BR112015017032B1

BR112015017032B1 - artigo de blindagem compósito balístico

Info

Publication number: BR112015017032B1
Application number: BR112015017032-3A
Authority: BR
Inventors: Jason van Heerden
Original assignee: Barrday, Inc
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2021-03-02
Also published as: CA2898570A1; US9879947B2; EP2946164A4; US20150354925A1; WO2014163727A2; KR102046682B1; KR20150132830A; IL239699A0; WO2014163727A3; IL239699B; EP2946164A2; BR112015017032A2; EP2946164B1; CA2898570C

Abstract

TECIDO COM ALTO TEOR DE RESINA SECA E ALTA DENSIDADE PARA BLINDAGEM BALÍSTICA COMPÓSITA RÍGIDA. Artigo de blindagem compósito balístico inclui uma folha de blindagem rígida de multicamadas que tem pelo menos primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais. A segunda monocamada de fios unidirecionais é transversalmente orientada em relação a primeira monocamada de fios unidirecionais, e existe pelo menos uma camada de aglutinante polimérico disposta adjacente a e estabilizando pelo menos uma das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais. Os fios das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais incluem feixes de fibra respectivos que têm um fator de espalhamento lateral variando de espalhamento lateral negativo a um espalhamento lateral positivo de menos de 306%.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[001] Esse pedido reivindica prioridade do pedido provisório US de n° de série n° 61/753.404 depositado em 16 de janeiro de 2013.

FUNDAMENTO

[002] Essa descrição refere-se à blindagem balística que é projetada para proteger contra projéteis balísticos.

[003] Os sistemas de blindagem balística compósita, seja para capacetes, inserções de proteção em pequenas armas, blindagem de veículo ou de proteção estrutural, utilizam fios de alto desempenho para reduzir o peso, melhorar o desempenho balístico, e reduzir os custos. Tradicionalmente, um melhor desempenho balístico também tem sido obtido através do uso de tecidos unidirecionais impregnados com resina em vez de tecidos trançados. Estas construçõesunidirecionais(ouortogonais)são, tipicamente, uma configuração 0°/90° de 2-ply ou uma configuração 0°/90°/0°/90° de 4-ply.

[004] Um tecido unidirecional impregnado com resina é uma construção de 4-ply que, dependendo da forma como é fabricado, tem uma densidade areal total de 222 gramas por metro quadrado(g/m2) até 520 g/m2. A densidade areal das monocamadas unidirecionais individuais utilizadas para fazer a construção de 4-ply tem, assim, uma densidade areal de 55,5 g/m2 a 130g/m2. Assumindo um teor típico de resina, em peso, de 12% a 17%, cada monocamada terá uma densidade areal apenas da fibra (fio) de menos que 115 g/m2. Formando uma monocamada com uma densidade areal apenas da fibra de menos que 112 g/m2 requer espalhamento de fio, assim como um controle hermético sobre o espalhamento, para assegurar uma malha de fibras consistentes, sem espaços vazios ou intervalos entre os fios individuais espalhados ao longo da largura do produto.

RESUMO

[005] Um artigo de blindagem compósito balístico de acordo com um exemplo da presente descrição inclui uma folha de blindagem rígida multicamadas que tem, pelo menos, uma primeira e uma segunda monocamadas de fios unidirecionais. A segunda monocamada de fios unidirecionais é transversalmente orientada em relação a primeira monocamada de fios unidirecionais, e existe pelo menos uma camada de aglutinante polimérico disposta adjacente e estabilizando pelo menos uma das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais. Os fios da primeira e da segunda monocamadas de fios unidirecionais incluem respectivos feixes de fibra que têm um fator de espalhamento lateral variando de espalhamento lateral negativa a um espalhamento lateral positivo de menos de 306%.

[006] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, a folha de blindagem rígida de multicamadas tem, em peso, 20% a 50% do aglutinante polimérico.

[007] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras individuais dos feixes de fibra têm um diâmetro (D), e as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais têm espessuras respectivas que são maiores que 11D.

[008] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras são fibras orgânicas e as respectivas espessuras são 11D e 23D.

[009] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras são fibras inorgânicas e as respectivas espessuras são 20D a 40D.

[0010] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras são fibras inorgânicas e o fator de espalhamento lateral varia de -30% a 35%.

[0011] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, os fios da primeira e da segunda monocamadas de fios unidirecionais tem uma torção axial de 0,5 a menos de 20 voltas por metro.

[0012] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, os fios das primeira e segundas monocamadas de fios unidirecionais tem uma torção axial de 0,5 a 4 voltas por metro.

[0013] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, menos de 20% das fibras dos feixes de fibra estão em contato com pelo menos uma camada de aglutinante polimérico.

[0014] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, menos de 11% das fibras dos feixes de fibra estão em contato com pelo menos uma camada de aglutinante polimérico.

[0015] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, uma ou mais camadas de um aglutinante polimérico incluem pelo menos uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta entre as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais e segunda e terceira camadas de aglutinante polimérico distintas dispostas nas respectivas faces opostas das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais de, pelo menos, uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta.

[0016] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, pelo menos uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta tem uma densidade de areal maior do que cada das segunda e terceira camadas de aglutinante polimérico distintas.

[0017] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras são fibras orgânicas.

[0018] Em outra modalidade de qualquer das modalidades anteriores, as fibras são fibras inorgânicas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] Os vários aspectos e vantagens da presente invenção irão se tornar evidentes para aqueles versados na técnica a partir da seguinte descrição detalhada. Os desenhos que acompanham a descrição detalhada podem ser descritos brevemente como se seguem.

[0020]Figura1 ilustraum exemplodeartigo de blindagemcompósito balísticode acordocoma presente descrição.

[0021] Figura 2 ilustra um exemplo de fio.

[0022] Figura 3 ilustra uma imagem de uma seção transversal de uma amostra de comparação.

[0023] Figura 4A ilustra uma imagem de uma seção transversal de uma amostra de artigo blindado compósito balístico de acordo com a presente descrição.

[0024] Figura 4B ilustra uma imagem com uma ampliação maior da amostra da Figura 4A.

[0025] Figura 5 ilustra uma imagem de uma seção transversal de uma outra amostra de comparação.

[0026] Figuras 6 a 9 ilustram graficamente os resultados do teste balístico de uma amostra de artigo de blindagem compósito balístico acordo com essa descrição e amostras de comparação.

[0027] Figura 10 ilustra uma outra configuração de um exemplo de artigo de blindagem compósito balístico de acordo com a presente descrição.

[0028] Figura 11 ilustra graficamente um resultado do teste de uma amostra de artigo de blindagem compósito balístico acordo com essa descrição e amostras de comparação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0029] Quando os painéis de blindagem de alto peso são fabricados de tecidos unidirecionais impregnados com resina, múltiplas camadas do produto unidirecional são cortadas em precessão, depositadas e prensadas para alcançar um peso final da blindagem e/ou espessura necessário. A densidade areal da blindagem final pode variar amplamente de leve, por exemplo, 1,0 libra por pé quadrado (4,88 kg/m2) a protetores para policiais de peso leve, usados para parar balas de armas manuais, a muito pesados, por exemplo, blindagens de 100 libras por pé quadrado (48,82 kg/m2) usadas em veículos para proteger contra projéteis formados explosivamente. Para tais painéis de blindagem, o custo de fabricação em termos de manuseio, corte, deposição e pressão, aumenta com a utilização de um maior número de camadas de tecidos unidirecionais necessárias para satisfazer o peso alvo da blindagem ouespessura.

[0030] Geralmente, melhor desempenho balístico de materiais compósitos unidirecionais tem sido alcançado através de: a.usar fios de maior desempenho, maior tenacidade, (geralmente denier mais fino) na construção unidirecional para aumentar o potencial de absorção de energia; b.espalhar altamente os feixes de fibra do fio individual para produzir monocamadas unidirecionais individuais mais finas e, assim, diminuir a densidade areal de uma configuração 0°/90°/0°/90° de 4-ply e, assim, aumentar o número total de camadas balísticas dentro de um conjunto de peso ou espessura de blindagem, que é mais eficaz em dissipar a energia de um projétil balístico; ou c.reduzir o teor de resina seca da resina de aglutinação amplamente parasítica, de baixo módulo, não- balística dentro da construção unidirecional para assim aumentar a fração de peso e fibra do fio de alto desempenho balístico na blindagem e, portanto, também aumentar o potencial de absorção de energia.

[0031] Uma desvantagem com os paradigmas acima é que eles tipicamente resultam em um aumento no custo do tecido unidirecional e, por sua vez, um produto de blindagem balístico compósito final mais caro. No entanto, sob estes paradigmas, um sacrifício de maior custo de fabricação é necessário a fim de obter um aumento no desempenho. Como será descrito com mais detalhe, o artigo de blindagem compósito balístico aqui revelado representa um afastamento dos paradigmas acima.

[0032] Em geral, uma blindagem balística é, por exemplo, um material de proteção que é projetado especificamente para proteger contra projéteis balísticos (fragmentos e balas) dissipando sua energia e resistindo a penetração completa.

Blindagem rígida e flexível:

[0033] A polícia, serviços de aplicação da lei e militares usam dois tipos de proteção do corpo pessoal. Estes podem ser amplamente classificados como blindagem "flexível" e "rígida". Blindagens flexíveis são relativamente flexíveis e conformam com os contornos do corpo do usuário. Blindagens flexíveis são projetadas principalmente para parar balas de revólver, e dentro das forças armadas para parar fragmentos de alta velocidade de explosão, assim como balas. Blindagem flexível também pode ser utilizada para resistência balística "não pessoal", tal como para revestimento das paredes e piso de veículos. Em tais usos finais como "revestimentos à bomba", pode ser desejável ter um material flexível, dobrável que pode parar fragmentos de bombas e outros dispositivos explosivos.

[0034] Blindagem flexível pode incluir uma pilha de camadas juntas costuradas de tecido trançado sem resina. Se uma matriz de resina é usada, isto é, tecidos flexíveis unidirecionais, a fibra de alto desempenho é combinada com um polímero relativamente fraco e flexível, elástico, na natureza, para ligar as fibras de alto desempenho juntas sem limitar severamente a capacidade de conformação.

[0035] Compósitos reforçados com fibras, de blindagem rígida, por outro lado, são feitos a partir de fibras de alto desempenho combinadas com uma matriz de resina semirrígida ou rígida para criar um material resistente balístico sólido. A fabricação da blindagem rígida pode envolver a consolidação de camadas de tecidos individuais ou de tecido ortogonal em um sistema de blindagem ligada utilizando calor e pressão. A consolidação pode exigir uma prensa aquecida, autoclave, mesa de vácuo, ou um forno a vácuo aquecido, embora possam ser possíveis outras técnicas de fabricação, incluindo, mas não limitadas a, epóxis de cura em temperatura ambiente ou resinas curáveis por ultravioleta.

[0036] Blindagem compósita rígida é comumente usada em usos finais balísticos tais como capacetes militares e policiais, veículos militares (ambos como retentores de estilhaços por trás do aço dentro dos veículos e como complemento aplicado à blindagem em combinação com cerâmica e aço no exterior dos veículos), protetores portáteis, blindagens de helicóptero, aviões de carga militares, veículos civis e inserções balísticas de proteção individual. Para inserções balísticas usadas pela polícia, serviços de aplicação da lei e os militares, o material compósito reforçado de fibra rígida pode ser usado atrás de cerâmica (por exemplo, óxido de alumínio, carboneto de silício, e carboneto de boro) para criar uma blindagem compósita de frente para cerâmica, de peso leve capaz de derrotar uma ampla faixa de ameaças com rifle perfurantes à blindagem.

[0037] Compósitos rígidos ou "semirrígidos" são geralmente não deformáveis tal que a forma não pode ser facilmente alterada pelo movimento de flexão relativo das fibras ou filamentos ao longo dos seus eixos, já que as fibras ou filamentos são mantidos no lugar pela resina. Geralmente, o termo "rígido" pode ser utilizado para se referir a compostos produzidos usando resina termoplástica e/ou baixo teor de resina de resina termoendurecida, enquanto "semirrígido" pode referir-se a compósitos produzidos usando resinas termoplásticas e/ou um baixo teor de resina de resina termoendurecível. O artigo de blindagem compósito balístico 20 aqui revelado é uma blindagem compósita rígida ou semirrígida.

[0038] Figura 1 ilustra um exemplo do artigo de blindagem compósito balístico 20. Na vista mostrada, as várias camadas do artigo 20 são expandidas para além do propósito de descrever a estrutura do artigo. É para ser compreendido que as várias camadas estão de fato ligadas entre si de tal modo que o artigo 20 é uma estrutura unificada.

[0039] O artigo 20 inclui uma folha de blindagem rígida de multicamadas 22 incluindo pelo menos uma primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26. A segunda monocamada de fios unidirecionais 26 é orientada transversalmente em relação a primeira monocamada de fios unidirecionais 24. Nesse exemplo, as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 tem uma construção de 0°/90° relativa, embora outros ângulos estejam também contemplados. Em outros exemplos, as monocamadas de fios unidirecionais adicionais também podem ser utilizadas para proporcionar uma construção de 0°/90°/0°/90°. Ainda em outros exemplos, as monocamadas de fios unidirecionais adicionais podem ser utilizadas para proporcionar construções com monocamadas de fios unidirecionais de 45°/- 45°.

[0040] Pelo menos uma camada de aglutinante polimérico 28, que também pode ser referida aqui como resina, resina seca, aglutinante polimérico, ou suas variações, está disposta adjacente e estabiliza, pelo menos, uma das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 4/26. Cada das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 inclui uma matriz unidirecional de fios 30 que estão dispostos nominalmente paralelos um ao outro nas suas respectivas primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26. A composição da camada ou camadas de aglutinante polimérico 28 pode ser selecionada com respeito à composição dos fios 30 para se obter um bom desempenho balístico. Como exemplos, a camada ou camadas de aglutinante polimérico 28 são geralmente materiais poliméricos termoplásticos ou termoendurecidos.

[0041] No exemplo ilustrado, existem três camadas de aglutinante polimérico 28a/28b/28c. A primeira camada de aglutinante polimérico 28a é uma camada distinta entre as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26, e as segunda e terceira camadas de aglutinante 28b/28c são camadas distintas dispostas nas respectivas faces opostas das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 a partir da primeira camada de aglutinante polimérico 28a. Em um exemplo, o termo "distinto" refere-se à camada sendo visualmente perceptível a olho nu ou sob ampliação de baixa potência. A primeira camada de aglutinante polimérico 28a e a segunda camada de aglutinante polimérico 28b assim "interpõe" a primeira monocamada de fios unidirecionais 24, e a primeira camada de aglutinante polimérico 28a e a terceira camada de aglutinante polimérico 28c, assim, "interpõe" a segunda monocamada de fios unidirecionais 26. O número de camadas de aglutinante polimérico 28 pode ser variado com o número de monocamadas de fios unidirecionais utilizado. Em geral, cada monocamada de fio unidirecional será "interposta" entre, pelo menos, duas camadas de aglutinante polimérico, embora, também está contemplado que várias monocamadas de fios unidirecionais possam ser empilhadas em série, sem uma camada de aglutinante polimérico intercalada e/ou que múltiplas camadas de aglutinante polimérico podem ser empilhadas em série, sem a monocamada de fios unidirecionais intercalada.

[0042] Em outro exemplo, a primeira camada de aglutinante polimérico 28a tem uma densidade areal maior de cada das segunda e terceira camadas de aglutinante polimérico 28b/28c, o que pode facilitar o aumento do teor de aglutinante polimérico e, portanto, a redução da fração de volume relativo e peso dos fios 30. Nos exemplos aqui, a folha de blindagem rígida de multicamadas 22 tem, em peso, 20% a 50% do aglutinante polimérico 28.

[0043] Figura 2 mostra um fio representativo 30, que inclui um feixe 32 de fibra (coletivamente um feixe de fibras), o qual também pode ser referido como filamentos. Nesse exemplo, o feixe 32 é mostrado com torção axial, representado em 36. A quantidade de torção axial indicada pode ser exagerada para propósitos dessa descrição. Em um exemplo, no entanto, os fios 30 das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 têm uma torção axial de 0,5 voltas por metro ou mais, até menos de 20 voltas por metros. Em outro exemplo, os fios 30 das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 tem uma torção axial de 0,5 voltas por metro a quatro voltas por metro, ou uma torção axial de 0,5 voltas por metro a 1,25 voltas por metro.

[0044] Os fios utilizados em artigos balísticos são "espalhados" ou "expandidos" de uma forma em seção transversal nominalmente circular para uma forma oblonga para incorporação em artigos balísticos. Espalhamento pode ocorrer quando o fio é sujeito a uma tensão, e, particularmente, quando colocado sob tensão ao longo de um rolo ou superfície curvada, por exemplo. O objetivo normal em artigos balísticos é altamente espalhar os fios de tal forma que as fibras individuais possuam um alto grau de paralelismo umas com as outras, para aumentar as propriedades balísticas. Para um dado diâmetro da fibra (D), espalhamento ideal seria fornecer uma espessura da monocamada espalhada de D. Na prática, porém, o ideal é impossível de alcançar por causa da sobreposição de fios, entrelaçamento do fio, e limitações sob tensionamento que de outra forma degradariam propriedades do fio ou fibra. Consequentemente, as restrições práticas ditam um objetivo limitado de espalhar o máximo possível sem a criação de defeitos na malha, ou danificar fios. Os fios são, assim, normalmente, espalhados em um fator de espalhamento de mais que 500%. O fator de espalhamento é a diferença relativa, em percentagem, entre um fio de uma seção transversal, nominalmente circular e, depois de espalhado, a dimensão do fio na direção do espalhamento.

[0045] Ao contrário do que o objetivo normal de espalhar "tanto quanto possível" em artigos balísticos, o objetivo da presente descrição é ter os fios 30 na folha de blindagem rígida de multicamadas 22 do artigo 20 tendo pouca ou nenhum espalhamento. A esse respeito, os feixes 32 de fios 30 das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 tem um fator de espalhamento lateral (lateral em uma direção perpendicular ao eixo longitudinal do fio, no plano da monocamada), que também pode ser referido aqui como espalhamento ou variações deste, variando de espalhamento lateral negativo a um espalhamento lateral positivo de menos de 306%. A Tabela 1 a seguir ilustra os cálculos teóricos de espalhamento dos fios. Os cálculos são específicos para aramida de 3000 denier com uma gravidade específica de 1,44 g/cm3, e irá variar proporcionalmente para outros fios com respeito ao denier do fio e gravidade específica.

[0046] Um fator de espalhamento lateral negativo implica que um feixe de fios 32 que tem uma seção transversal nominalmente circular seja distorcido para uma seção transversal aproximadamente quadrada para permitir o empacotamento hermético das fibras individuais 34. Por exemplo, um fator de espalhamento de -11% para aramida, e fios de alta tenacidade e densidade similar implicam que todos os feixes de fio são tão densamente empacotados juntos quanto possível, sem qualquer sobreposição de fio, ou o feixe de fios é lateralmente mais estreito do que alto. Um fator de espalhamento de -29% para fios de vidro e de alta tenacidade e densidade similar implica que todos os feixes de fios são como densamente empacotados juntos quanto possível, sem qualquer sobreposição de fio, ou o feixe de fios é lateralmente mais estreito do que alto.

[0047] Um fator de espalhamento, ou percentual de espalhamento do fio, pode ser calculado a partir de uma densidade areal medida de uma monocamada de fibra dentro de um tecido ortogonal e o número de pontas por unidade de distância (por exemplo, por polegada) de um fio, de um denier definido (isto é, densidade linear) necessários para atingir essa densidade areal. Se o número calculado de pontas por unidade de comprimento é maior do que o número de fios circulares paralelos de um determinado denier definido e a densidade que, teoricamente, pode ser fisicamente colocada lado-a-lado, então, o fator de espalhamento é negativo e pode presumir-se que os fios se sobrepõem uns aos outros ou sendo distorcidos para uma forma não circular.

[0048] Assim, um fator de espalhamento de -11% (para fios de aramida e de alta tenacidade e densidade similar) implica que todos os feixes de fio de cada das, por exemplo, monocamadas de fios unidirecionais 24/26, são ou como densamente empacotados juntos como possível, sem qualquer sobreposição de fio, ou que os feixes de fio 32 estão espalhados em algum grau mas, em seguida, são sobrepostos ou empilhados em cima uns dos outros para alcançar a alta densidade areal. No entanto, o grau de sobreposição em uma monocamada unidirecional, tal como qualquer uma das monocamadas de fios unidirecionais 24/26, é, como uma percentagem do número de fios sobrepostos 30 versus o número total de fios, relativamente pequenos. A esse respeito, a sobreposição de um pequeno número de fios 30 no cálculo do fator de espalhamento de uma monocamada unidirecional é distinta, ambos conceitualmente e empilhadas de forma cruzada diretamente por cima umas das outras, em que na estrutura de duas monocamadas empilhadas, todos os fios de uma monocamada sobrepõem-se os fios da outra monocamada. Nesse sentido, a presença de fios sobrepostos em qualquer uma das monocamadas de fios unidirecionais 24/26 não iguala as monocamadas de fios unidirecionais individual 24/26 às duas monocamadas empilhadas.

[0049] A capacidade de um fio se espalhar pode ser influenciada por, pelo menos, vários fatores, tais como o grau de entrelaçamento do filamento do fio individual no feixe de fios, forças friccionais entre os filamentos do fio, o número real de filamentos do fio, e o denier dos filamentos do fio dentro do feixe de fios. Assim, um fio de 3.000 denier com filamentos de fios de 1,5 dpf (denier por filamento) iria se espalhar diferentemente do que um fio de 1500 denier com 1,5 dpf. Similarmente, um fio de 3.000 denier com 1,0 dpf, teoricamente, propaga diferentemente do que um com 1,5 dpf, já que o fio seria composto de um extra de mil filamentos de fios. Tabela #1: Cálculos teóricos de espalhamento de fio para fios aramida de 3000 denier (e fios com alta tenacidade orgânicos similares) e uma monocamada UD

[0050] Como resultado, a primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais 24/26 têm espessuras individuais 11D a 51D em relação ao diâmetro da fibra individual D. Em outros exemplos, as espessuras individuais podem ser 20D a 40D para compostos inorgânicos de fibras 34, ou 13D a 23D se composições orgânicas das fibras 34 são usadas.

[0051] A composição das fibras 34 pode ser selecionada de acordo com o desempenho balístico e outros fatores de desempenho. Por exemplo, apenas as fibras 34 podem ser fibras de aramida, fibras de para-aramida, fibras de poliolefina, fibras de poliamida, fibras de poli-p- fenilenobenzobisoxazol (PBO), fibras de polímero de cristal líquido, fibras de poliéster aromático, fibras de carbono, fibras de vidro ou fibras de basalto, mas não estão limitadas a estas. Fios orgânicos com densidade similar também podem ser utilizados, tais como, mas não limitados a, fio orgânico com uma gravidade específica de 0,70 a 1.8.

[0052] De acordo com outros exemplos em que as fibras 34 são fibras inorgânicas, o fator de espalhamento lateral varia de -30% a 35%. Fios de alta tenacidade inorgânicos, tais como vidro tipo S, vidro tipo E e basalto, têm uma densidade muito maior do que os fios orgânicos (por exemplo, 2,45 g/cm3 para vidro tipo S contra 1,44 g/cm3 para aramida) e por sua própria natureza, são mais frágeis e difíceis de se espalhar sem danificar seus filamentos de fio fino. Fios inorgânicos com densidade similar também podem ser utilizados, tal como, mas não limitados a, fios inorgânicos com uma gravidade específica de 1,8 a 2.8. A utilização de um fator de espalhamento de -30% para menos de 35% ajuda a limitar o dano à fibra e contribui para manter as boas propriedades da fibra e desempenho balístico. A Tabela 2 abaixo ilustra cálculos teóricos de espalhamento de fio para um fio de vidro. Os cálculos são específicos para vidro tipo S de 3620 dtex com uma gravidade específica de 2,45 g/cm3 e irão variar proporcionalmente para outros fios no que diz respeito ao denier do fio e gravidade específica. Tabela #2: Cálculos teóricos de espalhamento de fio para fios de vidro tipo S de 3520dtex (e fios com alta tenacidade inorgânicos similares) e uma monocamada UD

[0053] O artigo de blindagem compósito balístico 20 de acordo com essa descrição pode melhorar os sistemas de blindagem balística compósita (por exemplo, mais leve, melhor desempenho balístico, menos caro) em, pelo menos, várias maneiras.

[0054] Por exemplo, um artigo de blindagem compósito balístico 20 de acordo com essa descrição que também pode ser referido em várias instâncias ou em dados apresentados aqui como tecido ortogonal com alto teor de resina seca, de alta densidade ("tecido ortogonal HD HDRC") pode ser fabricado fazendo um tecido ortogonal de alta densidade areal, ultra denso, em que a densidade areal somente da fibra de cada monocamada 24/26 é aumentada não significativamente espalhando os fios individuais 30. O baixo fator de espalhamento em monocamadas de alta densidade, comparativamente espessas 24/26, que são adequadas para utilização como compósitos balísticos rígidos ou semirrígidos.

[0055] Além disso, o baixo fator de espalhamento dos fios 30 das monocamadas 24/26 evita a necessidade de processos de espalhamento agressivo sob alta tensão, que de outro modo danifica as fibras 34 e pode reduzir a tenacidade do fio em 5% a 14%, ou mais. O baixo fator de espalhamento também permite o artigo de blindagem compósito balístico 20 ser feito usando um tear têxtil padrão, comumente usado para tecidos trançados, que puxa o fio para fora da extremidade dos maços de fio, induzindo assim a torção do fio, em vez de ter que comprar teares especiais caros que permitem que um fio de alta tenacidade ser fisicamente desenrolado a partir dos maços de fio. Esse tipo de tear requer tensionamento cuidadoso dos maços de fios individuais em adição ao fio depois do desenrolamento.

[0056] O baixo fator de espalhamento permite, adicionalmente, o artigo de blindagem compósito balístico 20 ser feito a partir de fios que não podem ser produzidos sem um grau significativo de torção axial. A fabricação e enrolamento de alguns tipos de fios sobre (ou em um) maço de fios inevitavelmente leva a torção axial do fio, que de outra forma produziria o fio inadequado para tecidos balísticos unidirecionais, uma vez que tais tecidos necessitam e utilizam fatores de espalhamento muito maiores. Exemplos de tais fios são mechas de vidro tipo S e de vidro E que são formadas em maços de abertura por dentro sem um núcleo de cartão, e fios de co-poliamida heterocíclicos aromáticos de alta tenacidade, tais como aqueles sob os nomes comerciais Rusar® e Autex®, que passam por um processo de recozimento secundário que confere uma pequena quantidade de torção ao fio.

[0057] Embora um alto grau de torção axial geralmente não seja desejável no artigo de blindagem compósito balístico 20, uma quantidade relativamente pequena de torção axial pode ser benéfica para manter as monocamadas 24/26 uniformes através da redução da quantidade de fibra de fios de catenária, presente devido à tensão relativamente baixa do fio de malha. Os exemplos aqui apresentados podem incluir uma torção axial de 0,5 a 1,25 voltas/metro, mas não devem exceder 20 voltas/metro, e mais preferivelmente está abaixo de 4 voltas/metro. A torção axial serve para ligar as fibras 34 em conjunto para resistir o espalhamento se o fio 30 é sujeito a forças de espalhamento menores durante o processamento.

[0058] O artigo blindagem compósito balístico 20 pode também proporcionar sistemas de blindagem balística compósita melhorados (ou seja, melhor desempenho balístico, mais leve, menos caro) usando consideravelmente maior teor de aglutinante polimérico 28 em uma configuração de 0°/90° 2-ply ou em uma configuração de 0°/ 90°/0°/90° 4-ply. Por exemplo, um aglutinante de polímero de baixo custo 28 (custo em relação ao preço do fio balístico de alto desempenho) pode ser utilizado no teor de resina seca de 20% a 40% para diminuir os custos do material enquanto obtém um desempenho balístico igual, ou melhor. Normalmente, existe um limite crítico de fibra e peso de resina de polímero em que um compósito balístico deve ter maior que 80% de fibras, a fim de manter a integridade do produto. Se a percentagem de resina, revestimentos, e o semelhante excedem 20%, o desempenho balístico degrada, o qual está previsto na publicação do pedido de patente US 2005/0197020 por Park et al.

[0059] Assim, enquanto o alto teor de aglutinante de polímero 28 utilizado nessa descrição parece ser contra- intuitivo de acordo com as observações experimentais em sistemas de blindagens flexíveis, testes balísticos sobre o artigo de blindagem compósito balístico 20 de acordo com essa descrição foram revelados para pelo menos coincidir com o desempenho de, e em alguns casos, superar significativamente os painéis balísticos rígidos comparáveis construídos a partir dos comparadores de tecido ortogonal e tecido trançado balístico. Teste balístico similar em artigo de blindagem compósito balístico 20 usando tecido ortogonal de vidro tipo S, em comparação com a mecha de tecido de vidro tipo S, ainda suportou mais estes resultados.

[0060] O artigo de blindagem compósito balístico 20 é menos dispendioso de produzir em comparação com os sistemas tradicionais unidirecionais. O processo para fazer uma monocamada espessa unidirecional 24/26 é relativamente simples e não necessita de tensionamento de fio ou equipamento de espalhamento caro. O processo pode, assim, executar a taxas de produção mais rápidas, com menos mecanismos de controle de qualidade e processo de ajuste fino, já que a uniformidade da fibra e lacunas entre os fios em toda a largura do produto devido à sua alta densidade não são uma preocupação significativa.

[0061] O artigo blindagem compósito balístico 20 também pode reduzir os custos de material, devido ao alto teor de resina seca. Por exemplo, se uma fibra de aramida balística tem uma faixa de preço de US $ 12 a US $ 35 por libra (ou US$ 26,50 para US$ 77 por quilo) e uma resina termoplástica utilizada para o aglutinante polimérico 28 tem uma faixa de preço de US $ 6 por libra (ou US $ 13,23 por quilograma), utilizando uma maior percentagem de aglutinante polimérico 28 irá reduzir custos.

[0062] O artigo de blindagem compósito balístico 20 pode adicionalmente diminuir os custos para os produtos de blindagem balística compósita rígida em uma base em peso (ou seja, o custo por libra da base de blindagem) já que sua densidade areal é significativamente maior do que tecidos unidirecionais tradicionais. Tecidos unidirecionais podem ser vendidos por jarda quadrada (ou metro quadrado) de base. Blindagem balística compósita que é feita a partir do tecido unidirecional é, no entanto, vendida em uma base por libra. Isso significa que todo o resto sendo igual, um tecido unidirecional de maior densidade areal por metro quadrado vai ser mais econômico do que um tecido unidirecional de densidade areal mais leve porque menos camadas do tecido unidirecional de densidade areal maior serão necessárias para fabricar a blindagem. Por exemplo, tecido unidirecional fornecido A de 500 g/m2 e um custo de US $30 por metro quadrado, e tecido unidirecional B de 1000 g/m2 e um custo de US $45 por metro quadrado, uma placa de blindagem de densidade real de 25 kg/m2 feita de tecido A resultaria em um custo de blindagem de US $1500 por metro quadrado (50 camadas x US $30 por metro quadrado), enquanto a mesma placa de blindagem feita de tecido B teria um custo de blindagem de $1.125 por metro quadrado (25 camadas x US $45 por metro quadrado). Isso é apesar do tecido B sendo 50% mais caro por metro quadrado do que tecido A.

[0063] No exemplo acima, tecido B também seria preferível ao tecido A como seria exigido a metade do corte de precisão e custos necessários para fazer o painel de blindagem compósito prensado. Isso porque um painel feito de tecido B unidirecional exigiria apenas 25 camadas de tecido versus 50 camadas de tecido unidirecional necessárias para fazer um painel de tecido A.

[0064] O método de fabricar o artigo de blindagem balístico compósito 20 também é adequado para as mechas de vidro e blindagem de vidro, já que muitos dos fios utilizados para produzir essa blindagem (ou seja, a mecha de vidro tipo S ShieldStrand) só estão disponíveis como "dentro de maços de tecido" que lhes conferem uma pequena quantidade de torção (por sua vez, ~1,0 volta/metro) para o fio durante o desenrolamento, o que não é suportável em tecidos ortogonais altamente espalhados.

[0065] O método de fabricar a blindagem compósito balística no artigo 20 também pode ser bem adequado para fios de alto desempenho, custo mais baixo, tenacidade regular, alto dpf, (ou seja, Kevlar e Twaron TlOOO 29) versus usando fios de maior tenacidade ou dpf mais fino(ou seja, Kevlar 129, Kevlar KM2, Twaron T2000). Utilizando os fios de maior tenacidade iria aumentar desnecessariamente os custos de material sem aumentar significativamente o desempenho, que é novamente ao contrário do que é observado em tecidos unidirecionais para blindagem flexível.

[0066] O artigo de blindagem compósito balístico 20, painéis de blindagem compósita rígida prensados, proporcionam um desempenho balístico que corresponde ou excede a de tecidos comparáveis ou tecidos ortogonais altamente espalhados feitos a partir dos mesmos fios de entrada. Sem estar ligado a qualquer teoria em particular, pode haver vários fatores para esse desempenho balístico melhor do que o esperado. Por exemplo, o baixo grau de espalhamento do fio no artigo de blindagem compósito balístico 20, que são tecidos unidirecionais criticamente importantes para a blindagem flexível (ou seja, aplicações para blindagem do corpo não consolidadas) não é tão importante para blindagens compósitas balísticas rígidas, especialmente contra ameaças não deformáveis. Testes parecem indicar que um alto grau de espalhamento de fios tem muito menos impacto na absorção e dissipação de energia de um painel compósito em comparação com outros fatores, tais como as características dos fios, o grau de frisagem de fios, o denier por filamento do fio, a rigidez do painel de blindagem compósito, o grau de delaminação do compósito durante o evento balístico, fatores de fricção, etc. Isso é oposto ao que é normalmente observado ao testar tecido unidirecional em aplicações de blindagem flexível, tais como coletes de proteção, onde o grau de espalhamento da fibra é proporcional ao limite balístico V50 da blindagem.

[0067] Além disso, o grau de espalhamento do fio pode ter mais impacto sobre munições de chumbo deformáveis (ou seja, munições de pistola Magnum 0,44 e 9 mm) do que contra projéteis de teste não deformáveis rígidos tais como projéteis simulando fragmento (FSP's- chamado em especificações militares e significa simular o tipo de fragmento que está sendo gerado por uma explosão) ou contra munições perfurantes da blindagem que foram primeiro quebradas ou embotadas por uma blindagem de face ao impacto de cerâmica. Ameaças não deformáveis são as mais típicas das ameaças. Blindagem compósita rígida é utilizada para proteger contra e tende a cisalhar os fios através de uma blindagem compósita baseada em tecido unidirecional versus fazendo com que falhe via falha por tensão já que os fios alongam e rompem durante o evento balístico. O alto nível de falha por cisalhamento versus a falha por tensão também pode explicar por que as monocamadas densamente empacotadas 24/26 podem ser mais eficazes contra uma munição FSP do que uma monocamada unidirecional altamente espalhada fina que o FSP poderia rapidamente cisalhar.

[0068] Um outro fator pode ser as propriedades específicas do aglutinante de polímero 28 selecionado. As resinas de aglutinação podem ser selecionadas com base na sua densidade, alongamento e propriedades de módulo, mas também sobre a sua compatibilidade específica e desempenho balístico, quando testado em conjunto com um fio selecionado particular 30. Por exemplo, a resina termoplástica balística que tem um bom desempenho em um fio de p-aramida orgânico tipicamente não funciona bem em um fio balístico de vidro tipo S inorgânico. Outras pequenas diferenças no acabamento de fios de rotação, entre as diferentes marcas de fios de para-aramida também podem influenciar o desempenho balístico devido à forma como a resina de aglutinação interage com a superfície do fio. Com base nisso, um aglutinante apropriado pode ser selecionado olhando para as propriedades físicas da resina juntamente com teste balístico real para fio de alto desempenho balístico de escolha. Geralmente, o aglutinante de polímero 28 pode ter, em relação ao fio 30, algo alongamento e baixa densidade. Uma consideração adicional pode ser custo da resina, tal como um custo de resina que é inferior a metade do preço do fio de alto desempenho a ser utilizado, para reduzir significativamente o custo total por libra da blindagem compósita balística final.

[0069] Outros testes mostram que artigo de blindagem compósito balístico 20 pode ser feito com 40% de teor de resina seca, mantendo bom desempenho balístico, com destaque para os testes comparáveis feitos contra blindagem compósita reforçada com fibra MIL-Spec que excede a de especificações de blindagem militar publicadas (por exemplo, Laminado MIL-DTL-64154B: fibra de vidro-tecido- reforçado, fenólica), o que pode permitir que um fabricante de blindagem reduza a fibra-fração-volume total de uma blindagem compósita balística. A redução de fibra-fração volume vai reduzir o preço global do compósito e pode fornecer ao compósito balístico melhores propriedades estruturais versus outras blindagens compósitas balísticas com muita resina. O bom desempenho do artigo de blindagem compósito balístico 20 nestes altos teores de resina seca é único em que um aumento do teor de resina seca acima de 15% normalmente diminui o desempenho balístico em uma base em peso.

[0070] Isso foi observado experimentalmente em blindagens compósitas de aramida com relação ao teor de resina seca. Para blindagens compósitas de aramida o desempenho balístico do painel (ou seja, limite balístico V50) é inversamente proporcional ao teor de resina seca, ou seja, menor teor de resina seca aumenta o limite balístico V50 até um ponto crítico ser atingido (por exemplo, menos do que 5 a 15%, dependendo do sistema) em que os painéis balísticos apenas quebram ou delaminam excessivamente quando impactados por um projétil devido à resina insuficiente.

[0071] A construção de camada espessa, com alta densidade do artigo de blindagem compósito balístico 20 pode também impedir que o aglutinante de polímero 28 penetre substancialmente no fio 30 ou encapsule as fibras 34. Embora algumas das fibras 34 estejam em contato direto com o aglutinante polimérico 28 nas superfícies do fio 30, significativamente mais das fibras 34 no artigo de blindagem compósito balístico 20 não estão em contato direto com o aglutinante polimérico 28 e são, portanto, livres para se movimentar e dissipar a energia via falha por tensão sem ser impedidos pela resina aglutinante de módulo relativamente baixo. Por exemplo, menos de 20%, e de preferência menos de 11%, das fibras 34 dos feixes de fibras 32 estão em contato com o aglutinante polimérico 28. Isso pode ser visto, por exemplo, nas Figuras 3 a 5 que mostram, respectivamente, as imagens transversais ampliadas de painéis compósitos balísticos rígidos cada feito de para-aramida, fio de 3000 denier, 1,5 denier por filamento. O painel compósito balístico rígido da Figura 3 foi feito a partir de um tecido de p-aramida entrelaçado em tear 2 x 2 (Figura 3). Um exemplo do artigo de blindagem compósito balístico 20 é mostrado nas Figuras 4A (menor ampliação) e Figura 4B (maior ampliação) com um fator de espalhamento de cerca de 128% e uma espessura de monocamada de cerca de 17,8D. Uma construção unidirecional altamente espalhada, com peso relativamente pesado, é mostrada na Figura 5, com um fator de espalhamento de cerca de 348% e uma espessura de monocamada de cerca de 8D.

[0072] O seguinte descreve exemplos adicionais.

Exemplo # 1:

[0073] Para avaliar o desempenho balístico de um tecido ortogonal HD HDRC de 2-ply, de baixo custo (HD HDRC- 2 ply), uma comparação de desempenho balístico foi feita versus vários tecidos unidirecionais espalhados com um teor de resina seca de cerca de 15% a 17%. O tecido ortogonal HD HDRC e as amostras abaixo foram prensados nos painéis de teste balístico em várias densidades areais para avaliação. O tecido ortogonal HD HDRC foi comparado contra: a.um tecido unidirecional de 4-ply de alta densidade areal e muito pesado, espalhado (Heavy-4 ply UD) feito com fios de 3000 den Twaron T1000 com uma matriz de resina altamente flexível; o tecido tinha um espalhamento de fios de 315% e uma espessura após a prensagem de ~8,3D e uma densidade areal total consolidada de 552 g/m2; b.um tecido unidirecional de 2-ply espalhado (HS-2 ply UD) feito com fios de 3000 den Twaron T2000 de maior tenacidade com uma matriz de resina de borracha semirrígida; esse tecido teve um espalhamento de fios de 900% e uma espessura após a prensagem de ~3,6D e uma densidade areal total consolidada de 106 g/m2; c.um tecido unidirecional de 2-ply espalhado rígido (Rigid-2 ply UD) feito com fios de 3000 den Twaron T1000 com uma matriz de borracha rígida reticulada; esse tecido tinha um espalhamento de fios de 362% e uma espessura após a prensagem de ~8,0D e uma densidade areal total consolidada de 251,2 g/m2.

[0074] Teste de limite balístico (i.e, V50) foi feito usando projéteis simulando fragmento de calibre 0,30 (FSP'S) em cada um dos painéis de teste feitos de acordo com MIL-STD-662F. A partir dos dados de V50 balístico, uma curva de desempenho balístico foi gerada. Isso permitiu a comparação entre os quatro sistemas de blindagem através de uma variedade de pesos de blindagem. Os resultados são mostrados na Figura 6, onde o tecido ortogonal HDRC-2-ply forneceu desempenho balístico consideravelmente melhor do que ambos tecido UD 'HS-2 ply' e o tecido 'Rigid-2 ply' UD e desempenho balístico equivalente ao tecido 'Heavy-4 ply' UD mais caro. Postula-se que o UD Heavy-4 tinha um desempenho maior do que o V50 ‘médio’ devido ao sistema de resina muito flexível que tinha um alto grau de delaminação durante o teste que não seria adequado para a blindagem de veículo.

Exemplo # 2:

[0075] Nesse exemplo, o desempenho balístico do tecido ortogonal HD HDRC 2-PLY, de baixo custo foi comparado contra o material compósito balístico unidirecional de blindagem rígida, incluindo Honeywell Gold Shield GV-2016, que é um tecido unidirecional 0°/90°/0°/90° de 4-ply com uma densidade superficial de 510 g/m2 e um teor de resina seca assumido de cerca de 14%, fornecendo uma densidade areal calculada das monocamadas unidirecionais individuais de 127,5 g/m2, uma densidade areal de fibra de cerca de 110 g/m2 e um fator de espalhamento de fios calculado de 335% com uma espessura após prensagem de cerca de 8,13D. Ambos os tecidos ortogonal HD HDRC e unidirecional Gold Shield GV-2016, usados nesse exemplo, foram produzidos com o mesmo fio de aramida de 3000 denier com tenacidade padrão, assim fazendo uma boa comparação balística uma vez prensados em painéis de teste balístico em diferentes densidades areais.

[0076] Teste de limite balístico (i.e, V50) foi feito usando projéteis simulando fragmento de calibre 0,30 (FSP'S) em cada um dos painéis de teste feitos de acordo com MIL-STD-662F. A partir dos dados de V50 balísticos, uma curva de desempenho balístico foi gerada para ambos os tecidos ortogonal HD HDRC 2-ply e o Gold Shield GV-2016. Isso permitiu a comparação entre os dois sistemas de blindagem através de uma variedade de pesos de blindagem.Os resultados são mostrados na Figura 7, onde o tecido ortogonal HD HDRC 2-ply forneceu novamente desempenho balístico consideravelmente melhor do que um teoricamente mais caro para produzir o produto Gold Shields GV-2016 UD. Por exemplo, em uma densidade areal de 3,0 psf o tecido ortogonal HD HDRC 2-ply forneceu um desempenho médio de V50 de 742 m/s, enquanto em uma densidade areal de 3,0 psf o Gold Shield GV-2016 tinha um desempenho médio de V50 de 699 m/s. Isso é uma diferença de 43 m/s, representando uma melhora balística de 6,2% ou uma vantagem de cerca de 10% em peso.

Exemplo # 3:

[0077] Em seguida, o desempenho balístico de tecido ortogonal HD HDRC foi comparado com um tecido trançado de 3000 denier espalhado que tinha de ser laminado com a mesma resina termoplástica balística como o tecido HD HDRC ortogonal. Esse teste foi realizado para determinar se o desempenho balístico inesperadamente alto do tecido ortogonal HD HDRC era unicamente devido ao próprio sistema de resina balística, ou se o desempenho balístico também era uma função da construção de tecido unidirecional de alta densidade livre de friso. Teoricamente, uma vez que o tecido unidirecional é livre de friso, e o tecido trançado tem uma % de friso aproximado de 6 a 9%, o tecido unidirecional deve ter um melhor desempenho balístico. Isso é porque os tecidos unidirecionais são mais eficientes na transferência das ondas de deformação longitudinal de um evento balístico ao longo dos comprimentos da fibra. No tecido trançado, a transferência ineficiente das ondas de deformação longitudinal (devido ao friso), em conjunto com o potencial de reflexão das ondas de tensão dentro de um tecido trançado (devido a fios cruzados), aumenta a carga total de tensão que atua sobre o fio em um ponto específico, assim prematuramente rompendo o fio antes da quantidade máxima teórica de energia poder ser absorvida ao longo do seu comprimento.

[0078] O tecido trançado espalhado que foi avaliado foi um entrelaçado plano de 3000 denier de 17x17 (pontas e picos por polegada) em uma densidade areal de 450 g/m2. Esse tecido foi laminado com resina balística idêntica como o tecido HD HDRC ortogonal, mas em teores de resina seca de 13% e 17%. Um teor de resina seca de 13% foi escolhido porque teoricamente forneceria o melhor desempenho balístico uma vez prensado. Um teor de resina seca de 17% foi selecionado para determinar se esse teor superior teria uma influência negativa sobre o desempenho final de compósitos balísticos em uma base em peso. O entrelaçado plano de 3000 denier de 17x17, laminado com resina termoplástica em ambos 13% de DRC e 17% de DRC, foram então cortados e prensados em painéis balísticos rígidos em densidades areais nominais de 2,0, 3,0 e 4,0 psf (0,1, 0,14 e 0,19 kPa).

[0079] O teste de limite balístico (i.e V50) foi feito usando projéteis simulando fragmento de calibre 0,30 (FSP'S) em cada um dos painéis de teste feitos de acordo com MIL-STD-662F. A partir dos dados de V50 balísticos, uma curva de desempenho balístico foi gerada para ambos tecidos entrelaçados planos de 3000 denier de 17x17, laminados com resina termoplástica em ambos 13% de DRC e 17% de DRC, e estes foram comparados com a curva de desempenho do tecido ortogonal balístico HD HDRC do Exemplo # 1. Os resultados são mostrados na Figura 8, onde o tecido ortogonal HD HDRC tinha um limite balístico V50 maior do que o tecido trançado plano, particularmente em densidades areais maiores. Isso apesar do fato de ter um alto DRC de 20%, ou 7% menos de fios de alta tenacidade do que os painéis balísticos com 13% de DRC construídos de tecido entrelaçado de 17x17 plano laminado. Houve também um decréscimo no desempenho balístico em painéis balísticos com 17% de DRC em relação aos painéis com 13% de DRC. Isso suporta claramente a tendência conhecida que um aumento no DRC acima de 15% se correlaciona com uma diminuição acentuada no desempenho balístico em uma base em peso. Ele também destaca a singularidade da construção de tecido ortogonal HD HDRC dado o seu desempenho balístico superior em altos teores de resina seca. A inclinação das respectivas curvas balísticas também foi significativamente diferente, com aquela do tecido unidirecional sendo mais acentuada do que a dos dois tecidos trançados lisos. Isso é típico quando se compara a balística de tecidos trançados frisados versus tecidos sem frisos unidirecionais.

Exemplo # 4:

[0080] Em seguida, o desempenho balístico de um tecido ortogonal HD HDRC 0°/90°/0°/90° de 4-ply de baixo custo (HD HDRC-4 ply), com uma densidade areal de 1.104 g/m2 foi avaliado contra Honeywell Gold Shield GV-2016 como no Exemplo # 2. Semelhante ao tecido ortogonal HD HDRC 2-ply, o fio de HD HDRC-4 ply tinha um fator de espalhamento de 128% e uma espessura após prensagem de cerca de 18,0D. O tecido HD HDRC-4 ply UD foi prensado em dois painéis de teste balístico de 3,0 psf (0,14 kPa) para avaliação, e o teste de limite balístico (i.e V50) foi realizado utilizando projéteis simulando fragmento de calibre 0,30 (PSF'S) de acordo com MIL-STD-662F.

[0081] A partir dos dados balísticos V50 limitados gerados, mostrado na Figura 9, o tecido HDRC HD 4-ply UD não executaram assim como o tecido ortogonal 2-ply HD HDRC, mas ainda tinham balística equivalente ou melhor do que o teoricamente mais caro para produzir o Gold Shield GV-2016. Isso pode ocorrer porque o processo de laminação não padrão usado para fazê-lo.

Exemplo # 5:

[0082] Um tecido ortogonal HDRC HD feito a partir de a mecha de vidro tipo S inorgânico foi avaliado. Uma configuração de 0°/90° 2-ply, semelhante àquela mostrada na Figura 1, foi construída utilizando a mecha de vidro tipo S ShieldStrand, com exceção de que nenhuma película ou resina foi usada diretamente entre a monocamada de 0° e a monocamada de 90°. A construção é mostrada na Figura 10. As monocamadas de 0° e 90° foram estabilizadas e ligadas entre si pela laminação de películas termoplásticas espessas (cada aproximadamente com 110 g/m2) nas malhas de fibras unidirecionais, as quais sob calor e pressão altos, fluíram suficiente para levemente ligar a monocamada de 0° e monocamadas de 90° em conjunto.

[0083] Durante a fabricação o derretimento das películas termoplásticas sob pressão minimamente espalha os fios de vidro tipo S de 3620 dtex (3258 denier) em ambas monocamadas de 0° e 90°. O fator de espalhamento foi calculado em 24% a partir de um feixe de fios teórico perfeitamente circular. O grau de espalhamento de fios, nesse exemplo, é visivelmente menor do que no tecido ortogonal HD HDRC de aramida já que os fios de vidro não foram colocados lado a lado de forma paralela, mas foram intencionalmente agrupados em grupos de cinco para imitar um grande a mecha de vidro de 18100 dtex (5 x 3620 dtex) agrupado. Isso significa que alguns dos fios de 3620 dtex foram efetivamente empilhados um em cima do outro para ajudar a criar uma monocamada unidirecional mais densa e consideravelmente mais espessa (isto é, densidade areal maior). Mesmo depois de prensar observou-se que a própria resina permaneceu principalmente na parte superior e na parte inferior das malhas unidirecionais com uma quantidade mínima fluindo entre a parte superior e inferior de malhas de vidro 0° e 90 °, através de pequenas aberturas em-entre às mechas de vidro de 18100 dtex de 5 fios. Acredita-se que essa ligação da resina fraca entre as malhas de vidro 0° e 90° no tecido ortogonal HDRC HD pode ter ajudado no desempenho balístico permitindo a absorção de energia através da delaminação controlada. A própria resina não foi observada penetrar totalmente ou encapsular as fibras de fios individuais das mechas ou fios de vidro tipo S. A densidade areal das monocamadas somente com fibra 0° e 90° era 424 g/m2, a densidade areal total era 1,068 g/m2 e o teor de resina seca foi calculado como sendo de 20,6%.

[0084] A espessura do tecido ortogonal de HD HDRC 2- ply após prensar a 35 psi (0,24 MPa) a 171,1°C durante 40 minutos foi calculada como sendo de 0,562 milímetros. Isso significa que cada monocamada unidirecional de 1-ply tinha uma espessura de 0,281 milímetros, ou 31,2D. O diâmetro do filamento do fio em a mechas de vidro tipo S ShieldStrand é nominalmente 9 x 10-6 mm.

[0085] Painéis balísticos compósitos rígidos foram prensados usando o tecido ortogonal HD HDRC de vidro a 20%, 30% e 40% de teor de resina seca, respectivamente. Estes painéis foram feitos por adição de resina extra, na forma de película, para o tecido ortogonal HD HDRC de 20% de teor de resina seca feito acima antes de prensar. Todos os painéis foram feitos em uma densidade areal alvo de 2,61 psf (12,74 kg/m2) para permitir uma fácil comparação. Os resultados balísticos também foram normalizados para ajustar quaisquer pequenas diferenças de peso.

[0086] O teste de limite balístico (i.e V50) foi feito usando projéteis simulando fragmento de calibre 0,30 (FSP'S) em cada um dos painéis de teste feitos de acordo com MIL-STD-662F. A partir dos dados de V50 balístico, o desempenho de cada um dos tecidos ortogonais HD HDRC com diferente teor de resina seca pode ser comparado um com o outro como mostrado na figura 11. O desempenho destes tecidos ortogonais HD HDRC foi também comparado com aquele de painéis de vidro tipo S Mil-Spec prensado (MIL-DTL-6415B Especificação, Classe C) com 20% de teor de resina seca. O tecido de vidro tipo S tecido liso usado para fazer estes painéis tinha uma densidade areal de 1.060 g/m2, com um fator de espalhamento de fios de 26% e espessura da monocamada unidirecional de 0,254 milímetros, ou 28,2D.

[0087] O tecido ortogonal HD HDRC 2-ply forneceu um desempenho balístico consideravelmente melhor do que um tecido trançado balístico de vidro tipo S liso comparável. Também, aumentando o teor de resina seca de 20%, todo o caminho até 30%, teve um efeito prejudicial mínimo sobre o desempenho balístico do painel compósito. A 40% DRC, o desempenho balístico do HD HDRC começa a visivelmente cair, em uma base em peso. No entanto, o desempenho balístico a 40% de teor de resina seca é ainda superior à blindagem compósita de vidro tecido Mil-Spec que tem um teor de fibra com alta tenacidade 20% maior no painel compósito para absorver e dissipar a energia.

[0088] A 20% de teor de resina seca, tecido ortogonal HD HDRC de vidro 2-ply tinha um desempenho V50 médio de 93,5 m/s melhor do que o tecido Mil-Spec, o que significa que oferece uma melhoria de aproximadamente 23% sobre o tecido trançado padrão.

[0089] Embora uma combinação de aspectos seja mostrada nos exemplos ilustrados, nem todos eles têm de ser combinados para obter os benefícios de várias modalidades dessa descrição. Em outras palavras, um sistema concebido de acordo com uma modalidade da dessa descrição não incluirá necessariamente todos os aspectos mostrados em qualquer das Figuras, ou todas as porções esquematicamente mostradas nas figuras. Além disso, aspectos selecionados de um exemplo de modalidade podem ser combinados com aspectos selecionados de outros exemplos de modalidades.

[0090] A descrição anterior é exemplificativa e não limitante na natureza. As variações e modificações aos exemplos descritos podem tornar-se evidentes para as pessoas versadas na técnica que não necessariamente se afastam da essência dessa descrição. O âmbito de proteção legal fornecido a essa descrição só pode ser determinado estudando as reivindicações que se seguem.

Claims

1.Artigo de blindagem compósito balístico, que compreende: uma folha de blindagem rígida de multicamadas (22) que inclui, pelo menos, primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26), a segunda monocamada de fios unidirecionais (26) orientada transversalmente em relação a primeira monocamada de fios unidirecionais (24), e pelo menos uma camada de aglutinante polimérico (28) disposta adjacente a e estabilizando pelo menos uma das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26), caracterizado por os fios (30) das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26) incluir feixes de fibra respectivos (32) que têm um fator de espalhamento lateral variando de espalhamento lateral negativo a um espalhamento lateral positivo de menos de 306%.

2.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folha de blindagem rígida de multicamadas (22) tem, em peso, 20% a 50% do aglutinante polimérico.

3.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras individuais dos feixes de fibra (32) têm um diâmetro (D), e as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26) têm espessuras respectivas que são maiores do que 11D.

4.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as fibras são fibras orgânicas e as espessuras respectivas são 11D a 23D.

5.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as fibras são fibras inorgânicas e as respectivas espessuras são 20D a 40D.

6.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras são fibras inorgânicas e o fator de espalhamento lateral varia de -30% a 35%.

7.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fios (30) da primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24, 26) tem uma torção axial de 0,5 a menos de 20 voltas por metro.

8.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os fios (30) da primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24, 26) tem uma torção axial de 0,5 a 4 voltas por metro.

9.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que menos de 20% das fibras dos feixes de fibra (32) estão em contato com pelo menos uma camada de aglutinante polimérico (28).

10.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que menos de 11% das fibras dos feixes de fibra (32) estão em contato com pelo menos uma camada de aglutinante polimérico (28).

11.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada de aglutinante polimérico (28) inclui, pelo menos, uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta (28a) entre as primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26), e segunda e terceira camadas de aglutinante polimérico distintas (28b,28c) dispostas nas respectivas faces opostas das primeira e segunda monocamadas de fios unidirecionais (24,26) de, pelo menos, uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta (28a).

12.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma primeira camada de aglutinante polimérico distinta (28a) tem uma densidade areal maior do que cada das segunda e terceira camadas de aglutinante polimérico distintas (28b,28c).

13.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras são fibras orgânicas.

14.Artigo de blindagem compósito balístico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras são fibras inorgânicas.