BR112013028528B1

BR112013028528B1 - ballistic panel

Info

Publication number: BR112013028528B1
Application number: BR112013028528-1A
Authority: BR
Inventors: Marco Bertin
Original assignee: Marco Bertin
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2021-03-16
Also published as: BR112013028528A2; WO2012151645A1; MX2013012885A

Abstract

PAINEL BALÍSTICO. A presente invenção refere-se a um painel balístico, dito painel sendo composto de uma pluralidade de camadas de tecidos de fibra técnica e matriz elastomérica para ser usado como proteção contra projéteis de armas de fogo.BALLISTIC PANEL. The present invention relates to a ballistic panel, said panel being composed of a plurality of layers of technical fiber fabrics and elastomeric matrix to be used as protection against firearm projectiles.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um painel balístico, dito painel sendo composto de uma pluralidade de camadas de tecidos técnicos e elastômero colados com a finalidade de ser usado como proteção contra projéteis de armas de fogo. Exposição da invenção[001] The present invention relates to a ballistic panel, said panel being composed of a plurality of layers of technical fabrics and elastomer glued with the purpose of being used as protection against projectiles of firearms. Exhibition of the invention

[002] A presente invenção visa particularmente a um painel balístico, que é fixado a objetos para ser usado como anteparo contra projéteis de armas de fogo. Histórico da Invenção[002] The present invention is particularly aimed at a ballistic panel, which is attached to objects to be used as a shield against firearm projectiles. History of the Invention

[003] São conhecidos do homem da técnica os painéis balísticos formados a partir de camadas de tecidos de fibras técnicas ou tecido técnico de alta resistência, utilizados com matrizes poliméricas. Dentre os tecidos técnicos mais conhecidos, que oferecem boa resistência ao impacto de projéteis de armas de fogo, podem-se citar a fibra de aramida, de poliaramida, de vidro, cerâmicas, e semelhante.[003] Ballistic panels formed from layers of technical fiber fabrics or high-strength technical fabric, used with polymeric matrices, are known to the man of the art. Among the most well-known technical fabrics, which offer good resistance to the impact of firearm projectiles, we can mention the aramid, polyamide, glass, ceramics, and similar fibers.

[004] Mais particularmente, destaca-se a fibra de poliaramida (poliamida aromática ou aramida) conhecida por possuir características que proporcionam um elevado desempenho.[004] More particularly, it stands out the polyamide fiber (aromatic polyamide or aramid) known for having characteristics that provide a high performance.

[005] Apesar desses painéis oferecerem resistência a tal impacto, eles não apresentam nenhuma resiliência, e o local atingido pelo projétil se deforma de forma permanente.[005] Although these panels offer resistance to such an impact, they have no resilience, and the location reached by the projectile deforms permanently.

[006] Para superar essa desvantagem foi desenvolvido um painel composto de várias camadas tecido técnico recoberto de manta polimérica, que atribui ao painel resiliência suficiente e assim ele pode ser utilizado como proteção balística, absorvendo a energia cinética de um projétil, e permitindo o retorno de seu estado original após o impacto, conforme descrito no pedido de patente PI0803433-8.[006] To overcome this disadvantage, a panel composed of several layers technical fabric covered with a polymeric blanket was developed, which gives the panel sufficient resilience and thus it can be used as ballistic protection, absorbing the kinetic energy of a projectile, and allowing the return from its original state after impact, as described in patent application PI0803433-8.

[007] Apesar desse painel apresentar vantagens em relação à arte anterior à época de seu depósito, ele tem um peso elevado, o que limita sua utilização, além de aumentar consideravelmente o peso do objeto onde é instalado.[007] Although this panel has advantages over the art prior to the time of its deposit, it has a high weight, which limits its use, in addition to considerably increasing the weight of the object where it is installed.

[008] Em vista dessa desvantagem, esta invenção refere-se a um painel balístico formado a partir de uma pluralidade de camadas de tecidos de fibra de aramida de tenacidade específica, sendo os tecidos entremeados com uma camada de filme polimérico, ou, em uma variante, impregnados com uma composição polimérica de elastômero, permitindo assim a utilização de um número reduzido de camadas, proporcionando um painel de menor peso, e com resiliência necessária à sua utilização como proteção balística, absorvendo a energia cinética de um projétil, e permitindo o retorno a seu estado original após o impacto.[008] In view of this disadvantage, this invention relates to a ballistic panel formed from a plurality of layers of aramid fiber fabrics of specific tenacity, the fabrics being interspersed with a layer of polymeric film, or, in a variant, impregnated with an elastomeric polymeric composition, thus allowing the use of a reduced number of layers, providing a less weighted panel, and with the necessary resilience for its use as ballistic protection, absorbing the kinetic energy of a projectile, and allowing the return to its original state after impact.

[009] A impregnação do tecido de aramida pode ser feita, por exemplo, por espalmagem, com uma régua em um rodo, de um banho de uma matriz polimérica no tecido. O material é, preferivelmente, aplicado com o auxílio de uma régua nos dois lados do tecido, e posteriormente ele é vulcanizado numa prensa que aplica pressão e temperatura. O sanduíche resultante, com tantas camadas de aramida quando desejado, é aplicado na blindagem, por exemplo, em locais opacos de veículos.[009] The impregnation of the aramid fabric can be done, for example, by spreading, with a ruler in a squeegee, a bath of a polymeric matrix in the fabric. The material is preferably applied with the aid of a ruler on both sides of the fabric, and then it is vulcanized in a press that applies pressure and temperature. The resulting sandwich, with as many layers of aramid as desired, is applied to the armor, for example, in opaque vehicle locations.

Description of the Invention

[0010] A presente invenção trata de um painel balístico que compreende diversas camadas de tecido de fibras técnicas entremeadas com uma camada de filme polimérico, ou em uma variante construtiva, a camada de tecido é impregnada com matriz polimérica que faz a impermeabilização do tecido e ainda a adesão das diversas camadas que são montadas por sobreposição, e processadas a quente e sob pressão.[0010] The present invention deals with a ballistic panel that comprises several layers of technical fiber fabric interspersed with a layer of polymeric film, or in a constructive variant, the layer of fabric is impregnated with a polymeric matrix that makes the fabric waterproof and also the adhesion of the various layers that are assembled by overlapping, and processed under heat and pressure.

[0011] Conforme sentido aqui utilizado, tecido de fibras técnicas são tecidos de uso balístico escolhidos particularmente dentro do grupo composto por fibra de aramida, poliaramida, fibra de vidro, fibras cerâmicas, etc. De forma particular utiliza-se o tecido de fibra aramida.[0011] As used herein, technical fiber fabrics are ballistic fabrics chosen particularly within the group consisting of aramid fiber, polyamide, glass fiber, ceramic fibers, etc. In particular, aramid fiber fabric is used.

[0012] O painel é formado a partir da adesão de cerca de 6 a 7 camadas do referido tecido impregnado com a matriz polimérica, ou, em uma variante construtiva, por 6 a 7 camadas de tecido técnico entremeados por uma camada de filme polimérico.[0012] The panel is formed from the adhesion of about 6 to 7 layers of said fabric impregnated with the polymeric matrix, or, in a constructive variant, by 6 to 7 layers of technical fabric interspersed with a layer of polymeric film.

[0013] O tecido de aramida utilizado é de alta tenacidade, maior que 20 gpd (gramas por denier), que oferece ao mesmo tempo boa resistência a impacto de projéteis de arma de fogo, e ainda possibilita utilizar um número reduzido de camadas, proporcionando um painel de peso reduzido.[0013] The aramid fabric used is of high tenacity, greater than 20 gpd (grams per denier), which at the same time offers good impact resistance from firearm projectiles, and also allows the use of a reduced number of layers, providing a lightweight panel.

[0014] Essa combinação de uma matriz polimérica com tecido técnico de tenacidade especifica e relativamente baixa, quando comparada com aquelas dos tecidos atualmente utilizados, possibilitou utilizar um número reduzido de camadas produzindo uma resistência balística elevada, conforme demonstram os testes ilustrados mais adiante.[0014] This combination of a polymeric matrix and technical fabric of specific and relatively low toughness, when compared with those of the fabrics currently used, made it possible to use a reduced number of layers producing a high ballistic resistance, as shown in the tests illustrated below.

[0015] O filme polimérico ou o material de impregnação do tecido de fibra de aramida é uma matriz polimérica, preferencialmente escolhida dentre elastômero, polímero termoplástico (polietileno ou copolímero etileno acetato de vinila), resina (fenólica ou epóxi), poliuretano, ou suas misturas.[0015] The polymeric film or the material for impregnating the aramid fiber fabric is a polymeric matrix, preferably chosen from elastomer, thermoplastic polymer (polyethylene or ethylene vinyl acetate copolymer), resin (phenolic or epoxy), polyurethane, or their mixtures.

[0016] A impregnação pode ser feita por qualquer processo da arte anterior, por exemplo, por espalmagem da matriz com o auxílio de uma régua, de forma a distribuir a matriz de maneira nivelada sobre a superfície do tecido. Essa impregnação é feita nos dois lados do tecido, as camadas são então sobrepostas e levadas para serem vulcanizadas numa prensa que aplica pressão e temperatura. O painel resultante está pronto para ser aplicado, por exemplo, em locais opacos dos automóveis.[0016] The impregnation can be done by any process of the prior art, for example, by flattening the matrix with the aid of a ruler, in order to distribute the matrix evenly over the fabric surface. This impregnation is done on both sides of the fabric, the layers are then superimposed and taken to be vulcanized in a press that applies pressure and temperature. The resulting panel is ready to be applied, for example, in opaque locations in automobiles.

[0017] O painel é fabricado com auxílio de uma prensa que por meio de pressão e temperatura promove a união das camadas de tecido impregnado, por exemplo, de acordo com as seguintes etapas: a) Calibração do termopar (-200 ~760°C), termômetro (0 a 300°C) e manómetro (0 a 500 kgf/cm2) da prensa; b) Corte nas dimensões escolhidas das camadas do tecido técnico impregnado, ou do tecido e do filme polimérico; c) Inspeção das condições de limpeza do tecido; d) Posicionamento de bandeja de aço inox e camada de material de proteção sobre a mesa elevatória de uma prensa; e) Posicionamento das camadas do tecido impregnado sobre o teflon, ou do tecido e do filme polimérico; f) Inserção de etiqueta de identificação e cobertura com uma camada de material de proteção; g) Prensagem do painel de forma homogênea entre 120°C - 190°C e mais que 10 bar / 223,60 ± 3 kgf/cm2por cerca de 10 à 60 minutos; h) Regulagem do sistema de tração e retirada dos painéis; i) Colocação dos painéis em uma mesa elevatória, para retirada do material de proteção, e dos painéis prontos, colocando-os sobre pallets; j) Esfriar os painéis.[0017] The panel is manufactured with the aid of a press that, by means of pressure and temperature, promotes the union of the layers of impregnated fabric, for example, according to the following steps: a) Calibration of the thermocouple (-200 ~ 760 ° C ), thermometer (0 to 300 ° C) and pressure gauge (0 to 500 kgf / cm2) of the press; b) Cut to the chosen dimensions of the layers of the impregnated technical fabric, or of the fabric and the polymeric film; c) Inspection of the cleaning conditions of the fabric; d) Positioning of stainless steel tray and layer of protective material on the lifting table of a press; e) Positioning of the layers of the impregnated fabric on the Teflon, or of the fabric and the polymeric film; f) Insertion of an identification tag and cover with a layer of protective material; g) Pressing the panel evenly between 120 ° C - 190 ° C and more than 10 bar / 223.60 ± 3 kgf / cm2 for about 10 to 60 minutes; h) Adjustment of the traction system and removal of the panels; i) Placing the panels on a lifting table, to remove the protection material, and the ready panels, placing them on pallets; j) Cool the panels.

[0018] Quando a opção for por utilizar o tecido de fibra de aramida impregnado com uma composição polimérica de elastômero, o processo de fabricação do painel balístico compreende uma etapa anterior de impregnação do referido tecido. Verifica-se então a calibração do termopar (-200 ~760°C), termômetro (0 a 300°C) e manômetro (0 a 500 kgf/cm2), antes de posicionar as camadas de tecido impregnado na prensa.[0018] When the option is to use aramid fiber fabric impregnated with an elastomeric polymeric composition, the ballistic panel manufacturing process comprises a previous step of impregnating said fabric. The calibration of the thermocouple (-200 ~ 760 ° C), thermometer (0 to 300 ° C) and manometer (0 to 500 kgf / cm2) is then checked before placing the layers of impregnated fabric in the press.

[0019] Antes de colocar os tecidos na máquina faz- se um verificação visual de suas condições de limpeza, inspecionando se ele está isento de sujeiras, imperfeições, partículas ou corpos estranhos.[0019] Before placing the fabrics in the machine, a visual check is made of their cleaning conditions, inspecting whether it is free of dirt, imperfections, particles or foreign bodies.

[0020] Prepara-se então a prensa com a colocação de uma bandeja de aço inox com uma camada de material de proteção sobre a mesa elevatória, por exemplo, teflon, após o que são posicionadas cerca de 6 a 7 camadas do tecido impregnado, ou do tecido e do filme polimérico alternadamente, e finalmente insere uma etiqueta de identificação na camada final, sendo ela coberta com uma camada de material de proteção (teflon).[0020] The press is then prepared by placing a stainless steel tray with a layer of protective material on the lifting table, for example, Teflon, after which about 6 to 7 layers of the impregnated fabric are positioned, or the fabric and the polymeric film alternately, and finally inserts an identification tag on the final layer, which is covered with a layer of protective material (Teflon).

[0021] Dessa forma, pode-se posicionar outro conjunto de 6 a 7 camadas do tecido impregnado, ou do tecido e do filme polimérico alternadamente, sempre intercalados com uma camada de material de proteção, por exemplo, teflon, mantendo cada conjunto separado do outro. De maneira preferencial, a prensa é carregada com no máximo 6 a 7 painéis cada módulo, o que oferece um painel homogêneo.[0021] In this way, it is possible to place another set of 6 to 7 layers of the impregnated fabric, or of the fabric and the polymeric film alternately, always interspersed with a layer of protective material, for example, Teflon, keeping each set separate from the other. Preferably, the press is loaded with a maximum of 6 to 7 panels each module, which offers a homogeneous panel.

[0022] As camadas são então prensadas a uma pressão maior que 10 bar / 223, 60 ± 3 kgf/cm2, sob temperatura entre 120°C e 190°C , cerca de 10 à 60 minutos, dependendo do número de camadas.[0022] The layers are then pressed at a pressure greater than 10 bar / 223, 60 ± 3 kgf / cm2, under a temperature between 120 ° C and 190 ° C, about 10 to 60 minutes, depending on the number of layers.

[0023] Os painéis prontos são então retirados da prensa para esfriar, após o que é feita uma inspeção visual a fim de verificar se não existem bolhas, sujeiras, ou má aderência entre as camadas dos tecidos.[0023] The finished panels are then removed from the press to cool, after which a visual inspection is made in order to check that there are no bubbles, dirt, or bad adhesion between the layers of the fabrics.

[0024] O painel balístico assim fabricado oferece uma resistência à penetração de projétil de armas de fogo superior às da arte anterior, as camadas são totalmente aderidas entre si pela cobertura dos tecidos com as matrizes poliméricas, que absorvem a energia cinética, sem permitir que as 6 e 7 camadas se separem. E ainda, os painéis têm um peso diminuído, e por seu reduzido número de camadas não aumentando radicalmente o peso do automóvel.[0024] The ballistic panel thus manufactured offers greater resistance to the projectile penetration of firearms than the prior art, the layers are fully adhered to each other by covering the fabrics with polymeric matrices, which absorb kinetic energy, without allowing the 6 and 7 layers separate. Furthermore, the panels have a reduced weight, and due to their reduced number of layers, they do not radically increase the weight of the car.

[0025] A fim de verificar a resistência ao impacto foram realizados alguns testes na empresa H.P. White Laboratory, Inc.. Os testes foram conduzidos de acordo com as normas NIJ- STD-0108.01, BALLISTIC RESISTANT PROTECTIVE MATERIALS, de setembro de 1985, Level IIIA, usando uma munição de calibre ,44 Magnum, 240 grain, SWCGC e uma Luger calibre 9mm, 124 grain FMJ.[0025] In order to verify the impact resistance, some tests were carried out in the company HP White Laboratory, Inc .. The tests were conducted according to the standards NIJ-STD-0108.01, BALLISTIC RESISTANT PROTECTIVE MATERIALS, September 1985, Level IIIA, using a 44 Magnum, 240 grain, SWCGC caliber ammunition and a 9mm Luger, 124 grain FMJ.

[0026] As amostras dos testes foram rigidamente arranjadas em uma área interna a 5,03 m (16,5 pés) da boca do cano de teste para produzir um grau de impacto zero de inclinação. Telas de velocidade foram posicionadas a 1,98 a 2,9 m (6,5 e 9,5 pés) onde, em conjunto com contadores de intervalos de tempo (cronógrafos), foram usados para computar a velocidade do projétil a 2,44 m (8,0 pés) da boca. As penetrações foram determinadas por exame visual dos painéis de observação de liga de alumínio 2024T3 de espessura de 0,05 cm (0,020 polegadas) posicionados a 15,24 cm (6,0 polegadas) atrás, e paralelos às amostras de teste. Foram colocadas junto aos painéis balísticos placas de aço coladas ou fixadas no anteparo para simular a chaparia de um veículo.[0026] The test samples were rigidly arranged in an internal area 5.03 m (16.5 feet) from the mouth of the test pipe to produce a zero degree of tilt impact. Speed screens were positioned at 1.98 to 2.9 m (6.5 and 9.5 feet) where, together with time interval counters (chronographs), they were used to compute the velocity of the projectile at 2.44 m (8.0 feet) from the mouth. Penetrations were determined by visual examination of the 2024T3 aluminum alloy observation panels with a thickness of 0.05 cm (0.020 inches) positioned 15.24 cm (6.0 inches) behind, and parallel to the test samples. Steel plates were placed next to the ballistic panels, glued or fixed to the bulkhead to simulate the plating of a vehicle.

[0027] As seguintes amostras foram apresentadas para o teste balístico: Amostra n°: BLAN 606 (9mm) Tamanho: 45,72 x 45,72 cm (18 x 18 polegadas) Peso: 2,037 kg (4,49 libras) Espessura: 0,505, 0,437, 0,460, 0,460 cm (0,199, 0,172, 0,181, 0,181 polegadas) Descrição: 6 camadas de fibra aramida coberta com neoprene e placa de aço Amostra n°: BLAN 606 (44MAG) Tamanho: 45,72 x 45,72 cm (18 x 18 polegadas) Peso: 2,073 kg (4,57 libras) Espessura: 0,373, 0,447, 0,465, 0,480 cm (0,147, 0,176, 0,183, 0,189 polegadas) Descrição: 6 camadas de fibra aramida coberta com neoprene e placa de aço. Amostra n°: BLKN 707 (9mm) Tamanho: 45,72 x 45,72 cm (18 x 18 polegadas) Peso: 2,159 kg (4,76 libras) Espessura: 0,462, 0,485, 0,462, 0,508 cm (0,182, 0,191, 0,182, 0,200 polegadas) Descrição: 7 camadas de fibra aramida coberta com neoprene e placa de aço. Amostra n°: BLKN 707 (44MAG) Tamanho: 45,72 x 45,72 cm (18 x 18 polegadas) Peso: 2,037 kg (4,49 libras) Espessura: 0,465, 0,404, 0,500, 0,454 cm (0,183, 0,159, 0,197, 0,179 polegadas) Descrição: 7 camadas de fibra aramida coberta com neoprene e placa de aço.[0027] The following samples were presented for the ballistic test: Sample No.: BLAN 606 (9mm) Size: 45.72 x 45.72 cm (18 x 18 inches) Weight: 2.037 kg (4.49 pounds) Thickness: 0.550, 0.437, 0.460, 0.460 cm (0.199, 0.172, 0.181, 0.181 inches) Description: 6 layers of aramid fiber covered with neoprene and steel plate Sample no .: BLAN 606 (44MAG) Size: 45.72 x 45.72 cm (18 x 18 inches) Weight: 2.073 kg (4.57 pounds) Thickness: 0.373, 0.447, 0.465, 0.480 cm (0.147, 0.176, 0.183, 0.189 inches) Description: 6 layers of aramid fiber covered with neoprene and steel. Sample No.: BLKN 707 (9mm) Size: 45.72 x 45.72 cm (18 x 18 inches) Weight: 2.159 kg (4.76 pounds) Thickness: 0.462, 0.485, 0.462, 0.508 cm (0.182, 0.191, 0.182, 0.200 inches) Description: 7 layers of aramid fiber covered with neoprene and steel plate. Sample No.: BLKN 707 (44MAG) Size: 45.72 x 45.72 cm (18 x 18 inches) Weight: 2.037 kg (4.49 pounds) Thickness: 0.455, 0.404, 0.500, 0.454 cm (0.183, 0.159, 0.197, 0.179 inches) Description: 7 layers of aramid fiber covered with neoprene and steel plate.

[0028] A tabela I apresenta um resumo do resultado dos testes.

[0028] Table I presents a summary of the test results.

[0029] Baseados nos dados apresentados na Tabela I acima, concluiu-se que as amostras submetidas ao teste satisfazem os requisitos das normas NIJ-STD-0108.01, Level IIIA.[0029] Based on the data presented in Table I above, it was concluded that the samples submitted to the test meet the requirements of the NIJ-STD-0108.01, Level IIIA standards.

[0030] Conforme pode ser visto no resultado dos testes, o presente painel apresenta uma total resistência à penetração de projéteis do calibre ,44 Magnum e 9mm Luger, pela combinação de tenacidade de seu tecido técnico utilizado em 6 ou 7 camadas, impregnados com matriz polimérica, unidos por prensagem sob temperatura.[0030] As can be seen in the results of the tests, the present panel has a total resistance to the penetration of projectiles of the caliber, 44 Magnum and 9mm Luger, by the combination of toughness of its technical fabric used in 6 or 7 layers, impregnated with matrix polymeric, joined by pressing under temperature.

Claims

1. BALLISTIC PANEL formed of a plurality of layers of technical fiber fabrics impregnated with polymeric matrix or interspersed with polymeric film characterized by the fact that the toughness of the technical fiber fabric is greater than 20 gpd; the polymeric matrix or polymeric film is chosen from elastomer, thermoplastic polymer, phenolic resin, epoxy resin, polyurethane, or mixtures where the technical fiber fabric is aramid fiber; and the number of layers of technical fiber fabric is 6 to 7.

2. BALLISTIC PANEL according to claim 1, characterized by the fact that it is impregnated with a polymeric matrix to provide adhesion between layers.

3. BALLISTIC PANEL according to claim 1 characterized by the fact that it uses pressure and temperature for the adhesion of the layers of technical fiber fabric through the polymeric matrix.