SMC) sobre o núcleo; e (v) pressionar as camadas no molde, opcionalmente com aquecimento.
[00090] Após pressionar as camadas no molde, ar é expelido do primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida, e algumas células da espuma são preferivelmente trituradas, de modo a permitir que a espuma assuma o formato do molde e desse modo pressione o material polimérico em forma de folha para dentro do molde.
[00091] O primeiro painel de espuma de célula aberta sólida pode ser opcionalmente ligado a uma ou mais camadas/painéis de núcleo adicionais antes da etapa de moldagem. Alternativamente, a ligação entre o primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida e um ou mais painéis/camadas de núcleo adicionais e/ou uma segunda camada de superfície de um material polimérico de forma de folha pode ocorrer durante uma ou mais etapas subsequentes. Em uma possibilidade adicional, uma ou mais camadas de núcleo adicionais e/ou uma segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha podem ser também ligadas juntas na etapa de pressão (por exemplo, onde a
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32/55 segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha compreende um material curável).
[00092] Opcionalmente, uma segunda superfície de molde pode ser fornecida sobre a segunda camada de material polimérico em forma de folha, de tal modo que um painel compósito em camadas é fornecido tendo uma superfície perfilada nas duas faces.
[00093] Onde o painel compósito em camadas tem uma superfície perfilada formada por moldagem, a primeira e/ou segunda camadas de material polimérico em forma de folha são preferivelmente formadas de um material polimérico curável em forma de folha como SMC. Preferivelmente, a camada de material polimérico em forma de folha é adjacente a um painel de espuma de célula aberta sólida, como um painel de espuma de resina fenólica de célula aberta.
[00094] Em alguns exemplos, uma superfície externa do material polimérico em forma de folha pode ser opcionalmente ligado a um material de efeito de superfície. O material de efeito de superfície pode ser selecionado de modo a fornecer o painel compósito em camadas com, por exemplo, uma superfície de pedra simulada, uma superfície de tijolo simulada, uma superfície de madeira simulada, uma superfície de laminado de madeira, um material de alta condutividade térmica (uma superfície de “toque frio”), ou uma superfície reflexiva. Por exemplo, um material granular, como grânulos de areia ou metal, um elemento de folheado, como um elemento de folheado de madeira, um elemento de folheado de tijolo, um elemento de folheado de pedra, ou partículas metálicas/folha metálica podem ser
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33/55 ligadas a, ou parcialmente incorporadas na superfície do material polimérico em forma de folha. Efeitos superficiais diferentes podem ser obtidos por seleção dos tipos de materiais de efeito superficial que são utilizados.
[00095] Para melhorar a rigidez dos painéis compósitos em camadas utilizados de acordo com a invenção, os painéis compósitos em camadas podem ser montados em uma armação ou por elementos de armação como ponteiros, trilhos e/ou barras. Os elementos de armação podem ser de madeira, metal (por exemplo, alumínio) ou plástico (como UPVC), ou uma combinação desses.
[00096] Em uma modalidade, os painéis compósitos em camadas da invenção podem ocupar substancialmente o volume inteiro ou volume dentro da armação, de tal modo que os elementos de armação encostem-se às bordas dos painéis compósitos em camadas. Em outra modalidade, substancialmente o volume inteiro ou volume na armação são ocupados pelo núcleo, e as primeira e/ou segunda camadas de superfície de um material polimérico em forma de folha sobre substancialmente a superfície inteira da armação e as camadas contidas na mesma. Será reconhecido que o uso de elementos de armação, particularmente elementos de armação de metal pode comprometer a resistência a explosão dos painéis compósitos em camadas da invenção. Desse modo, o uso de elementos de armação é idealmente mantido ao mínimo necessário para obter a rigidez estrutural necessária dos painéis compósitos em camadas da invenção.
[00097] Os painéis compósitos em camadas da invenção podem ser formados em uma área de superfície grande, ou
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34/55 configuração contínua e subsequentemente cortados no tamanho necessário. Alternativamente, os painéis compósitos em camadas podem ser fabricados por encomenda com as dimensões exigidas para uma aplicação específica.
[00098] Em uma modalidade, os materiais compósitos da invenção podem ser fornecidos na forma de painéis modulares, em que cada painel é dotado de meio de interconexão para permitir que uma série de painéis seja interconectada. Em uma modalidade preferida, o meio de interconexão é um arranjo de lingueta e entalhe.
[00099] Onde o núcleo compreende mais de três camadas ou painéis, o arranjo de lingueta e entalhe pode ser obtido por deslocar uma ou mais camadas centrais ou painéis em relação a duas ou mais camadas externas. O deslocamento pode ser linear ou diagonal. Onde o deslocamento é linear, os painéis compósitos em camadas podem ser conectados em um conjunto bidimensional. Onde o deslocamento é diagonal, os painéis compósitos em camadas podem ser conectados em um conjunto tridimensional.
[000100] Alternativamente, ou onde o núcleo compreende menos de três camadas, o arranjo de lingueta e entalhe pode ser obtido por contornar as bordas das camadas individuais do núcleo. Onde o arranjo de lingueta e entalhe é fornecido em duas bordas opostas dos painéis compósitos em camadas, os painéis podem ser conectados em um conjunto bidimensional. Onde o arranjo de lingueta e entalhe é fornecido em todas as bordas dos painéis compósitos em camadas, os painéis podem ser conectados em um conjunto tridimensional.
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35/55 [000101] Onde um arranjo de lingueta e entalhe é utilizado, as porções de lingueta e/ou entalhe podem compreender meio para manter a integridade da junta de lingueta e entalhe. Por exemplo, as porções de lingueta e/ou entalhe podem ser dotadas de uma superfície de agarramento, como um revestimento de borracha. Alternativamente, as porções de lingueta e/ou entalhe podem ser dotadas de um adesivo antes de unir os painéis.
[000102] Em alguns aspectos da presente invenção, o painel compósito em camadas pode ser utilizado em combinação com um material de cinto reforçado, como um cinto de poli-aramida ou um material de cinto UHMWPE. Tais materiais de cinto são bem conhecidos na técnica e são utilizados, por exemplo, para evitar fragmentação e/ou liberação de fragmentos em alta velocidade a partir da superfície traseira de paredes quando expostos à onda de energia de uma onda explosiva.
[000103] Tais materiais de cinto podem fornecer atenuação adicional dos efeitos de uma onda explosiva. Preferivelmente, os materiais de cinto são ligados a ou posicionados através de uma superfície traseira do painel compósito em camadas, isto é, uma superfície oposta à superfície que está voltada para a origem potencial de material balístico ou onda explosiva.
[000104] De acordo com a presente invenção, os painéis de material compósito podem ser utilizados para formar um envoltório resistente a explosão e/ou antibalístico em torno de pessoas ou infra-estrutura que estão em risco de dano ou lesão a partir de uma onda explosiva ou
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36/55 fragmentos em alta velocidade. Desse modo, por exemplo, os painéis de material compósito podem ser utilizados para reforçar estruturas existentes, como edifícios ou veículos, por exemplo, como revestimento. Em alguns exemplos, os painéis de material compósito podem ser separados de uma estrutura existente, ou podem ser fixados diretamente à estrutura existente.
[000105] Em outros exemplos, os painéis de material compósito podem ser utilizados como materiais de construção em seu próprio direito sem nenhuma estrutura preexistente interna. Em uma modalidade particularmente preferida, os materiais compósitos podem ser montados em uma armação, por exemplo, uma armação de aço, para formar uma parede ou edifício. Por exemplo, os materiais compósitos podem ser pré-fabricados em forma modular, permitindo construção rápida de paredes e/ou edifícios no local. Em uma modalidade preferida, os painéis de material compósito podem ser montados utilizando grampos de expansão de um tipo conhecido na arte. Esses grampos podem expandir em resposta a onda de energia explosiva que contata os painéis de material compósito, de modo a auxiliar adicionalmente a absorver a energia da explosão.
[000106] Como observado acima, em aspectos da presente invenção, uma espuma de célula aberta sólida particularmente apropriada é uma espuma de resina fenólica de célula aberta sólida. Por exemplo, uma espuma adequada pode ser produzida por meio de uma reação de cura entre:
(a) Um resole fenólico líquido tendo um número de reatividade (como definido abaixo) de pelo menos 1; e
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37/55 (b) Um endurecedor de ácido forte para o resole; opcionalmente na presença de:
(c) Um sólido em partículas insolúvel e inerte dividido finamente que está presente, onde utilizado, em uma quantidade de pelo menos 5% em peso do resole líquido e é substancialmente uniformemente disperso através da mistura contendo resole e endurecedor;
[000107] A temperatura da mistura contendo resole e endurecedor devido a calor aplicado não excedendo 85°C e a temperatura e a concentração do endurecedor de ácido sendo tais que os compostos gerados como subprodutos da reação de
cura são volatilizados na mistura antes da mistura
endurecer de tal modo que um produto de resina fenólica
espumada seja produzida.
[000108] Por um resole fenólico quer se dizer uma
solução em um solvente apropriado de uma composição de pré-
polímero curável por ácido preparada por condensação de pelo menos um composto fenólico com pelo menos um aldeído, normalmente na presença de um catalisador alcalino como hidróxido de sódio.
[000109] Os exemplos de fenóis que podem ser empregados são o próprio fenol e substituídos, normalmente substituído por alquila, derivados do mesmo, com a condição de que as três posições no anel benzeno fenólico orto- e para- para o grupo de hidroxila fenólica são não substituídos. As misturas de tais fenóis também podem ser utilizadas. Misturas de um ou mais de um de tais fenóis com fenóis substituídos nos quais uma das posições orto ou para
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38/55 foi substituída também podem ser empregados onde um aperfeiçoamento nas características de fluxo do resole é necessário. Entretanto, nesse caso o grau de reticulação da espuma de resina fenólica curada será reduzido. O próprio fenol é genericamente preferido como o componente de fenol por motivos econômicos.
[000110] O aldeído será genericamente formaldeído embora o uso de aldeídos com peso molecular mais elevado não é excluído.
[000111] O componente do produto de condensação de fenol/aldeído do resole é adequadamente formado por reação do fenol com pelo menos 1 mol de formaldeído por mol do fenol, o formaldeído sendo genericamente fornecido como uma solução em água, por exemplo, como formalina. Prefere-se utilizar uma razão molar de formaldeído para fenol de pelo menos 1,25 para 1, porém razões acima de 2,5 para 1 são preferivelmente evitadas. A faixa mais preferida é 1,4 a 2,0 para 1.
[000112] A mistura também pode conter um composto tendo dois átomos de hidrogênio ativo (composto diídrico) que reagirá com o produto de reação de fenol/aldeído do resole durante a etapa de cura para reduzir a densidade de reticulação. Compostos diídricos preferidos são diois, especialmente diois de alquileno ou diois nos quais a cadeia de átomos entre os grupos de hidroxi contém não somente metileno e/ou grupos de metileno substituídos por alquila como também um ou mais heteroátomos, especialmente átomos de oxigênio. Diois apropriados incluem etileno glicol, propileno glicol, propano-1,3-diol, butano-1,4
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39/55 diol, e neopentil glicol. Diois particularmente preferidos são poli-, especialmente di-(alquileno éter) diois, por exemplo, dietileno glicol e, especialmente dipropileno glicol.
[000113] Preferivelmente, o composto diídrico está presente em uma quantidade de 0 a 35% em peso, mais preferivelmente 0 a 25% em peso, com base no peso do produto de condensação de fenol/aldeído. Mais preferivelmente, o composto diídrico, quando utilizado, está presente em uma quantidade de 5 a 15% em peso com base no peso de produto de condensação de fenol/aldeído. Quando tais resoles contendo compostos diídricos são empregados no presente processo, produtos tendo particularmente uma boa combinação de propriedades físicas, especialmente
resistência, podem ser obtidos .
[000114] Adequadamente, o composto diídrico é
adicionado ao resole formado e preferivelmente tem 2 a 6
átomos entre grupos de hidroxi .
[000115] O resole pode compreender uma solução do
produto de reação de fenol/aldeído em água ou em qualquer outro solvente apropriado ou em uma mistura de solvente, que pode ou não incluir água.
[000116] Onde água é utilizada como o solvente único, está preferivelmente presente em uma quantidade de 15, 20 a 35% em peso do resole, preferivelmente 20 a 30%. Evidentemente, o teor de água pode ser substancialmente menor se utilizado em combinação com um co-solvente, por exemplo, um álcool ou um dos compostos diídricos acima mencionados onde utilizado.
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40/55 [000117] Como indicado acima, o resole líquido (isto é, a solução de produto de fenol/aldeído 25 contendo opcionalmente composto diídrico) deve ter um número de reatividade de pelo menos 1. O número de reatividade é 10/x onde x é o tempo em minutos necessário para endurecer o resole utilizando 10% em peso do resole de uma solução aquosa de 66 a 67% de ácido p-tolueno sulfônico a 60°C. o teste envolve misturar aproximadamente 5 mL do resole com a quantidade mencionada de solução de ácido p-tolueno sulfônico em um tubo de teste, imergindo o tubo de teste em um banho de água aquecido a 60°C e medindo o tempo exigido para a mistura se tornar dura ao toque. O resole deve ter um número de reatividade de pelo menos 1 para produtos espumados úteis a serem produzidos e preferivelmente o resole tem um número de reatividade de pelo menos 5, mais preferivelmente pelo menos 10.
[000118] O pH do resole, que é genericamente alcalino, é preferivelmente ajustado em aproximadamente 7, se necessário para uso no processo, adequadamente pelo adição de um acido orgânico fraco como ácido láctico.
[000119] Os exemplos de endurecedores de ácido forte são ácidos inorgânicos como ácido clorídrico, ácido sulfúrico e ácido fosfórico, e ácidos orgânicos fortes como ácidos sulfônicos aromáticos, por exemplo, ácidos sulfônicos de tolueno e ácido tricloroacético. Ácidos fracos como ácido acético e ácido propiônico genericamente não são adequados. Os endurecedores preferidos para o processo da invenção são os ácidos sulfônicos aromáticos, especialmente ácidos sulfônicos de tolueno. O ácido pode
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41/55 ser utilizado como uma solução em um solvente apropriado como água.
[000120] Quando a mistura de resole, endurecedor e sólido deve ser derramada, por exemplo, em um molde e em aplicações de moldagem de lama, a quantidade de sólido inerte que pode ser adicionada ao resole e endurecedor é determinada pela viscosidade da mistura de resole e endurecedor na ausência do sólido. Para essas aplicações, prefere-se que o endurecedor seja fornecido em uma forma, por exemplo, solução, de tal modo que quando misturado com o resole na quantidade exigida forneça um líquido tendo uma viscosidade aparente não excedendo aproximadamente 50 poises na temperatura na qual a mistura deve ser utilizada, e a faixa preferida é 5 a 20 poises. Abaixo de 5 poises, a quantidade de solvente presente tende a apresentar dificuldades durante a reação de cura.
[000121] A reação de cura é exotérmica e, portanto causará com que a temperatura da mistura contendo resole e endurecedor ácido aumente. A temperatura da mistura pode ser também elevada por calor aplicado, porém a temperatura na qual a mistura pode então ser elevada (isto é, excluindo o efeito de qualquer exotermia) preferivelmente não excede 85°C. se a temperatura da mistura exceder 85°C antes da adição do endurecedor, é normalmente difícil ou impossível posteriormente dispersar adequadamente o endurecedor através da mistura devido à cura incipiente. Por outro lado, é difícil, se não impossível, aquecer uniformemente a mistura acima de 85°C após adição do endurecedor.
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42/55 [000122] O aumento da temperatura em direção a 85°C tende a levar a aspereza e não uniformidade da textura da espuma, porém isso pode ser compensado pelo menos até certo ponto em temperaturas moderadas por reduzir a concentração de endurecedor. Entretanto em temperaturas muito acima de 75°C mesmo a quantidade mínima de endurecedor exigida para fazer com que a composição endureça é genericamente em demasia para evitar essas desvantagens. Desse modo, temperaturas acima de 75°C são preferivelmente evitadas e temperaturas preferidas para a maioria das aplicações são de temperatura ambiente até aproximadamente 75°C. A faixa de temperatura preferida depende normalmente até certo ponto da natureza do sólido em partículas, onde utilizado. Para a maioria dos sólidos a faixa de temperatura preferida é de 25 a 65°C, porém para alguns sólidos, em particular pó de madeira e farelo de grão, a faixa de temperatura preferida é 25 a 75°C. A faixa de temperatura mais preferida é 30 a 50°C. As temperaturas abaixo da ambiente, por exemplo, para baixo até 10°C podem ser utilizadas se desejado, porém nenhuma vantagem é normalmente obtida desse modo. Em geral, em temperaturas até 75°C, o aumento em temperatura leva à diminuição na densidade da espuma e vice versa.
[000123] A quantidade de endurecedor presente também afeta a natureza do produto bem como a taxa de endurecimento. Desse modo, o aumento da quantidade de endurecedor não somente tem o efeito de reduzir o tempo exigido para endurecer a composição, como acima de certo nível dependente da temperatura e natureza do resole também
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43/55 tende a produzir uma estrutura de célula menos uniforme. Também tende a aumentar a densidade da espuma devido ao aumento na taxa de endurecimento. Na realidade, se uma concentração demasiadamente elevada de endurecedor for utilizada, a taxa de endurecimento pode ser tão rápida que nenhuma espumação ocorre e sob algumas condições a reação pode se tornar explosiva devido ao acúmulo de gás dentro de um invólucro de resina endurecida. A quantidade apropriada de endurecedor dependerá principalmente da temperatura da mistura de resole e endurecedor antes do início da reação de cura exotérmica e o número de reatividade do resole e variará inversamente com a temperatura e o número de reatividade escolhidos. A faixa preferida de concentração de endurecedor é equivalente de 2 a 20 partes em peso de ácido sulfônico p-=tolueno por 100 partes em peso de produto de reação de fenol/aldeído no resole, assumindo que o resole tem uma reação substancialmente neutra, isto é, um pH de aproximadamente 7. Por equivalente a ácido p-tolueno sulfônico, queremos dizer a quantidade de endurecedor necessária para fornecer substancialmente o mesmo tempo de cura que a quantidade mencionada de ácido p-tolueno sulfônico. A quantidade mais adequada para qualquer temperatura dada e combinação de resole e sólido finamente dividido é prontamente determinável por experimento simples. Onde a faixa de temperatura preferida é 25 a 75°C e o resole tem um número de reatividade de pelo menos 10, os melhores resultados são genericamente obtidos com o uso de endurecedor em quantidades equivalentes a 3 a 10 partes de ácido p-tolueno sulfônico por 100 partes em peso do
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44/55 produto de reação de fenol/aldeído. Para uso com temperaturas abaixo de 25°C ou resoles tendo um número de reatividade abaixo de 10, pode ser necessário utilizar mais endurecedor.
[000124] Por controle apropriado da temperatura e da concentração de endurecedor, o lapso de tempo entre adicionar o endurecedor ao resole e a composição se tornar dura (mencionado aqui como o tempo de cura) pode variar à vontade de alguns segundos até uma hora ou mesmo mais, sem afetar substancialmente a densidade e estrutura de célula do produto.
[000125] Outro fator que controla a quantidade de endurecedor exigida pode ser a natureza do sólido inerte, onde presente. Muitos poucos são exatamente neutros e se o sólido tiver uma reação alcalina, mesmo se somente muito leve, mais endurecedor pode ser necessário devido à tendência do material de enchimento neutralizar o mesmo. Portanto, deve ser entendido que os valores preferidos para concentração de endurecedor dados acima não levam em conta nenhum tal efeito do sólido. Qualquer ajuste exigido devido à natureza do sólido dependerá da quantidade de sólido utilizado e pode ser determinado por simples experimento.
[000126] A reação de cura exotérmica do resole e endurecedor de ácido leva à formação de subprodutos, particularmente aldeído e água, que são pelo menos parcialmente volatilizados.
[000127] A reação de cura é efetuada na presença de um inerte finamente dividido e sólido em partículas insolúveis que é substancialmente uniformemente disperso em
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45/55 toda a mistura de resole e endurecedor. Por um sólido inerte queremos dizer que na quantidade que é utilizado não evita a reação de cura.
[000128] Acredita-se que o sólido em partículas finamente dividido provê núcleos para as bolhas de gás formadas pela volatilização das moléculas pequenas, principalmente formaldeído e/ou água, presentes no resole e/ou gerado pela ação de cura, e provê locais nos quais a formação de bolha é promovida, desse modo auxiliando a uniformidade de tamanho de poro. A presença do sólido finamente dividido pode promover também estabilização das bolhas individuais e reduzir a tendência de bolhas em aglomerar e eventualmente causar probabilidade de colapso de bolha antes da cura. Para obter o efeito desejado, o sólido deve estar presente em uma quantidade não menor do que 5% em peso com base no peso do resole.
[000129] Qualquer sólido em partículas finamente divididas que seja insolúvel na mistura de reação é adequado, desde que seja inerte. Os exemplos de sólidos em partículas apropriados são fornecidos acima.
[000130] Sólidos tendo mais de uma reação levemente alcalina, por exemplo, silicatos e carbonatos de metais alcalinos, são preferivelmente evitados devido a sua tendência em reagir com o endurecedor de ácido. Sólidos como talco, entretanto, que têm uma reação alcalino muito branda, em alguns casos devido à contaminação com materiais mais fortemente alcalinos como Magnesita, são aceitáveis.
[000131] Alguns materiais, especialmente materiais fibrosos como pó de madeira, podem ser absorventes e podem
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46/55 ser, portanto necessários utilizar quantidades genericamente maiores desses materiais do que materiais não fibrosos, para obter produtos espumados valiosos.
[000132] Os sólidos têm preferivelmente um tamanho de partícula na faixa de 0,5 a 800 micra. Se o tamanho de partícula for demasiadamente grande, a estrutura de célula da espuma tende a se tornar indesejavelmente grossa. Por outro lado, nos tamanhos de partículas muito pequenos, as espumas obtidas tendem a ser bem densas. A faixa preferida é 1 a 100 micra, mais preferivelmente 2 a 40 micra. A uniformidade de estrutura de célula parece ser encorajada por uniformidade de tamanho de partícula. Misturas de sólidos podem ser utilizadas se desejado.
[000133] Se desejado, sólidos como pós de metal finamente divididos podem ser incluídos que contribuem para o volume de gás ou vapor gerado durante o processo. Se utilizado individualmente, entretanto, será entendido que os resíduos que deixam após o gás por decomposição ou reação química satisfazem as exigências do sólido em partículas finamente dividido inerte e insolúvel exigido pelo processo da invenção.
[000134] Preferivelmente, o sólido finamente dividido tem uma densidade que não é grandemente diferente daquela do resole, de modo a reduzir a possibilidade do sólido finamente dividido tender a acumular no fundo da mistura após mistura.
[000135] Uma classe preferida de sólidos é o cimento hidráulico, por exemplo, gesso e emboço, porém não cimento Portland devido à sua alcalinidade. Esses sólidos tenderão
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47/55 a reagir com água apresente na mistura de reação para produzir uma estrutura esqueletal endurecia no produto de resina curado. Além disso, a reação com a água também é exotérmica e auxilia na espumação e reação de cura. Produtos espumados obtidos utilizando esses materiais têm propriedades físicas particularmente valiosas. Além disso, quando exposto à chama mesma por longos períodos de tempo tendem a queimar até uma consistência semelhante a tijolo que ainda é forte e capaz de suportar cargas. Os produtos têm também excelente isolado térmico e propriedades de absorção de energia. A quantidade preferida de sólido em partículas inerte é de 20 a 200 partes em peso por 100 partes em peso de resole.
[000136] Outra classe de sólidos que é preferida devido a seu uso fornecer produtos tendo propriedades similares àquelas obtidas utilizando cimentos hidráulicos compreende talco e cinza incombustível. As quantidades preferidas desses sólidos são também 20 a 200 partes em peso por 100 partes em peso de resole.
[000137] Para as classes acima de sólido, a faixa mais preferida é 50 a 150 partes por 100 partes de resole.
[000138] Em geral, a quantidade máxima de sólido que pode ser empregada é controlada somente pelo problema físico de incorporar o mesmo na mistura e manipular a mistura. Em geral, é desejado que a mistura seja derramável, porém mesmo em concentrações de sólidos bem elevadas, quando a mistura é como uma massa ou pasta e não pode ser derramada, produtos espumados com propriedades valiosas podem ser obtidos.
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48/55 [000139] Outros aditivos podem ser incluídos na mistura que forma espuma. Esses podem incluir: (i) tensoativos, como materiais aniônicos, por exemplo, sais de sódio de ácidos sulfônicos de benzeno alquila de cadeia longa, materiais não iônicos como aqueles baseados em poli(óxido de etileno) ou copolímeros dos mesmos, e materiais catiônicos como compostos de amônio quaternário de cadeia longa ou aqueles baseados em poliacrilamidas; (ii) modificadores de viscosidade como alquil celulose, especialmente metil celulose, e (iii) substâncias corantes, como corantes ou pigmentos. Plastificantes para resinas fenólicos também podem ser incluídos com a condição de que reações de cura e espumação não sejam suprimidas desse modo, e compostos polifuncionais diferentes dos compostos diídricos mencionados acima podem ser incluídos que participam na reação de reticulação que ocorre em cura; por exemplo, di- ou poli-aminas, di- ou poli-isocianatos, ácidos di- ou poli-carboxílicos e aminoálcoois. Compostos insaturados polimerizáveis também podem ser incluídos, possivelmente juntamente com iniciadores de polimerização de radical livre que são ativados durante a reação de cura, por exemplo, monômeros acrílicos, os denominados acrilatos de uretano, estireno, ácido maleico e derivados dos mesmos, e misturas dos mesmos. As composições de formação de espuma também podem conter desidratadores, se desejado.
[000140] Outras resinas podem ser incluídas, por exemplo, como prepolímeros que são curadas durante a reação de espumação e cura ou como pós, emulsões ou dispersões. Os exemplos são poliacetais como acetais de polivinila,
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49/55 polímeros de vinila, polímeros de olefina, poliésteres, polímeros acrílicos e polímeros de estireno, poliuretanos e prepolímeros dos mesmos e prepolímeros de poliéster, bem como resinas de melamina, novolacas fenólicas, etc. agentes de sopro convencionais também podem ser incluídos para aumentar a reação de espumação, por exemplo, compostos orgânicos de baixa ebulição ou compostos que decompõem ou reagem para produzir gases.
[000141] O SMC pode ser preparado por aplicar uma camada de uma pasta de resina, por exemplo, uma pasta de resina de poliéster, contendo aditivos onde apropriado, sobre um portador de filme inferior. Fibras de vidro como o reforço são então aplicadas à superfície superior da pasta de resina no portador de filme. Uma camada adicional da pasta de resina é aplicada para encaixar as fibras entre as camadas de matriz. Um filme superior é aplicado à camada superior da matriz. A composição em camadas resultante é subsequentemente comprimida utilizando uma série de roletes para formar uma folha do SMC entre os portadores de filme. O material é rolado sobre roletes e mantido por pelo menos 3 dias em uma temperatura regulada, por exemplo, de 23 a 27°C. O SMC resultante pode ser moldado por compressão com calor. A vida de armazenagem do SMC antes do uso é normalmente algumas semanas.
[000142] Características preferidas da presente invenção serão descritas agora, puramente como exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
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50/55 [000143] As figuras 1 a 5 mostram uma vista em seção transversal esquemática de várias modalidades dos painéis compósitos em camadas da invenção (não traçada em escala).
[000144] A figura 6A mostra esquemática em vista detalhada em seção transversal a moldagem de um painel compósito em camadas da invenção tendo uma superfície perfilada (não traçada em escala).
[000145] A figura 6B mostra esquematicamente em vista em seção transversal a moldagem de um painel compósito em camadas da invenção tendo uma superfície perfilada (não traçada em escala).
[000146] A figura 6C mostra esquematicamente em vista em seção transversal um painel compósito em camadas moldado da invenção tendo uma superfície perfilada (não traçada em escala).
[000147] A figura 7A mostra esquematicamente em vista em seção transversal um painel compósito em camadas da invenção antes do impacto (não traçada em escala).
[000148] A figura 7B mostra esquematicamente em vista em seção transversal o efeito de um impacto em um painel compósito em camadas da invenção (não traçada em escala).
[000149] Na figura 1, um painel compósito em camadas é mostrado tendo uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha (10) ligado a um primeiro painel de espuma de célula aberta sólida (12), em que um material polimérico curado (14) penetra uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida (12).
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51/55 [000150] Na figura 2, uma segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha (16) também é ligada ao primeiro painel de espuma de célula aberta sólida. Novamente, um material polimérico curado (18) penetra uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida (12).
[000151] Na figura 3 o núcleo compreende primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida (12, 20) respectivamente ligados as primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha (10, 16). Um material polimérico curado (14, 18) penetra em uma superfície de cada dos primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida (12, 20) e um adesivo elastomérico (22) liga os primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida juntos. Como mostrado, o adesivo elastomérico penetra em uma porção de cada dos primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida.
[000152] Na figura 4, um terceiro painel de espuma de célula aberta sólida (26) é fornecido entre os primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida (12, 20). Um adesivo elastomérico (22, 24) liga os primeiro, segundo e terceiro painéis de espuma de célula aberta sólida juntos, e penetra em uma porção de cada dos painéis de espuma. Como mostrado, o terceiro painel de espuma de célula aberta sólida compreende lascas (28) de pedra, cerâmica, vidro ou outros materiais agregados incorporados na matriz de espuma de célula aberta sólida.
[000153] Na figura 5, um painel de reforço (30) como um material de plástico reforçado com vidro, é fornecido
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52/55 entre os primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida (12, 20).
[000154] Como mostrado nas figuras 6A a 6C, uma superfície perfilada dos painéis compósitos em camadas da invenção pode ser formada por um processo de moldagem.
[000155] Desse modo, uma camada de material polimérico em forma de folha (10), preferivelmente SMC, é aplicada à superfície superior de um molde (32). O material polimérico em forma de folha (10) é preferivelmente dimensionado de modo a estender através de toda a superfície de molde. Sobre o material polimérico em forma de folha (10) é aplicado um painel de espuma de célula aberta sólida (12). A espuma utilizada é vantajosamente:
. estrutural e tem propriedades de suporte de carga;
. frangível e pode ser formada sob pressão;
. inelástica, de tal modo que retenha substancialmente sua forma prensada; e . de célula aberta de tal modo que gases possam escapar da matriz de espuma durante pressão e de tal modo que materiais curáveis no material polimérico em forma de folha possam migrar para dentro das células abertas da espuma de modo a formar uma ligação forte entre o material polimérico em forma de folha e a espuma.
[000156] A pressão descendente é aplicada aos componentes como mostrado na figura 6B utilizando uma placa de pressão (34). Preferivelmente, as camadas são também aquecidas. A camada de espuma (12) é pressionada em direção
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53/55 à superfície de molde inferior (32), triturando a espuma e moldando a superfície inferior da espuma (12) no formato da superfície de molde (32). O material polimérico em forma de folha (10) também é prensado entre a superfície de molde (32) e a camada de espuma (12). Preferivelmente, o material polimérico em forma de folha é aquecido de modo a curar o material polimérico.
[000157] Ar e outros gases retidos entre o material polimérico em forma de folha (10) e a camada de espuma (12) passam através da estrutura de célula aberta da espuma. Os componentes são retidos no molde com a aplicação de pressão e calor por um tempo suficiente para a formação de uma ligação entre as camadas, por exemplo, o tempo de cura do SMC. O produto resultante é então removido do molde como mostrado na figura 6C, e pode ser subsequentemente ligado a uma primeira camada de isolamento como descrito acima.
[000158] Nas figuras 7A e 7B, um painel compósito em camadas é mostrado tendo dois painéis de espuma de célula aberta sólidos (12) encaixando um segundo painel de espuma de célula aberta de densidade mais baixa (20). Uma onda de energia (36) é mostrada se aproximando do painel compósito na figura 7A, e impactando no painel compósito na figura 7B. como mostrado na figura 7B, o impacto comprime o segundo painel de espuma de célula aberta sólida de densidade mais baixa. O primeiro painel de espuma de célula aberta sólida permanece intacto.
Exemplos
Exemplo 1
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54/55 [000159] Um painel resistente a explosão foi construído de um núcleo que consiste em um painel de espuma de resina fenólica de célula aberta sólida única (82 mm de espessura), uma primeira camada de superfície de SMC (1,5 mm) e uma segunda camada de superfície de SMC (1,5 mm). uma camada de pano de fibra de vidro orientada (1 mm) foi fornecida entre o painel de espuma de resina fenólica e a primeira camada de superfície de SMC. As camadas constituintes do painel resistente à explosão foram montados e aquecidos e pressionados para curar o SMC, de tal modo que um material curável a partir da primeira camada de superfície de SMC penetrou no pano de fira de vidro orientada e a superfície da espuma de resina fenólica, e um material curável a partir da segunda camada de superfície de SMC penetrou na superfície oposta do painel de espuma de resina fenólica. O painel resultante tinha uma espessura de 85 mm. uma camada de cinto Kevlar™ (um cinto de poli-aramida) foi fixada na segunda camada de superfície de SMC.
[000160] Quatro desses painéis, medindo 2,0 m em altura e 0,80 m em largura foram montados adjacentes entre si em uma armação de aço utilizando grampos de expansão, de modo a formar uma parede de aproximadamente 2,4 m em altura e 4,0 m em largura.
[000161] Uma carga explosiva (1800 kg de óleo de combustível-nitrato de amônio) foi detonada a uma distância de 7 0 m da parede, para produzir uma onda de choque tendo um impulso de 150 psi-ms-1.
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55/55 [000162] Um monitor de pressão posicionado atrás da parede durante a detonação não registrou alteração em pressão devido à onda explosiva. Além disso, nenhum dano aos painéis foi observado.
Exemplo 2 [000163] Um painel resistente a explosão foi construído de um núcleo compreendendo um primeiro painel de espuma de resina fenólica de célula aberta sólida (40 mm de espessura) ligado a uma camada de reforço de plástico reforçado de fibra de vidro (13 mm) que foi ele próprio ligado a um segundo painel de espuma de resina fenólica de célula aberta sólida (40 mm de espessura). Desse modo, o núcleo compreendia um material plástico reforçado com fibra de vidro ligado entre dois painéis de espuma de resina fenólica. Uma primeira camada de superfície de SMC (1,5 mm) e uma segunda camada de superfície de SMC (1,5 mm) foram ligadas aos primeiro e segundo painéis de espuma de célula aberta sólida, respectivamente. Uma camada de pano de fibra de vidro orientada (1 mm) foi fornecida entre o primeiro painel de espuma de resina fenólica de célula aberta sólida e a primeira camada de superfície de SMC. As camadas constituintes do painel resistente à explosão foram montadas, aquecidas e pressionadas para curar o SMC, de tal modo que um material curável a partir da primeira camada de superfície de SMC penetrou no pano de fibra de vidro orientada e a superfície do primeiro painel de espuma de resina fenólica de célula aberta sólida, e um material da segunda camada de superfície de SMC penetrou na superfície oposta do painel de espuma de resina fenólica. O painel
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56/55 resultante tinha uma espessura de 85 mm. uma camada de cinto Kevlar™ (um cinto de poli-aramida) foi fixada à segunda camada de superfície de SMC.
[000164] Como acima, quatro desses painéis, medindo 2,0 m em altura e 0,80 m em largura foram montados adjacentes entre si em uma armação de aço utilizando grampos de expansão, de modo a formar uma parede de aproximadamente 2,4 m em altura e 4,0 m em largura.
[000165] Uma carga explosiva (1800 kg de óleo combustível-nitrato de amônio) foi detonada a uma distância de 7 0 m da parede, para produzir uma onda de choque tendo um impulso de 150 psi-ms-1.
[000166] Um monitor de pressão posicionado atrás da parede durante detonação não registrou alteração em pressão devido à onda explosiva. Além disso, nenhum dano aos painéis foi observado.
Exemplo comparativo 3 [000167] Uma parede medindo aproximadamente 2,4 m em altura, 4,0 m em largura e 0,20 m em profundidade foi construída de blocos de concreto de dimensões aproximadas 15 cm em altura, 30 cm em comprimento e 20 cm em profundidade e argamassa de construção padrão.
[000168] Uma carga explosiva (1800 kg de óleo combustível-nitrato de amônio) foi detonada a uma distância de 70 m da parede, para produzir uma onda de choque tendo um impulso de 150 psi-ms-1. A parede foi totalmente demolida, com nenhuma das juntas de argamassa permanecendo intacta e com a maior parte dos blocos de concreto fragmentando.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Uso de um painel compósito em camadas caracterizado pelo fato de ser como uma blindagem resistente a explosão, em que o painel compósito em camadas compreende um núcleo que compreende ou consiste em um primeiro painel de espuma de célula aberta, sólida e um segundo painel de espuma sólida em que os painéis de espuma são ligados juntos por um adesivo ou outro agente de ligação de modo a formar uma estrutura em camadas monolítica, e em que pelo menos um dos painéis de espuma sólida tem uma resistência à deformação abaixo do impacto de uma onda de energia de explosão que é menor do que aquela dos outros painéis de espuma sólida.
  2. 2. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende ainda pelo menos um terceiro painel de espuma sólida.
  3. 3. Uso, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o terceiro painel de espuma sólido forma um sanduíche com o primeiro e segundo painéis de espuma sólida, e um painel interno do sanduíche tem uma resistência à deformação sob o impacto de uma onda de energia de explosão que é mais baixa do que os outros painéis de espuma sólida.
  4. 4. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o painel compósito em camadas compreende ainda uma primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, em que o material polimérico em forma de folha é ligado a uma superfície do núcleo.
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  5. 5. Uso, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de superfície de um material polimérico em forma de folha compreende um material polimérico curado.
  6. 6. Uso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material polimérico curado penetra uma superfície do primeiro painel de espuma de célula aberta sólida de modo a formar a ligação entre a primeira camada de superfície e o núcleo.
    7. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida é não elasticamente deformável. 8. Uso, de acordo com a reivindicação 7,
    caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida é quebradiço.
    9. Uso, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida é progressivamente deformável.
    10. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida inclui um material de reforço em partículas finamente divididas.
    11. Uso, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o material é um particulado metálico.
    12. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida
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    3/7 compreende ainda lascas de pedra, cerâmica, vidro ou outros materiais agregados incorporados na matriz de espuma de célula aberta.
    13. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida tem uma densidade na faixa de 100 a 500 kg.m3, excluindo quaisquer lascas de agregados que podem ser incorporadas na espuma.
    14. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 12, caracterizado pelo fato de que o painel de espuma sólida interno tem uma densidade de 100 a 140 kg.m3, e os painéis de espuma sólida externos têm uma densidade de 130 a 170 kg.m3.
    15. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida compreende uma espuma tendo um diâmetro médio de célula na faixa de 0,5 mm a 5 mm.
    16. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e/ou segundo painel de espuma sólida compreende uma espuma polimérica de célula aberta sólida, tal como uma espuma de resina fenólica.
    17. Uso, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a espuma polimérica de célula aberta é como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11. 18. Uso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de ligação ou
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    4/7 adesivo utilizado para ligar as primeira e segunda camadas de espuma compreende ou consiste em um ou mais elastômeros.
    19. Uso, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o agente de ligação ou adesivo utilizado para ligar a primeira e segunda camadas de espuma compreende ou consiste em pelo menos um elastômero selecionado de: borracha natural, poliisopreno sintético, borracha de butila, borracha de butila halogenada, polibutadieno, borracha de estireno-butadieno, borracha de nitrila, borracha de nitrila hidrogenada, borracha de cloropreno, borracha de silicone, e borracha de silicone halogenada.
    20. Uso, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que o elastômero penetra no primeiro painel de espuma de célula aberta sólida a uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio da célula da espuma; ou em que o elastômero penetra o primeiro painel de espuma de célula aberta sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm, por exemplo, 2,5 mm ou 3,0 mm.
    21. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de que o segundo painel de espuma sólida compreende uma espuma de célula aberta, e em que o elastômero penetra no segundo painel de espuma de célula aberta sólida a uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio de célula da espuma; ou em que o segundo painel de espuma sólida compreende uma espuma de célula aberta, e em que o elastômero penetra
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    5/7 o segundo painel de espuma de célula aberta, sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm 2,5 mm ou 3,0 mm.
    22. Uso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material polimérico em forma de folha compreende uma matriz que compreende ou consiste em uma resina de polímero termorrígido.
    23. Uso, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o material polimérico em forma de folha compreende uma matriz que compreende ou consiste em uma resina de polímero termorrígido em que a resina de polímero termorrígido é selecionada de: resinas de poliéster, resinas de éster de vinila, resinas de epóxi, resinas fenólicas, resinas de bismaleimida ou resinas de poliimida.
    24. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o material polimérico em forma de folha compreende fibras de reforço.
    25. Uso, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o material polimérico em forma de folha compreende fibras de reforço em que as fibras de reforço incluem uma ou mais de fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida e/ou fibras de polietileno, como polietileno com peso molecular ultra elevado (UHMWPE).
    26. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado pelo fato de que o material polimérico em forma de folha tem uma espessura na faixa de 0,5 a 25 mm.
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    6/7
    27. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizado pelo fato de que uma porção do material polimérico em forma de folha penetra no primeiro painel de espuma de célula aberta sólida até uma profundidade que é pelo menos equivalente ao diâmetro médio da célula da espuma; ou em que uma porção do material polimérico em forma de folha penetra no primeiro painel de espuma de célula aberta
    sólida a uma profundidade de pelo menos 0,5 mm, por exemplo, 2,5 mm ou 3,0 mm. 28. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende uma ou mais camadas de núcleo adicionais. 29. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que as
    camadas são coextensivas uma com a outra.
    30. Uso, de acordo com a reivindicação 28 ou 29, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende um ou mais painéis de espuma sólida adicionais.
    31. Uso, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende um ou mais painéis de espuma sólida adicionais em que um ou mais painéis de espuma sólida adicionais são como definidos em qualquer uma das reivindicações 16 a 17.
    32. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, caracterizado pelo fato de que o núcleo compreende uma ou mais camadas de reforço, e/ou em que o núcleo compreende uma ou mais camadas adicionais de material polimérico em forma de folha.
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  7. 7/7
    33. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizado pelo fato de que o painel compósito em camadas compreende ainda uma segunda camada de superfície de um material polimérico em forma de folha, e em que o núcleo é disposto entre as primeira e segunda camadas de superfície de material polimérico em forma de folha.
    34. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações 1
    33, caracterizado pelo fato de que o painel compósito em camadas tem uma superfície perfilada;
    ou em que a primeira camada de superfície de material polimérico em forma de folha é ligada a um material de efeito de superfície.
    35. Uso de acordo com qualquer uma das reivindicações
    1 a 34, caracterizado pelo fato de que núcleo tem uma espessura na faixa de
    20 a 500 mm, e/ou em que o painel compósito em camadas tem uma espessura na faixa de 21 a 550 mm.
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