BR112014027982B1

BR112014027982B1 - Compósito à prova de bala curvo e um processo para curvar um compósito à prova de bala

Info

Publication number: BR112014027982B1
Application number: BR112014027982-9A
Authority: BR
Inventors: Mario Arturo Benjamín Mannheim Astete; Juan Pablo Suarez Cuervo; Juvénal Tobias Benitez Palmeth; Juan Carlos Espinosa Rojas
Original assignee: Agp America S.A.
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2021-03-23
Also published as: MX363544B; ZA201409033B; EP2846997A2; IL235575A0; WO2013168125A2; CO6790239A1; MX2014013694A; IL250503B; IL235575A; US8865300B2; BR112014027982A2; US20130302581A1; EP2846997B1; WO2013168125A3; US9950944B2; IL250503A0; US20160023938A1; PE20141962A1

Abstract

vidro à prova de bala curvo feito de vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica mecanicamente curvada na camada da face de impacto. a presente invenção revela um compósito à prova de bala curvo feito de vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica flexível na camada da face de impacto, de modo a ser curvado mecanicamente durante um processo de laminação através de baixo calor (temperatura) e pressão. os compósitos podem ser constituídos de uma ou mais camadas de vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica curvados por gravidade ou calor em uma ou mais camadas intermediárias. além disso, a presente invenção descreve um processo para a produção do vidro da presente invenção, que compreende as seguintes etapas: a) dimensionar (cortar) vidro ou cerâmica de vidro na camada da face de impacto e camadas intermediárias para a geometria ou forma do compósito à prova de bala curvo; b) fazer o acabamento da borda do vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica; c) curvar individualmente por meio de gravidade e temperatura as camadas intermediárias de vidro ou cerâmica de vidro; d) executar um processo de troca iônica de um ou vários vidros e/ou materiais vitrocerâmicos da camada da face de impacto e das camadas intermediárias; e) pintar a tarja preta com tinta orgânica na camada da face de impacto e/ou uma das camadas intermediárias; f) montar a camada da face de impacto, as camadas intermediárias, os materiais adesivos e a camada de plástico interna; e g) curvar mecanicamente durante a laminação por pressão e calor a camada da face de impacto, as camadas intermediárias, os materiais adesivos e a camada de plástico interna.

Description

COMPÓSITO À PROVA DE BALA CURVO E UM PROCESSO PARA CURVAR UM COMPÓSITO À PROVA DE BALA

1. CAMPO DA INVENÇÃO

001 A presente invenção está relacionada com a produção de compósitos à prova de bala curvos, que incorporam vidro, materiais vitrocerâmicos ou cerâmicos transparentes sobre a camada da face de impacto, em que a curvatura dos materiais usados na camada da face de impacto é obtida mecanicamente durante o processo de laminação por pressão e temperatura (calor).

2. DESCRIÇÃO DA ARTE

002 Um compósito à prova de bala convencional é constituído por um conjunto de diferentes camadas de vidro sodo-cálcico1, que se encontram ligadas entre si por camadas adesivas, que são geralmente polímeros, e em geral tem uma camada de policarbonato na parte interna do compósito.

003 Referindo-se à Figura 1, é mostrada a arquitetura de um compósito à prova de bala comumente encontrado na arte. Começando de fora para dentro (“fora” significa o espaço a partir de onde uma bala é normalmente disparada; do mesmo modo, “dentro” refere-se ao espaço protegido pelo compósito à prova de bala), encontra-se uma camada de vidro da face de impacto que recebe o impacto do projétil (1), a qual é fixada a outras camadas intermediárias (2) de vidro, a qual é fixada por meio de várias camadas adesivas (3) e uma camada interna (4) feita de qualquer material plástico de alta resistência a impacto.

004 Outros materiais diferentes do vidro sodo-cálcico tradicional foram incorporados na camada de vidro da face de impacto (1) em recentes concepções à prova de bala.

005 Por exemplo, o documento WO 2007/032961 A2 considera o uso de silicato de alumínio e lítio (LAS, na sigla em inglês) na camada da face de impacto (1) da Figura 1. Da mesma forma, os documentos PCT/US 2010/053106, US 7.875.565 e US 2010/0275767 contemplam o uso de materiais vitrocerâmicos2 na camada da face de impacto (1). Outros materiais cerâmicos transparentes considerados para a camada da face de impacto (1) do compósito à prova de bala compreendem: oxinitrato policristalino de alumínio (ALON), óxido de alumínio de único cristal (Safira) e espinela (MgAl2O4). No entanto, os materiais cerâmicos não são maciçamente usados na concepção e produção de vidro à prova de bala, devido ao alto custo desses materiais em comparação com o vidro sodo-cálcico, vidro borossilicato e materiais vitrocerâmicos, conforme estabelecido no pedido de patente US 2010/0275767.

006 A pluralidade de materiais de cerâmica de vidro sobre a camada da face de impacto US 2010/0275767 também é aderida a uma camada de revestimento que compreende um material resistente a estilhaçamento e uma camada intermediária entre a camada da face de impacto e a camada de revestimento, em que a camada intermediária pode incluir um material de isolamento, tal como um polímero, gás ou líquido. O estado da técnica não divulga qualquer informação sobre compósitos com diferentes materiais na camada da face de impacto e camadas intermediárias a serem usadas em compósitos à prova de bala curvos.

007 O custo da cerâmica pode ser 2.500 vezes maior do que o do vidro sodo-cálcico, 115 vezes maior do que o do vidro borossilicato e 30 vezes mais caros do que materiais vitrocerâmicos. Uma das propriedades mecânicas mais importantes consideradas para a seleção de material a ser usado na camada da face de impacto do compósito de vidro à prova de bala é a dureza. A dureza pode ser entendida como uma medida da quantidade de força necessária para alterar permanentemente a forma de um material. Neste sentido, um material mais duro pode erodir ou remover material de um material mais macio. Na presente invenção, é desejável ter materiais mais duros como a camada da face de impacto, de modo a corroer os materiais de projéteis, deformar a massa deles e, portanto, reduzir a sua energia cinética.

008 As principais diferenças entre vidro, materiais vitrocerâmicos e cerâmicos considerados candidatos a ser introduzidos em compósitos à prova de bala são: estrutura molecular, transparência e dureza. Como tal, a estrutura molecular do vidro é completamente amorfa e, assim, não existe nenhuma matriz molecular organizada; a característica acima torna o vidro transparente ao longo de todo o espectro de luz visível. No que diz respeito aos materiais vitrocerâmicos, existe uma estrutura molecular híbrida, parte amorfa e parte cristalina e, portanto, a transparência desses materiais dentro do espectro de luz visível é menor que a do vidro, e a dureza desses materiais é maior do que a dureza do vidro. Além disso, materiais cerâmicos transparentes têm uma estrutura cristalina e molecular de dureza superior quando comparados com vidro e materiais vitrocerâmicos. A transparência desses materiais é limitada. Duas das principais desvantagens dos materiais cerâmicos transparentes, que podem ser incluídos nos compósitos à prova de bala, são o seu alto custo e a disponibilidade restrita de tamanhos grandes (superfície inferior a 0,5 m2).

009 Continuando com a Figura 1, o material convencionalmente usado nas camadas intermediárias de vidro (2) é o mesmo vidro usado na camada de vidro da face de impacto (1). No entanto, com o novo conceito de usação de um material mais duro do que o vidro (sodo-cálcico ou borossilicato) na camada da face de impacto (1), descobriu-se a usação eficiente de vidro nas camadas intermediárias (2) da Figura 1. O número e a espessura das camadas intermediárias (2) usadas no compósito à prova de bala dependem do tipo de munição que precisa de ser detida, e, portanto, quanto mais energia cinética o projétil transporta, maior o número de camadas intermediárias necessárias ou uma maior espessura das mesmas. A usação de vidro borossilicato3 como camadas intermediárias (2) pode representar uma vantagem da concepção de compósitos à prova de bala, já que o vidro borossilicato tem uma densidade menor do que o vidro sodo-cálcico e, assim, contribui para a redução da densidade da área de formulações balísticas. No entanto, o custo de vidro borossilicato é maior do que o custo de vidro sodo-cálcico. Não é encontrada nenhuma evidência no estado da técnica de compósitos à prova de bala curvos em que o material usado na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) é o mesmo tipo de cerâmica de vidro ou em que a cerâmica de vidro usada na camada da face de impacto (1) é diferente da cerâmica de vidro usada nas camadas intermediárias (2). Da mesma forma, não é encontrada nenhuma evidência no estado da técnica de compósitos balísticos curvos com multicamadas, em que os materiais cerâmicos são usados na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2).

0010 Como mencionado acima, as camadas adesivas (3) funcionam como camadas de ligação (1), (2) e (4). Essas camadas também reduzem a propagação de fissuras e aumentam a capacidade do compósito à prova de bala de resistir a impactos múltiplos, mantendo unidas todas as camadas que compõem o compósito, tal como descrito na patente n° US 2009/0136702. Os materiais mais usados para unir as camadas são: poliuretano (PU), etileno-acetato de vinila (EVA), ionômeros e poli(vinil butirato) (PVB) ou PVB especial, PU ou outros polímeros.

0011 A camada interna (4) funciona na contenção de estilhaços da camada da face de impacto (1) e das camadas intermediárias (2) gerados durante impactos e absorve energia cinética residual que o projétil mantém após atravessar a camada da face de impacto (1), as camadas intermediárias (2) e as camadas adesivas (3). A forma como as camadas internas (4) absorvem energia é por meio de deformação plástica (deformação); o material convencionalmente usado na camada interna (4) é o policarbonato. Outros materiais que podem ser usados na camada interna (4) são os seguintes: vários tipos de poliacrilatos, polietilenos, poliureias, poliuretanos rígidos e poliésteres, como ilustrado no documento US 2010/0275767. No entanto, o documento US 2010/0275767 não resolve o problema de flexão do material que emprega diferentes temperaturas de amolecimento, de modo a proporcionar paralelismo entre a camada da face de impacto e as camadas intermediárias, evitar o espaçamento entre as referidas camadas e evitar rupturas durante o processo de laminação por calor e pressão.

0012 O processo de produção de compósitos à prova de bala curvos que usa vidro sodo-cálcico ou vidro borossilicato ou outra cerâmica ou cerâmica de vidro na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), compreende as seguintes etapas essenciais:

0013 a) dimensionar (cortar) o vidro ou a cerâmica de vidro da camada da face de impacto (1) e das camadas intermediárias (2) de acordo com a geometria ou a forma do compósito à prova de bala curvo. Sinterizar o material cerâmico da camada da face de impacto (1) de acordo com a forma do compósito à prova de bala curvo que se deseja produzir.

0014 b) esmerilhar a borda do vidro, da cerâmica de vidro ou cerâmica, ou seja, da camada da face de impacto (1) e das camadas intermediárias (2);

0015 c) pintar a tarja preta com esmaltes de vidro, que são um tipo de tinta inorgânica, sobre o vidro usado na camada da face de impacto (1) e/ou um dos vidros usados nas camadas intermediárias (2);

0016 d) curvar simultaneamente, por meio da gravidade e temperatura, a camada da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2);

0017 e) executar um processo de troca iônica de um ou vários vidros e/ou materiais vitrocerâmicos da camada da face de impacto (1) e das camadas intermediárias (2);

0018 f) montar a camada da face de impacto (1), as camadas intermediárias (2), as camadas adesivas (3) e a camada interna (4); e

0019 g) laminar por pressão e temperatura (calor) a camada da face de impacto (1), as camadas intermediárias (2), as camadas adesivas (3) e a camada interna (4); curvar por pressão e temperatura a camada interna (4).

0020 a) Ajustar (dimensionar) o vidro ou a camada de cerâmica de vidro da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2) à forma do compósito à prova de bala curvo. Sinterizar o material cerâmico da camada da face de impacto (1) de acordo com a forma do compósito à prova de bala curvo que se deseja produzir: o vidro e os materiais vitrocerâmicos transparentes que podem ser usados na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) da Figura 1 são obtidos como grandes folhas planas (cerca de 2 x 3 m). A descrição acima, a fim de aumentar a produtividade do vidro ou da cerâmica de vidro do fabricante, garante a forma plana da folha e mantém boas propriedades ópticas. As empresas que fabricam vidro à prova de bala devem cortar as chapas planas recebidas dos fabricantes de vidro ou cerâmica de vidro, a fim de obter o número de camadas em tamanhos e formas necessárias para as peças destinadas à produção. Ao contrário do vidro ou dos materiais vitrocerâmicos, os materiais cerâmicos têm de ser fabricados no tamanho e forma final necessários, devido à dificuldade de usinagem destes materiais, devido à sua dureza.

0021 b) Esmerilhar a borda do vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica: após o processo de corte de materiais incorporados na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), as bordas devem ser esmerilhadas. O objetivo deste processo de esmerilhamento consiste em reduzir o tamanho das fendas geradas durante o corte do vidro e dos materiais vitrocerâmicos. O esmerilhamento das bordas reduz o risco de rupturas devido à presença de defeitos. Os materiais cerâmicos devem ser fornecidos com acabamento de borda.

0022 c) Pintar a tarja preta usando esmaltes de vidro no vidro usado na camada da face de impacto (1) e/ou um nos vidros usados nas camadas intermediárias (2): compósitos à prova de bala curvos para uso automotivo requerem uma tarja preta no perímetro, tendo dois objetivos principais. O primeiro objetivo é absorver a luz solar UV a que os veículos estão sujeitos quando do lado de fora, uma vez que esta luz desnatura os adesivos usados para a fixação dos compósitos à prova de bala à carroceria do veículo e compromete o vínculo compósito à prova de bala/carroceria. A tarja preta no perímetro absorve a luz solar UV e evita que a referida luz solar atinja os adesivos, a fim de garantir que o compósito à prova de bala permaneça aderido às carrocerias de veículo. O segundo objetivo da tarja preta no perímetro dos compósitos à prova de bala é estético, pois ela esconde o vínculo entre a camada da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2), que compreendem o compósito à prova de bala. Portanto, pode ser evitado determinar para que tipo de munições o referido compósito à prova de bala foi concebido através de uma simples inspeção visual externa do veículo. A maior desvantagem de pintar a tarja preta no perímetro dos compósitos à prova de bala usando esmaltes de vidro é a perda de resistência mecânica do vidro quando pintados usando esse tipo de tinta. Ao pintar o vidro recozido (ausência de tensões internas) usando esmaltes de vidro, ele perde cerca de 60% de sua resistência mecânica e, portanto, os fabricantes de blindagem concebem compósitos à prova de bala com alta espessura da camada da face de impacto (1); vidro com espessuras superiores a 4 mm na camada da face de impacto (1) são convencionalmente usados, a fim de resistir ao peso de toda a peça e tensões geradas quando o veículo está em movimento.

0023 O uso de esmaltes de vidro para a produção da tarja preta é preferido pelos fabricantes de vidro à prova de bala porque as referidas tintas possuem uma alta resistência a arranhões, o que permite a um vidro ter um flange (camada da face de impacto (1), isto é, vidro de tamanho maior do que o vidro de camadas intermediárias (2), como ilustrado na Figura 1) facilmente instalado em carrocerias de carros à prova de bala. Flanges de vidro pintados com esmaltes de vidro podem ser instalados em contato direto com a carroceria do veículo, sem qualquer risco elevado de arranhões da tarja preta. Empresas montadoras de veículos blindados preferem que a espessura do vidro usado na camada da face de impacto (1) seja a mesma espessura do vidro com o qual os veículos foram originalmente feitos, uma vez que esta característica permite a instalação de compósito à prova de bala em carrocerias de veículos sem a necessidade de fazer modificações na carroceria. A Figura 3 ilustra a forma como um compósito à prova de bala que possui um flange é montado sobre uma porta de veículo; a camada da face de impacto (1), as camadas intermediárias (2), as camadas adesivas (3) e a camada interna (4) que compreendem o compósito à prova de bala podem ser apreciadas. Além disso, é mostrada a tarja preta (5) no perímetro; a espessura dos esmaltes de vidro não é proporcional à espessura dos outros componentes no desenho, a junta de vedação (6) usada para selar o interior do veículo do exterior quando o compósito à prova de bala encontra-se na posição superior e o interior da porta e painel externo (7).

0024 d) Curvar simultaneamente por meio de gravidade e temperatura a camada da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2): uma vez que a camada da face de impacto do vidro e/ou da cerâmica de vidro (1) e as camadas intermediárias (2) a ser usadas no compósito balístico estão dimensionadas e esmerilhadas, estas devem ser curvadas. O processo de abaulamento da camada da face de impacto (1) e da camada intermediária (2) de vidro e cerâmica de vidro deve assegurar um paralelismo perfeito entre as camadas a serem usadas. Na Figura 4, é esquematicamente mostrada uma configuração de matriz de camada de vidro, a qual compreende um compósito à prova de bala, a fim de ser curvado por gravidade e temperatura. Como mostrado na Figura 4, o compósito à prova de bala é composto de vidro na camada da face de impacto (1) e nas duas camadas do mesmo tipo de vidro usado na camada da face de impacto (1) e camadas intermediárias (2). Durante o processo de abaulamento simultâneo por gravidade e temperatura, cada uma das camadas de vidro que compreendem a peça formam um raio de curvatura determinado, calculado a partir do mesmo centro. Por exemplo: a camada de vidro da camada da face de impacto (1) forma um raio de curvatura de 2.000 mm, uma das camadas de vidro da camada intermediária (2) forma um raio de curvatura de 1.994 mm e a outra um raio de curvatura de 1.988 mm. A diferença entre os raios de curvatura é necessária para assegurar o paralelismo entre as camadas e reduzir o risco de rupturas durante o processo de laminação por pressão e temperatura.

0025 A Figura 4 ilustra a forma como os raios de curvatura são calculados em cada uma das camadas de vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica que serão usadas no compósito à prova de bala; conforme observado, o raio de curvatura em cada camada é diferente. O abaulamento simultâneo por gravidade e temperatura, em que o vidro e os materiais vitrocerâmicos são curvados e recozidos, é normalmente utilizado durante a produção de compósito à prova de bala que usa o mesmo tipo de vidro e cerâmica de vidro na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), porque isso aumenta a probabilidade de ter camadas inteiramente paralelas, evitando a formação de espaçamento que causa rupturas durante o processo de laminação por pressão e temperatura. Os materiais cerâmicos, em contraste com vidro e cerâmica de vidro, não são curvados por gravidade e temperatura, mas em vez disso são sinterizados com a forma final a ser usada em compósitos à prova de bala de vidro curvo.

0026 A Figura 5, ao usar o mesmo compósito balístico da Figura 4, é um exemplo de como a falta de paralelismo pode ser criada entre as camadas de vidros simultaneamente curvados por meio de gravidade e temperatura. Como pode ser observado na Figura 5, a camada de vidro na posição (1) não atingiu um raio de curvatura de 2.000 mm necessários para assegurar o paralelismo entre as camadas, mas, ao contrário, tomou um raio de curvatura de 2.475 mm. Devido ao acima referido, isso cria espaçamento entre as camadas, representando risco elevado de ruptura durante o processo de laminação. A Figura 5 mostra também no "Detalhe A” (destacado) o espaço entre as camadas de vidro na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2), que pode ser de até 3,1 mm. Quando as camadas de vidro ou cerâmica de vidro têm espaços como os mencionados acima (3,1 mm), o risco de uma ruptura aumenta quando submetidas a laminação por pressão e temperatura, porque o vidro e os materiais vitrocerâmicos são materiais frágeis que não têm um elevado grau de deformação. O espaçamento entre as camadas permite ao vidro e/ou aos materiais vitrocerâmicos deformar durante a laminação e produzir rupturas. Outro possível defeito gerado devido à falta de paralelismo entre as camadas é a distorção óptica (efeito de aumento) gerado quando os espaços formados entre as camadas de vidro curvado por gravidade e temperatura são suficientemente pequenos para que as camadas de vidro não quebrem durante a laminação, mas, em vez disso, geram a distorção óptica mencionada, que é um defeito indesejado em compósitos à prova de bala para aplicações em automóveis.

0027 Os materiais plásticos usados nas camadas adesivas (3) e na camada interna (4) na Figura 1 não devem ser previamente curvados porque eles são dúcteis (têm uma maior capacidade de deformação do que os materiais usados na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) da Figura 1 e, portanto, não se quebram durante a laminação).

0028 A fim de reduzir o risco de geração de grande espaçamento entre a camada da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2) (Figura 5), o abaulamento dessas camadas de vidro ou de cerâmica de vidro é geralmente realizado simultaneamente, usando temperatura e gravidade em um processo que leva algo como entre 100 e 1.000 minutos; durante esse processo, o vidro e os materiais vitrocerâmicos são também curvados e recozidos. Os intervalos de tempo mencionados referem-se ao tempo total de permanência da camada da face de impacto (1) e das camadas intermediárias (2) no interior dos fornos, de modo a serem simultaneamente curvadas sem sofrer rupturas devido ao choque térmico, uma vez que o aquecimento e o arrefecimento são efetuados progressivamente. Os materiais incham quando aquecidos e se contraem quando arrefecidos, e, portanto, o vidro e os materiais vitrocerâmicos devem ser aquecidos e arrefecidos a taxas que não causem alterações de volume bruscas. A taxa máxima a que as alterações de volume podem ser feitas em vidro e materiais vitrocerâmicos é determinada pelas propriedades térmicas de cada material. Quando o vidro ou os materiais vitrocerâmicos quebram devido a uma alteração de volume excessivamente rápida, isso é conhecido como falha material devido a choque térmico. Se um dado material é rapidamente arrefecido, mas não suficientemente rápido de modo a causar a ruptura do mesmo, o referido material acumula tensões internas, porque as moléculas não atingem equilíbrio termodinâmico. Com base no exposto acima, é compreensível que, portanto, o intervalo de tempo (100 a 1.000 minutos), através do qual a curvatura do vidro e da cerâmica de vidro por meio de gravidade e temperatura é feita, é bastante grande, dado que dependerão das propriedades térmicas do material disponível. Quando o arrefecimento do vidro e dos materiais vitrocerâmicos é feito suficientemente devagar, para que o material não acumule tensões internas, é, assim, dito que o material foi recozido. Durante a flexão por gravidade e temperatura, os materiais devem estar submetidos a sua temperatura de amolecimento, a fim de ser curvados.

0029 Cada tipo de vidro e cerâmica de vidro contemplada como uma opção na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1) têm a sua própria temperatura de amolecimento. Por exemplo: A temperatura de amolecimento do vidro sodo-cálcico é de 715 °C, a temperatura de amolecimento do vidro borossilicato é de 820 °C, a temperatura de amolecimento de aluminossilicato alcalino (SAS, na sigla em inglês) é de 904 °C.

0030 A fabricação convencional de compósitos à prova de bala é concebida usando o mesmo material na camada da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), a fim de que todas as camadas sejam curvadas simultaneamente usando a mesma temperatura. O processo descrito acima permite para as camadas sejam curvadas e recozidas ao mesmo tempo, usando o mesmo molde, e reduzindo assim o risco de espaçamento entre camadas, que provoca rupturas. O referido processo de abaulamento-recozimento simultâneo de camadas não é recomendado para materiais cujas temperaturas de amolecimento são diferentes, uma vez que isso reduz a qualidade óptica dos materiais através do aumento da presença de marcadores que têm temperaturas de amolecimento inferiores, reduz a otimização do processo de abaulamento, uma vez que há uma necessidade de esperar que materiais que possuem temperatura de amolecimento superior adquiram a forma final da peça, e também, aumenta o risco de espaçamento entre camadas. Por outro lado, o abaulamento-recozimento simultâneo de camadas de vidro requer um sistema de arrefecimento lento (< 10 °C/minuto), a fim de as interfaces quentes (em contato com as superfícies internas do vidro ou da cerâmica de vidro) resfriem a taxas semelhantes à taxa de arrefecimento das superfícies em contato com o ar; essas diferenças de temperatura entre interfaces vidro/vidro, vidro/ar, cerâmica de vidro/vidro ou cerâmica de vidro/ar podem causar tensões internas indesejáveis que também levam a rupturas. Mais uma vez, os espaços de tempo necessários para o abaulamento-recozimento de mais do que uma camada de vidro ou de cerâmica de vidro por meio de gravidade e temperatura requer períodos de tempo que variam de 100 a 1.000 minutos. Por conseguinte, existe uma necessidade de proceder ao abaulamento individual das camadas intermediárias por meio de um processo de abaulamento semitemperado ou reforçado termicamente, em vez de um processo de abaulamento-recozimento simultâneo.

0031 O documento US 2010/0275767, que descreve a produção de vidro à prova de bala usando cerâmica de vidro na camada da face de impacto (1) (Figura 1) e pelo menos um vidro sodo-cálcico ou vidro borossilicato nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), não explica como resolver o problema da flexão do vidro e/ou dos materiais vitrocerâmicos com diferentes temperaturas de amolecimento, sem a geração de espaçamento entre as camadas, o que pode levar a ruptura. Assim, as aplicações que usam a arquitetura ilustrada no documento US 2010/0275767 são dirigidas para peças planas, mesmo quando se usa o processo de troca iônica do documento WO 2007/032961. O estado da técnica não considera a flexibilidade que o processo de troca iônica fornece às camadas finas da face de impacto, a fim de viabilizar o abaulamento mecânico durante a laminação por pressão e temperatura com as camadas intermediárias.

0032 O documento US 2012/0174761 divulga um material laminado de blindagem transparente que tem uma face de impacto de vidro/cerâmica de vidro ou cerâmica, um ou uma pluralidade de vidros, cerâmica de vidro ou camada de revestimento polimérico atrás da camada da face de impacto, um ou uma pluralidade de camadas de contenção de estilhaços atrás das camadas de revestimento e uma camada de cobertura fina de vidro laminada à face de impacto, em que a cobertura fina de vidro tem uma espessura < 3mm. O documento US 2012/0174761 não considera uma combinação material-arquitetura que proporciona um processo de laminação por pressão e calor para a camada da face de impacto, as camadas intermediárias, os materiais adesivos e a camada de plástico interna, durante um processo de laminação através de baixo calor (temperatura) e pressão. Esse documento não sugere compósitos com diferentes materiais na camada da face de impacto e nas camadas intermediárias, para ser usados em composições à prova de bala curvos. Ao contrário do estado da técnica, a presente invenção proporciona um melhor desempenho balístico para a face de impacto, que usa uma cobertura fina como face de impacto, e sendo um sistema de blindagem transparente curva que usa materiais com diferentes temperaturas de amolecimento incorporados ao sistema.

0033 e) Executar um processo de troca iônica de um ou vários de vidro e/ou materiais vitrocerâmicos da camada da face de impacto (1) e camadas intermediárias (2): a troca iônica é um processo químico, através do qual os íons de um determinado tamanho são extraídos do vidro ou da cerâmica de vidro e outros maiores são introduzidos. A incorporação de íons maiores na estrutura molecular do vidro e dos materiais vitrocerâmicos gera tensões de compressão sobre a superfície do vidro ou da cerâmica de vidro. A espessura da tensão de compressão gerada é conhecida como "caso profundidade ou profundidade de camada - DOL, na sigla em inglês” e representa a profundidade atingida por esses íons maiores, através da superfície de vidro ou cerâmica de vidro. A Figura 6 ilustra a troca de íons de potássio e de sódio entre o vidro e um dado sal4. O estado da técnica revela a relação que existe entre troca iônica e propriedades balísticas de vidro e materiais vitrocerâmicos. O documento WO 2007/032961 divulga como a troca iônica tem evoluído e como esse processo pode ser usado em composições à prova de bala. Além disso, o estado da técnica também descreve como a troca iônica aumenta a resistência mecânica no vidro e nos materiais vitrocerâmicos em termos percentuais acima de 200%, tornando-os mais resistentes à ruptura. O documento WO 2007/032961 considera a aplicação do processo de troca iônica unicamente para as camadas de revestimento e não para a camada da face de impacto. O documento WO 2007/032961 reivindica uma camada da face de impacto com a capacidade de absorção de energia e das propriedades de dissipação de energia suficientes para reduzir tensões à tração radial e tensões à tração de aro causadas por um impacto a um nível reduzido de pelo menos 30.000 psi. Realizando um processo de troca iônica na camada da face de impacto do documento WO 2007/032961, a espessura dessa camada seria superior ao limite exigido pela presente invenção e aumentaria significativamente o peso da composição. Além disso, o documento WO 2007/032961 sugere um material de cerâmica de vidro como face de impacto, em que uma pessoa experiente na arte reconheceria que um processo de troca iônica não é possível de ser realizado em materiais vitrocerâmicos. Não é encontrado nenhum estado da técnica que descreve como a troca iônica pode aumentar a flexibilidade de alguns tipos de vidro e materiais vitrocerâmicos ao ponto desses materiais poderem ser incluídos em compósitos à prova de bala, sem a necessidade de abaulá-los por meio de gravidade e temperatura, mas apenas mecanicamente, durante laminação por pressão e temperatura, e fornecer às camadas a flexibilidade necessária para serem capazes de ser curvadas mecanicamente.

0034 f) Montar a camada da face de impacto (1), as camadas intermediárias (2), as camadas adesivas (3) e a camada interna (4): nesta etapa, a camada de face de impacto já curvada (1) e as camadas intermediárias (2) são colocadas na ordem em que elas serão laminadas. Entre elas, são colocadas as camadas adesivas (3). Como uma camada interna (4), é colocada uma folha de plástico plana ou curva. Posteriormente, os materiais são levados para a autoclave na ordem em que foram colocados, de forma a ser laminados por pressão e temperatura.

0035 g) Finalmente, laminar os materiais por pressão e temperatura no interior de uma autoclave. Os materiais são submetidos a uma pressão que varia entre 0,69 e 1,03 MPa (100 e 150 psi) e temperatura compreendida entre 85 °C e 135 °C, que levam à união da camada da face de impacto (1), das camadas intermediárias (2) e da camada interna (4) com as camadas adesivas (3). Nesta etapa, a camada interna (4) é curvada por meio de pressão e temperatura. No entanto, sabe-se também que é possível laminar sem pressão quando é usado EVA como adesivo (3).

0036 Em vista do que precede, pode observar-se que o estado da técnica não fornece qualquer informação sobre a flexibilidade que a troca iônica fornece aos materiais, e a forma como esta propriedade pode ser usada para que os referidos materiais sejam curvados mecanicamente durante a laminação por pressão e temperatura. Além disso, o estado da técnica também não divulga que compósitos em que um tipo de material é usado na camada da face de impacto (1) e um material diferente é usado nas camadas intermediárias (2) não estão destinados a ser usados em compósitos à prova de bala curvos, o estado da técnica não fornece as características químicas e físicas para a camada da face de impacto, para facilitar a curvatura mecânica. O estado da técnica não considera a possibilidade de execução de abaulamento individual das camadas intermediárias (2) por meio de um processo de abaulamento semitemperado ou reforçado termicamente, em vez de um processo de recozimento-abaulamento simultâneo. Finalmente, o estado da técnica não considera o processo de troca iônica para aumentar a flexibilidade dos materiais de vidro ao ponto desses materiais poderem ser incluídos em compósitos à prova de bala, sem a necessidade de abaulá-los por meio de gravidade e temperatura, mas apenas mecanicamente durante laminação por temperatura e pressão. O estado da técnica não considera uma combinação material-arquitetura que proporciona paralelismo adequado entre a camada da face de impacto e as camadas intermediárias, evitando o espaço entre essas camadas e evitando rupturas durante os ciclos de calor e pressão necessários para o processo de laminação curvada. Por conseguinte, existe uma necessidade de proporcionar um processo de troca iônica para camadas finas de face de impacto, a fim de proporcionar flexibilidade suficiente para possibilitar o abaulamento mecânico para esta camada, sem o uso de técnicas que exigem o aquecimento do material e atinjam seu ponto de amolecimento.

3. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

0037 A Figura 1 mostra uma seção transversal de um exemplo de uma concepção de um compósito de vidro transparente à prova de bala.

0038 A Figura 2 mostra uma seção transversal de um exemplo de uma concepção de um compósito de vidro transparente à prova de bala, em que são usadas duas camadas de plástico (4).

0039 A Figura 3 esboça a forma como um compósito à prova de bala curvo contendo um flange pode ser montado na porta de um veículo.

0040 A Figura 4 ilustra a forma como são medidos os raios de curvatura das diferentes camadas de material, que compreendem um compósito à prova de bala curvo.

0041 A Figura 5 mostra a falta de paralelismo entre as camadas de material que ocupam a camada da face de impacto (1) e as camadas intermediárias (2) em um processo de abaulamento deficiente.

0042 A Figura 6 ilustra a troca de íons de sódio e potássio entre o vidro e um sal.

0043 As Figura 7a e 7b ilustram duas concretizações da presente invenção.

0044 A Figura 8 ilustra as etapas do processo da presente invenção.

4. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

0045 Referindo-se às concretizações ilustradas nas Figuras 7a e 7b, a presente invenção descreve um compósito à prova de bala curvo possuindo vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica flexível na camada da face de impacto (10), de modo a ser mecanicamente curvado durante um processo de laminação através de baixo calor (temperatura) e pressão. Os compósitos podem ser feitos de uma ou mais camadas de vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica curvadas por gravidade e calor em uma ou mais camadas intermediárias (20). O propósito dos materiais adesivos (30) e da camada de plástico interna (40) é o mesmo que o propósito descrito para os materiais adesivos (3) e camada de plástico interna (4) do estado da técnica.

0046 Além disso, a presente invenção descreve um processo para a produção de vidro da presente invenção, compreendendo as seguintes etapas:

0047 a) (100) dimensionar (cortar) o vidro ou a cerâmica de vidro da camada da face de impacto (10) e das camadas intermediárias (20) de acordo com a geometria ou forma do compósito à prova de bala curvo. Sinterizar o material cerâmico da camada da face de impacto (10) de acordo com a forma do compósito à prova de bala curvo que se deseja produzir.

0048 b) (110) fazer o acabamento da borda do vidro, da cerâmica de vidro ou cerâmica, ou seja, da camada da face de impacto (10) e camadas intermediárias (20);

0049 c) (120) curvar individualmente por meio de gravidade e temperatura as camadas intermediárias (20) de vidro ou cerâmica de vidro;

0050 d) (130) executar um processo de troca iônica de um ou vários vidros e/ou materiais vitrocerâmicos da camada da face de impacto (10) e camadas intermediárias (20);

0051 e) (140) pintar a tarja preta com tinta orgânica na camada da face de impacto (10) e/ou uma das camadas intermediárias (20);

0052 f) (150) montar a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20), os materiais adesivos (30) e a camada de plástico interna (40); e

0053 g) (160) curvar mecanicamente, durante a laminação por pressão e calor, a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20), os materiais adesivos (30) e a camada de plástico interna (40).

5. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

0054 A produção de vidro à prova de bala plano usando materiais vitrocerâmicos na camada da face de impacto (1) e vidro borossilicato, sílica pura e "vidro de sílica” nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), já é divulgada no pedido de patente dos Estados Unidos n° 2010/0275767. No entanto, o estado da técnica não resolve o problema de abaulamento do material usando diferentes temperaturas de amolecimento, bem como haver paralelismo adequado entre a camada da face de impacto (10) e camadas intermediárias (20) (Figura 5) e evitar espaçamento que conduz à ruptura durante um processo de laminação por calor e pressão. O estado da técnica não considera o processo de troca iônica para aumentar a flexibilidade dos materiais de vidro ao ponto desses materiais poderem ser incluídos em compósitos à prova de bala, sem a necessidade de abaulá-los por meio de gravidade e temperatura, mas apenas mecanicamente, durante a laminação por pressão e temperatura.

5.1. Produto

0055 A presente invenção resolve o problema de produção de vidro à prova de bala curvo quando o vidro, a cerâmica de vidro ou a cerâmica suficientemente flexível é usada na camada da face de impacto (10) do compósito à prova de bala, a fim de ser mecanicamente curvado durante um processo de laminação por pressão e calor, normalmente realizado num intervalo entre 0 e 1,52 MPa (0 a 220 psi) e um intervalo de temperatura entre 80 e 140 °C.

0056 Além disso, a presente invenção resolve o problema de produção de compósitos à prova de bala, que incorporam vidro, cerâmica de vidro ou cerâmica na camada da face de impacto (10), os quais têm uma temperatura de amolecimento diferente da do vidro, de materiais vitrocerâmicos ou cerâmica usada nas camadas intermediárias (20) (Figura 7). Dado o processo de troca iônica do presente invento, o qual será detalhado a seguir, o material selecionado na camada da face de impacto (10) adquire a flexibilidade necessária para adoptar a curvatura dada para as camadas intermediárias (20) por gravidade e temperatura, sem a necessidade de usar outras faixas de temperatura e pressão durante o processo de autoclavagem.

0057 Referindo-se à Figura 7a, o compósito à prova de bala curvo da presente invenção pode ser feito de uma camada de face de impacto (10), pelo menos uma camada intermediária (20) e uma camada de plástico interna (40), unidas por materiais adesivos (30). Ao se referir a "um elemento” ou "uma camada” ou "um material”, deve necessariamente entender-se incluir a possibilidade de haver um ou mais desses elementos. Numa concretização preferida da invenção, o material preferido para ser usado na camada da face de impacto (10) é um aluminossilicato alcalino com troca iônica. Deve-se entender que o grupo de materiais aluminossilicato alcalino compreende aluminossilicato de lítio, aluminossilicato de sódio ou qualquer outro material aluminossilicato feito a partir do grupo de materiais alcalinos.

0058 Na presente invenção, a quantidade de óxido de sódio (Na2O) ou qualquer outro óxido incluindo sódio (Na) na sua fórmula química pode variar entre 0 e 30%. Numa concretização preferida, a composição química sugerida para aluminossilicato de sódio (SAS, na sigla em inglês) pode ser 61% de SiO2, 16% de AI2O3, <1% de B2O3, 13% de Na2O, 4% de K2O, <1% de CaO e 4% de MgO ou qualquer outra que permita ao referido material adquirir a flexibilidade e resistência mecânica necessárias após o processo de troca iônica para ser curvado durante o processo de laminagem, sem quebrar. Na concretização preferida mostrada na Figura 7a, a espessura da camada da face de impacto (10) pode ser, de preferência, menor ou igual a 3 mm (≤ 3 mm), a profundidade atingida durante o processo de troca iônica (DOL) maior ou igual a 30 μm (≥ 30 pm) e a tensão de compressão igual ou superior a 300 MPa (≥ 300 MPa).

0059 Outro material preferido para usar na camada da face de impacto (10) é aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês) com troca iônica. Na presente invenção, a quantidade de óxido de lítio (LiO2) ou qualquer outro óxido incluindo lítio (Li) na sua fórmula química pode variar entre 0 e 20%. Numa concretização preferida, a composição química sugerida para aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês) pode ser 67,2% de SiO2, 20,1% de Al2O3, 3,2% de LiO2, 1,1% de MgO, 0,05% de CaO, 0,9% de BaO, 1,7% de ZnO, 0,4% de Na2O, 0,3% de K2O, 2,7% de TiO2 e 1,7% de ZrO2 ou qualquer outra que permita ao referido material adquirir a flexibilidade e resistência mecânica necessárias após o processo de troca iônica para ser curvado durante o processo de laminagem, sem quebrar. Na concretização preferida mostrada na Figura 7a, a espessura da camada da face de impacto (10) pode ser, de preferência, menor ou igual a 3 mm (≤ 3 mm), a profundidade atingida durante o processo de troca iônica (DOL) maior ou igual a 50 pm (≥ 50 pm) e a tensão de compressão igual ou superior a 400 MPa (≥ 400 MPa).

0060 Uma melhoria importante da resistência a arranhões é obtida quando é usado um vidro ou cerâmica de vidro reforçado quimicamente como camada da face de impacto (1) em compósitos à prova de bala, porque as tensões de compressão incorporadas ao vidro ou materiais vitrocerâmicos torna mais difícil que arranhões possam ser gerados. Além disso, as tensões de compressão podem evitar ou retardar a propagação de fissuras pré-existentes na camada da face de impacto. Como resultado disso, a ruptura dessa camada pode ser evitada. Por exemplo, o vidro sodo-cálcico pode ter profundidade de camada de cerca de 25 a 30 mícrons e tensões de compressão entre 400 e 600 MPa. Assim, com o acréscimo de novos materiais como aluminossilicatos alcalinos e aluminossilicatos de lítio como camada da face de impacto (1), em que a DOL pode ser de até 1.000 mícrons e as tensões de compressão de até 1.000 MPa, as possibilidades de rupturas ou arranhões na camada da face de impacto são reduzidas.

0061 Em outros tipos de compósitos à prova de bala curvos da presente invenção, é possível o uso de vidro sodo-cálcico com troca iônica na camada da face de impacto (10). Na presente invenção, o teor mínimo de óxido de silício (SiO2) ou qualquer outro óxido incluindo silício (Si) na sua fórmula química pode ser de 50%. Numa concretização preferida da presente invenção, a composição química do vidro sodo-cálcico pode ser 73% de SiO2, 14% de Na2O, 9% de CaO, 4% de MgO, 0,15% de Al2O3, 0,03% de K2O, 0,02% de TiO2 e 0,1% de Fe2O3 ou qualquer outra que permita ao referido material, depois de ser submetido a troca iônica, obter a flexibilidade e a resistência mecânica necessárias para curvar durante o processo de laminação. A espessura do material usado na camada da face de impacto (10) pode ser menor ou igual a 3 mm (≤ 3 mm), a profundidade atingida durante o processo de troca iônica (DOL) maior ou igual a 15 μm (≥ 15 μm) e a tensão de compressão igual ou superior a 200 MPa (≥ 200 MPa).

0062 Em outros tipos de compósito à prova de bala curvo da presente invenção, é possível o uso de vidro borossilicato com troca iônica na camada da face de impacto (10). Na presente invenção, o teor mínimo de trióxido de boro (B2O3) ou qualquer outro óxido de boro incluindo (B) na sua fórmula química varia entre 0 e 25%. Numa concretização preferida da presente invenção, a composição química do vidro borossilicato pode ser 81% de SiO2, 4% de Na2O/K2O, 2% de Al2O3, 13% de B2O3 ou qualquer outra que permita ao referido material, depois de ser submetido a troca iônica, adquirir a flexibilidade e resistência mecânica necessárias para curvar durante o processo de laminação. A espessura do material usado na camada da face de impacto (10) pode ser menor ou igual a 3 mm (≤ 3 mm), a profundidade atingida durante o processo de troca iônica (DOL) maior ou igual a 5 pm (≥ 5 pm) e a tensão de compressão igual ou superior a 100 MPa (≥ 100 MPa).

0063 Aluminossilicato alcalino (SAS, na sigla em inglês), aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês), vidro sodo-cálcico e vidro borossilicato podem ser usados na camada da face de impacto (10) com uma espessura superior a 3 mm (> 3 mm). No entanto, nestes casos, o abaulamento da referida camada não é realizado por pressão e calor (0 a 1,52 MPa; 80 a 140 °C) durante a laminação, mas, em vez disso, individualmente por meio de gravidade e temperatura, durante o processo de abaulamento.

0064 Os materiais preferidos para uso nas camadas intermediárias são vidro sodo-cálcico com ou sem troca iônica, vidro borossilicato e sílica fundida (SiO2, teor > 95%). No entanto, é possível em outras concretizações o uso de materiais preferidos da camada da face de impacto (10) nas camadas intermediárias (20).

0065 Alternativamente, a concepção de compósitos à prova de bala pode incorporar diversas camadas de um ou de diferentes materiais plásticos como camadas internas (4). A Figura 2 mostra uma configuração na qual são usadas duas camadas de plástico. O artigo “Ballistic Properties of Hybrid Systems for Transparent Armor Applications” (propriedades balísticas de sistemas híbridos para aplicações de blindagem transparente), escrito por John W. Song et al. revela o efeito sinérgico de combinações que misturam materiais plásticos rígidos/macios como escudo de estilhaçamento na posição (4) da Figura 2. Desta forma, com a incorporação deste conceito híbrido, é obtida uma melhoria de desempenho balístico de compósitos à prova de bala com a mesma densidade de área.

5.2. Processo

0066 Como observado acima, a técnica descreve em detalhe as etapas fundamentais do processo de produção de vidro à prova de bala curvo usando vidro sodo-cálcico ou vidro borossilicato na camada de vidro da face de impacto (1) e nas camadas intermediárias (2) (Figura 1), conforme mencionado acima.

0067 Referindo-se à figura 8, é descrito o método através do qual os compósitos à prova de bala curvos do presente invento são produzidos. As etapas são:

0068 a) (100) dimensionar (cortar) o vidro ou a cerâmica de vidro da camada da face de impacto (10) e das camadas intermediárias (20) de acordo com a geometria ou forma do compósito à prova de bala curvo. Sinterizar o material cerâmico da camada da face de impacto (10) de acordo com a forma do compósito à prova de bala curvo que se deseja produzir.

0069 b) (110) fazer o acabamento da borda do vidro, da cerâmica de vidro ou cerâmica, ou seja, da camada da face de impacto (10) e camadas intermediárias (20);

0070 c) (120) curvar individualmente por meio de gravidade e temperatura as camadas intermediárias (20) de vidro ou cerâmica de vidro;

0071 d) (130) executar um processo de troca iônica de um ou vários vidros e/ou materiais vitrocerâmicos da camada da face de impacto (10) e camadas intermediárias (20);

0072 e) (140) pintar a tarja preta com tinta orgânica na camada da face de impacto (10) e/ou numa das camadas intermediárias (20);

0073 f) (150) montar a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20), os materiais adesivos (30) e a camada de plástico interna (40); e

0074 g) (160) curvar mecanicamente, durante a laminação por pressão e calor, a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20), os materiais adesivos (30) e a camada de plástico interna (40).

0075 Como pode ser observado, as diferenças em relação ao estado da técnica residem, em parte, na ordem das etapas c), e) e g); ou seja, elas apresentam modificações e alteram a sua ordem a fim de tornar possível a produção de vidro à prova de bala curvo, que envolve vidro ou materiais vitrocerâmicos na camada da face de impacto (10), diferente do vidro ou materiais vitrocerâmicos usados nas camadas intermediárias (20). As etapas c), e) e g) do presente invento serão descritas em detalhe e as modificações contempladas em cada etapa do mesmo.

0076 c) Curvar individualmente por meio de gravidade e temperatura as camadas intermediárias (20) de vidro ou cerâmica de vidro (120): como mencionado no estado da técnica, o abaulamento das camadas de vidro e cerâmica de vidro é realizado ao mesmo tempo (abaulamento-recozimento) para garantir o paralelismo. O processo pode demorar entre 100 e 1.000 minutos, porque ele exige um sistema de arrefecimento lento, a fim de permitir que as interfaces vidro/vidro, vidro/cerâmica de vidro ou cerâmica de vidro/cerâmica de vidro, que arrefecem mais lentamente do que as interfaces vidro/ar ou cerâmica de vidro/ar, tenham taxas de arrefecimento menores do que o gradiente de temperatura máxima permitido pelo material, a fim de evitar falhas devido a choque térmico. O abaulamento simultâneo de camadas de vidro ou cerâmica de vidro força os fabricantes de materiais à prova de bala a conceber fórmulas balísticas com os mesmos materiais, tanto na camada da face de impacto (10) quanto nas camadas intermediárias (20), a fim de ter a mesma temperatura de amolecimento dos materiais durante o abaulamento simultâneo por meio de gravidade e temperatura, deste modo diminuindo a presença de defeitos ópticos devidos a marcações em excesso durante o processo de abaulamento, que acontece quando materiais com diferentes temperaturas de amolecimento são simultaneamente curvados.

0077 A presente invenção resolve o problema de falta de paralelismo entre as camadas de vidro ou cerâmica de vidro usadas em camadas intermediárias (20), e que devem ser curvadas por meio de gravidade e temperatura mediante a realização da curvatura individual de cada camada num forno de têmpera de calor horizontal onde as peças são curvadas e semitemperadas ou reforçadas termicamente individualmente, de tal maneira que as interfaces vidro quente/vidro, cerâmica de vidro/vidro ou cerâmica de vidro/cerâmica de vidro são eliminadas quando mais do que uma camada é curvada. O paralelismo das camadas intermediárias (20) é assegurado pelo uso de molde especial, que permite melhor controle da forma das camadas de vidro ou cerâmica de vidro a ser usadas nas camadas intermediárias (20) durante o processo de abaulamento/semitêmpera ou reforço térmico. A descrição acima permite que o tempo necessário para o processo de abaulamento por temperatura e gravidade seja reduzido, de forma que o tempo de produção de vidro à prova de bala curvo seja reduzido e os custos relacionados com o abaulamento de camadas intermediárias (20) sejam otimizados. Portanto, a capacidade de produção e a economia de energia aumentam na produção de peças à prova de balas curvas.

0078 O processo de abaulamento/semitêmpera ou reforço térmico, realizado ao curvar individualmente as camadas de material usado nas camadas intermediárias (20), permite que fragmentos desses materiais curvados/semitemperados ou reforçados termicamente sejam de tamanho similar aos obtidos a partir de materiais curvados-recozidos (abaulamento simultâneo de camadas). A descrição acima é importante a fim de não perder a capacidade de resistência a impactos múltiplos, o que é muito relevante na concepção de compósitos à prova de bala.

0079 e) Pintar a tarja preta (140) usando a tinta orgânica ou inorgânica na camada da face de impacto (10) e/ou numa das camadas intermediárias (20): no estado da técnica, a produção da tarja preta no perímetro requerida em compósitos à prova de bala com esmaltes de vidro e que, geralmente, situam-se sobre o vidro usado na camada da face de impacto (10), reduz a resistência mecânica do vidro em percentagens maiores do que 60%. O acima exposto força os fabricantes de vidro à prova de bala a projetar compósitos à prova de bala com vidro espesso na camada da face de impacto (10). Além disso, é conhecido como a troca iônica aumenta a resistência mecânica do vidro e da cerâmica de vidro.

0080 A fim de evitar a perda de resistência mecânica no vidro e materiais vitrocerâmicos com troca iônica usados na camada da face de impacto (10), é necessário fazer a tarja preta no perímetro com tinta orgânica que não reduza as referidas propriedades mecânicas do vidro ou da cerâmica de vidro usada na camada da face de impacto (10).

0081 g) Laminar por pressão e calor a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20), os materiais adesivos (30) e a camada de plástico interna (40) e curvar mecanicamente por meio de pressão e temperatura a camada da face de impacto (10), de material de troca iônica e a camada de plástico interna (40): o processo de abaulamento-recozimento da camada da face de impacto (10) e das camadas intermediárias (20) é geralmente realizado simultaneamente por meio de gravidade e temperatura. No entanto, foi explicado como este processo de abaulamento simultâneo exige que os materiais a ser usados na camada da face de impacto (10) e nas camadas intermediárias (20) sejam os mesmos, a fim de evitar a falta de paralelismo entre as camadas e evitar defeitos ópticos produzidos por marcações em excesso quando materiais com diferentes temperaturas de amolecimento são simultaneamente curvados.

0082 A presente invenção tira proveito da maior resistência mecânica e flexibilidade que o processo de troca iônica confere ao vidro e à cerâmica de vidro, a fim de incorporá-los na camada da face de impacto (10) do vidro à prova de bala. Portanto, os materiais que serão usados na camada da face de impacto (10) podem ser introduzidos planos no processo de laminação por pressão e calor, que normalmente pode variar entre 0 e 1,52 MPa e entre 80 e 140 °C. Durante o processo de laminação, a pressão no interior da autoclave isobárica obriga os materiais da camada da face de impacto (10) a assumir a curvatura do material previamente curvado e semitemperado ou reforçado termicamente das camadas intermediárias (20).

0083 Exemplo 1: A Figura 7a ilustra um compósito que usa aluminossilicato alcalino (SAS, na sigla em inglês), aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês) ou vidro sodo-cálcico com uma espessura que varia entre 2 e 3 mm, com troca iônica na camada da face de impacto (10), mecanicamente curvado durante o processo de laminação por calor e pressão, uma camada de vidro borossilicato, com uma espessura que varia entre 9 e 13 mm nas camadas intermediárias (20), sem troca iônica e curvada /semitemperada ou reforçada termicamente por meio de gravidade e temperatura, uma camada de policarbonato com uma espessura que varia entre 1 e 3 mm na camada de plástico interna (40) e camadas adesivas (30) de poliuretano com uma espessura entre 0,3 e 3,1 mm. O compósito descrito está em conformidade com os requisitos estabelecidos pela norma NIJ 0108.01 para o nível III A, com uma espessura que varia de 14 a 17 mm; a fórmula padrão usada para atender aos requisitos do nível III A da mesma norma tem uma espessura de 21 mm e, por conseguinte, a espessura e a redução do peso podem variar entre 19 e 33%, de preferência uma redução de peso de 29% e uma redução de espessura de 26%. Além disso, o processo individual de abaulamento/semitêmpera ou reforço térmico das camadas intermediárias (20) pode ser realizado 10 vezes mais rápido do que o abaulamento-recozimento simultâneo, e, desta forma, representar economia de energia e custos na produção de vidro à prova de bala e um aumento na produção de compósitos à prova de bala curvos.

0084 Exemplo 2: A Figura 7a ilustra um compósito que usa aluminossilicato alcalino (SAS, na sigla em inglês), aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês) ou vidro sodo-cálcico com uma espessura que varia entre 2 e 3 mm, com troca de íons na camada da face de impacto (10), um camada de vidro sodo-cálcico com uma espessura que varia entre 8 e 14 mm nas camadas intermediárias (20), com troca iônica e curvado/semitemperado ou reforçado termicamente por meio de gravidade e temperatura, uma camada de policarbonato com uma espessura que varia entre 1 e 3 mm na camada de plástico interna (40) e camadas adesivas de poliuretano (30) com uma espessura entre 0,3 e 3,1 mm. O compósito descrito está em conformidade com os requisitos estabelecidos pela norma NIJ 0108.01 para o nível III A, com uma espessura que varia de 14 a 18 mm; a fórmula padrão usada para atender aos requisitos de nível III A da mesma norma tem uma espessura de 21 mm e, por conseguinte, a espessura e a redução do peso podem variar entre 0 e 30%.

0085 Exemplo 3: A Figura 7b ilustra uma composição que usa aluminossilicato alcalino (SAS, na sigla em inglês), aluminossilicato de lítio (LAS, na sigla em inglês) ou vidro sodo-cálcico com uma espessura que varia entre 2 e 3 mm, com troca de íons na camada da face de impacto (10), duas camadas de vidro borossilicato com uma espessura que varia entre 5 e 13 mm nas camadas intermediárias (20), sem troca de íons e curvado/semitemperado ou reforçado termicamente por meio de gravidade e temperatura, uma camada de policarbonato com uma espessura que varia entre 1 e 6 mm na camada de plástico interna (40) e camadas adesivas de poliuretano (30) com uma espessura entre 0,3 e 3,1 mm. O compósito descrito está em conformidade com os requisitos estabelecidos pela norma NIJ 0108.01 excedendo o nível III A, e oferece espessura e redução de peso que varia entre 20 e 35%.

0086 O acima exposto compreende uma divulgação completa e detalhada de diversas concretizações do conceito da invenção aqui reivindicada. Qualquer pessoa perita na arte compreenderá que podem existir variações sem afastamento do âmbito e espírito da invenção. O conceito inventivo aqui reivindicado é definido apenas pelo âmbito das reivindicações seguintes, que devem ser interpretadas de acordo com o que foi revelado no relatório descritivo detalhado.

Claims

Compósito à prova de bala curvo, compreendendo:
uma camada da face de impacto (10) de vidro aluminossilicato alcalino, vidro sodo-cálcico ou vidro borossilicato , submetida a um processo de troca iônica, e possuindo uma espessura menor ou igual a 3mm;
uma ou mais camadas intermediárias de vidro ou vidro cerâmico (20);
uma camada interna de plástico (40); e
um material adesivo (30) disposto entre a camada da face de impacto (10), as camadas intermediárias (20) e a camada interna de plástico (40);
caracterizado pelo fato da camada da face de impacto (10) ter uma temperatura de amolecimento diferente àquela do vidro ou vidro-cerâmico utilizado nas camadas intermediárias (20); e
onde a camada da face de impacto (10) é curvada mecanicamente para adotar a curvatura dada para as camadas intermediárias de vidro ou vidro-cerâmico (20).
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos materiais de aluminossilicato alcalino incluírem materiais selecionados a partir do grupo que consiste de aluminossilicato de lítio, aluminossilicato de sódio ou qualquer outro aluminossilicato do grupo de materiais alcalinos.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de óxido de sódio (Na2O) ou qualquer outro óxido que inclui sódio (Na) na sua fórmula química varia entre 0 e 30%.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de óxido de lítio (LiO2) ou qualquer outro óxido que inclui lítio (Li) na sua fórmula química varia entre 0 e 20%.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de óxido de silício (SiO2) ou qualquer outro óxido que inclui silício (Si) na sua fórmula química varia entre 0 e 50%.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de trióxido de boro (B2O3) ou qualquer outro óxido que inclui boro (B) na sua fórmula química varia entre 0 e 25%.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela profundidade de íons atingida durante o processo de troca iônica (DOL) na camada da face de impacto (10) de um vidro aluminossilicato de lítio ser maior ou igual a 50 μm (≥ 50 μm) e as tensões de compressão iguais ou maiores do que 400 MPa (≥ 400 MPa).
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela profundidade de íons atingida durante o processo de troca iônica (DOL) na camada da face de impacto (10) de um vidro aluminossilicato de sódio ser maior ou igual a 30 μm (≥ 30 μm) e as tensões de compressão iguais ou maiores do que 300 MPa (≥ 300 MPa).
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela profundidade de íons atingida durante o processo de troca iônica (DOL) na camada da face de impacto (10) de um vidro sodo-cálcico ser maior ou igual a 15 μm (≥ 15 μm) e as tensões de compreensão iguais ou maiores do que 200 MPa (> 200 MPa).
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela profundidade íons atingida durante o processo de troca iônica (DOL) na camada da face de impacto (10) de um vidro borossilicato ser maior ou igual a 5 μm (≥ 5 μm) e as tensões de compressão iguais ou maiores do que 100 MPa (≥ 100 MPa).
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas camadas intermediárias de vidro ou vidro-cerâmico estarem compreendidas de materiais selecionados do grupo que consiste de vidro aluminossilicato alcalino, vidro sodo-cálcico, vidro borossilicato e sílica fundida.
Compósito à prova de bala curvo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelos materiais de aluminossilicato alcalino, incluírem materiais selecionados a partir do grupo que consiste de aluminossilicato de lítio, aluminossilicato de sódio ou qualquer outro aluminossilicato do grupo de materiais alcalinos.
Processo para curvar um compósito a prova de bala compreendido de uma camada da face de impacto (10) de vidro aluminossilicato alcalino, vidro sodo-cálcico ou vidro borossilicato, submetida a um processo de troca iônica, e possuindo uma espessura menor ou igual a 3mm; uma ou mais camadas intermediárias de vidro ou vidro-cerâmico (20); uma camada interna de plástico (40); e um material adesivo (30) disposto entre cada uma das camadas mencionadas anteriormente (10), (20) e (40); caracterizado por compreender os seguintes passos:
- a) curvar individualmente, por meio da gravidade e temperatura, as camadas intermediárias de vidro ou vidro-cerâmico (20); e
- b) curvar mecanicamente a camada da face de impacto (10) e a camada interna de plástico (40) durante a laminação por pressão e temperatura da camada da face de impacto (10), com as camadas intermediárias curvadas no passo a), os materiais adesivos (30) e a camada interna de plástico (40), onde a camada da face de impacto (10) tem uma temperatura de amolecimento diferente àquela do vidro ou vidro-cerâmico utilizado nas camadas intermediárias (20).