BR112018007024B1 - Método para fabricar uma lâmina de compósito que compreende fibras de polietileno, lâmina de compósito, artigo e uso de uma suspensão aquosa de uma resina polimérica - Google Patents

Abstract

LÂMINA DE COMPÓSITO DE FIBRAS DE ALTO DESEMPENHO. A invenção se refere a um método para fabricar uma lâmina de compósito que compreende fibras de polietileno de alto desempenho e uma resina polimérica que compreende as etapas de montar fibras de HPPE em uma lâmina, aplicar uma suspensão aquosa de uma resina polimérica às fibras de HPPE, secar parcialmente a suspensão aquosa, aplicar opcionalmente uma temperatura e/ou um tratamento de pressão à lâmina de compósito, em que a resina polimérica é um homopolímero ou copolímero de etileno e/ou propileno. A invenção ainda se refere a lâminas de compósito obteníveis pelo dito método e artigos que compreendem a lâmina de compósito, como capacetes, radomos ou uma lona.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um método para produzir uma lâmina de compósito que compreende fibras de polietileno de alto desempenho e uma resina polimérica e tal lâmina de compósito. Essas lâminas de compósito são, dentre outros, especialmente adaptadas para facilitar a fabricação de artigos resistentes à balística, dentre os quais artigos de balística suave, por exemplo, para vestimentas e artigos de balística moldados, por exemplo, para proteção veicular, capacetes de combate ou insertos.

[0002] Os materiais compósitos que compreendem fibras de polietileno de alto desempenho e uma resina polimérica como um material-matriz são conhecidos a partir dos documentos US 4.623.574, US 5.766.725, US 7.211.291 e US 8.999.866. O documento US 4.623.574 revela a fabricação de lâminas resistentes à balística cruzando-se e empilhando-se uma pluralidade de monocamadas que compreendem fibras de polietileno de cadeia estendida alinhadas de modo unidirecional e um material-matriz, após pressionamento das monocamadas empilhadas e torcidas de modo cruzado em uma lâmina. O Exemplo 1 de US 4.623.574 menciona a produção de monocamadas unidirecionais envolvendo-se de modo helicoidal fibras de polietileno lado a lado em um enrolador de tambor, em que uma solução Kraton D1107 é usada para revestir as fibras alinhadas de modo unidirecional. Uma pluralidade das monocamadas unidirecionais obtidas desse modo foi empilhada, em que a direção de fibra em uma monocamada é perpendicular à direção de fibra em uma monocamada adjacente. A pilha obtida foi pressionada, seguida por resfriamento para fornecer um artigo de balística moldado.

[0003] Há buscas contínuas em relação a artigos resistentes à balística aprimorados e os presentes inventores revelaram de modo surpreendente um método para produzir lâmina resistente à balística que possibilita a fabricação de lâminas de balística macias ou artigos moldados resistentes à balística com propriedades de resistência à balística aprimoradas. Tais propriedades de resistência à balística aprimoradas podem, por exemplo, ser expressadas em uma redução da delaminação de materiais compósitos mediante o uso, resultando em proteção aumentada pelos produtos resistentes à balística. De preferência, a proteção balística pode se referir às características de interrupção de projétil, à redução de traumas ou deformação de face posterior ou a uma redução de deterioração de material por delaminação mediante o uso.

[0004] É o objetivo da presente invenção fornecer um processo de fabricação e o material compósito obtido desse modo que supera pelo menos parcialmente os problemas mencionados acima.

[0005] A presente invenção soluciona essa necessidade aplicando-se uma suspensão aquosa que compreende resina polimérica às fibras de polietileno (HPPE) de alto desempenho antes, durante ou após a etapa de montar as ditas fibras de HPPE a uma montagem, pelo menos secar parcialmente a suspensão aquosa da resina polimérica aplicada às fibras de HPPE para obter uma lâmina de compósito, aplicar opcionalmente uma temperatura na faixa da temperatura de fusão da resina a 153 °C à montagem antes, durante e/ou após pelo menos secar parcialmente a suspensão para fundir pelo menos parcialmente a resina polimérica e aplicar, opcionalmente, uma pressão à lâmina de compósito pelo menos parcialmente seca antes, durante e/ou após o tratamento de temperatura para compactar pelo menos parcialmente a lâmina de compósito, em que a resina polimérica é um homopolímero ou copolímero de etileno e/ou propileno e em que a dita resina polimérica tem uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, um pico de temperatura de fusão na faixa de 40 a 140 °C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g.

[0006] Foi revelado de modo inesperado que a lâmina de compósito fabricada de acordo com o método da presente invenção pode mostrar um comportamento de delaminação aprimorado. O dito aprimoramento foi demonstrado tanto por artigos de balística suaves quanto artigos de balística moldados por uma resistência ao descolamento aumentada da lâmina de compósito e uma deformação de face posterior reduzida de artigos moldados que compreendem uma pilha das lâminas de compósito, respectivamente.

[0007] No presente documento, entende-se como fibra um corpo alongado, em que a dimensão de comprimento é muito maior que as dimensões transversais de largura e espessura. Consequentemente, o termo fibra inclui filamento, laço, tira, faixa, fita e similares que têm cortes transversais regulares ou irregulares. A fibra pode ter comprimentos contínuos, conhecidos na técnica como filamento ou filamento contínuo, ou comprimentos contínuos, conhecidos na técnica como fibras descontínuas. Um fio para o propósito da invenção é um corpo alongado que contém muitas fibras individuais. No presente documento, entende-se fibra individual como a fibra como tal. De preferência, as fibras de HPPE da presente invenção são fitas de HPPE, filamentos de HPPE ou fibras descontínuas de HPPE.

[0008] No contexto da presente invenção, fibras de HPPE são entendidas como sendo fibras de polietileno com propriedades mecânicas aprimoradas, como resistência à tração, resistência à abrasão, resistência ao corte ou similares. Em uma modalidade preferencial, as fibras de polietileno de alto desempenho são fibras de polietileno com uma resistência à tração de pelo menos 1,0 N/tex, mais preferencialmente, pelo menos 1,5 N/tex, mais preferencialmente, pelo menos 1,8 N/tex, ainda mais preferencialmente, pelo menos 2,5 N/tex e, com máxima preferência, pelo menos 3,5 N/tex. O polietileno preferencial é polietileno de peso molecular alto (HMWPE) ou de peso molecular ultra-alto (UHMWPE). Os melhores resultados foram obtidos quando as fibras de polietileno de alto desempenho compreendem polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) e têm uma tenacidade de pelo menos 2,0 N/tex, mais preferencialmente, pelo menos 3,0 N/tex.

[0009] De preferência, a lâmina de compósito da presente invenção compreende fibras de HPPE que compreendem polietileno de peso molecular alto (HMWPE) ou polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) ou uma combinação dos mesmos, de preferência, as fibras de HPPE consistem substancialmente em HMWPE e/ou UHMWPE. Os inventores observaram que, para HMWPE e UHMWPE, os melhores desempenhos balísticos poderiam ser alcançados.

[0010] No contexto da presente invenção, a expressão “que consiste substancialmente em” tem o significado de “pode compreender uma quantidade menor de espécies adicionais”, em que menor é até 5 % em peso, de preferência, de até 2 % em peso das ditas espécies adicionais ou, em outras palavras, “que compreende mais de 95 % em peso de”, de preferência, “que compreende mais de 98 % em peso de” HMWPE e/ou UHMWPE.

[0011] No contexto da presente invenção, o polietileno (PE) pode ser linear ou ramificado, em que polietileno linear é preferencial. O polietileno linear é entendido no presente documento como sendo polietileno com menos de 1 cadeia lateral por 100 átomos de carbono e, de preferência, com menos de 1 cadeia lateral por 300 átomos de carbono; uma cadeia lateral ou ramificada, em geral, que contém pelo menos 10 átomos de carbono. As cadeias laterais podem ser adequadamente medidas por FTIR. O polietileno linear pode conter, ainda, até 5 % em mol de um ou mais outros alcenos que são copolimerizáveis nos mesmos, como propeno, 1-buteno, 1-penteno, 4-metilpenteno, 1-hexeno e/ou 1-octeno.

[0012] O PE é, de preferência, de peso molecular alto com uma viscosidade intrínseca (IV) de pelo menos 2 dl/g; mais preferencialmente, de pelo menos 4 dl/g, com máxima preferência, de pelo menos 8 dl/g. Tal polietileno com IV que excede 4 dl/g é denominado polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE). A viscosidade intrínseca é uma medida para molecular peso que pode ser facilmente determinado como parâmetros de massa molecular atual, como pesos moleculares médios em número e ponderados (Mn e Mw).

[0013] As fibras de HPPE usadas no método de acordo com a invenção podem ser obtidas por diversos processos, por exemplo, por um processo de fiação por fusão, um processo de fiação de gel ou um processo de compactação de pó em estado sólido.

[0014] Um método preferencial para a produção das fibras é um processo de pó em estado sólido que compreende fornecer o polietileno como um pó entre uma combinação de correias contínuas, moldar por compressão o pó polimérico em uma temperatura abaixo do ponto de fusão do mesmo e laminar o polímero moldado por compressão resultante seguido por estiramento de estado sólido. Tal método é, por exemplo, descrito no documento US 5.091.133, que é incorporado ao presente documento a título de referência. Se desejado, antes de fornecer e moldar por compressão o pó de polímero, o pó de polímero pode ser misturado com um composto líquido adequado que tem um ponto de ebulição maior que o ponto de fusão do dito polímero. A moldagem por compressão também pode ser realizada por retenção temporária do pó de polímero entre as correias contínuas enquanto transporta as mesmas. Isso pode, por exemplo, ser realizado fornecendo-se moldes de prensa e/ou rolos em combinação com as correias contínuas.

[0015] Outro método preferencial para a produção das fibras usadas na invenção compreende fornecer o polietileno a uma extrusora, extrudando um artigo moldado em uma temperatura acima do ponto de fusão do mesmo e extraindo as fibras extrudadas abaixo de sua temperatura de fusão. Se desejado, antes de fornecer o polímero à extrusora, o polímero pode ser misturado com um composto líquido adequado, por exemplo, para formar um gel, como é, de preferência, o caso ao usar polietileno de peso molecular ultra-alto.

[0016] Em ainda outro método, as fibras usadas na invenção são preparadas por um processo de fiação de gel. Um processo de fiação de gel adequado é descrito, por exemplo, nos documentos GB-A-2042414, GB-A-2051667, EP 0205960 A e WO 01/73173 A1. Em resumo, o processo de fiação de gel compreende preparar uma solução de um polietileno de alta viscosidade intrínseca, extrudar a solução em uma fibra de solução em uma temperatura acima da temperatura de dissolvimento, resfriar a fibra de solução abaixo da temperatura de gelificação gelificando, dessa maneira, pelo menos parcialmente o polietileno da fibra e extrair a fibra antes, durante e/ou após a remoção pelo menos parcial do solvente.

[0017] Nos métodos descritos para preparar extração de fibras de HPPE, de preferência, extração de modo uniaxial, das fibras produzidas pode ser realizada por meios conhecidos na técnica. Esses meios compreendem alongamento por extrusão e alongamento por tração em unidades de extração adequadas. Para alcançar resistência mecânica aumentada à tração e rigidez, extração pode ser realizada em múltiplas etapas.

[0018] No caso das fibras de UHMWPE preferenciais, extração é tipicamente realizada de modo uniaxial em diversas etapas de extração. A primeira etapa de extração pode, por exemplo, compreender extração para um fator de alongamento (também chamado razão de extração) de pelo menos 1,5, de preferência, pelo menos 3,0. Extração múltipla pode resultar tipicamente em um fator de alongamento de até 9 para temperaturas de extração até 120 °C, um fator de alongamento de até 25 para temperaturas de extração até 140 °C e um fator de alongamento de 50 ou acima para temperaturas de extração até e acima 150 °C. Em extração múltipla em temperaturas crescentes, fatores de alongamento de cerca de 50 e mais podem ser alcançados. Isso resulta em fibras de HPPE, em que para polietileno de peso molecular ultra-alto, resistências à tração de 1,5 N/tex a 3 N/tex e mais podem ser obtidas.

[0019] Em uma etapa de processo da presente invenção, uma suspensão aquosa é aplicada às fibras de HPPE. Tal aplicação de suspensão ocorre antes, durante ou após as fibras serem montadas em uma lâmina. Entende-se, por suspensão aquosa, que partículas da resina polimérica são suspensas em água que atua como não solvente. A concentração da resina polimérica pode variar amplamente e é principalmente limitada pela capacidade de formular uma suspensão estável da resina em água. Uma faixa típica de concentração está entre 2 e 80 % em peso de resina polimérica em água, em que a porcentagem em peso é o peso de resina polimérica no peso total de suspensão aquosa. A concentração preferencial está entre 4 e 60 % em peso, mais preferencialmente, entre 5 e 50 % em peso, com máxima preferência, entre 6 e 40 % em peso. As concentrações preferenciais adicionais da resina polimérica na dispersão é pelo menos 15 % em peso, de preferência, pelo menos 18 % em peso e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 20 % em peso. Em outra modalidade preferencial, a concentração da resina polimérica na dispersão aquosa está entre 10 e 50 % em peso, de preferência, entre 15 e 40 % em peso, com máxima preferência, entre 18 % em peso e 30 % em peso. Tais concentrações mais altas preferenciais de resina polimérica podem ter a vantagem de um corpo prolongado fornecido com concentração maior enquanto reduz o tempo e a energia necessários para a remoção da água do corpo prolongado. A suspensão pode compreender adicionalmente aditivos, como tensoativos iônicos ou não iônicos, resinas taquificantes, estabilizadores, antioxidantes, corantes ou outros aditivos que modificam as propriedades da suspensão, da resina e ou da lâmina de compósito preparada. De preferência, a suspensão é substancialmente livre de aditivos que podem atuar como solventes para a resina polimérica. Tal suspensão também pode ser denominada livre de solvente. Entende-se por solvente no presente documento um líquido no qual, em temperatura ambiente, a resina polimérica é solúvel em uma quantidade de mais de 1 % em peso, enquanto que um não solvente é entendido como um líquido no qual, em temperatura ambiente, a resina polimérica é solúvel em uma quantidade de menos de 0,1 % em peso.

[0020] A resina polimérica presente na suspensão aquosa aplicada e, finalmente, presente na lâmina de compósito obtida da presente invenção é um homopolímero ou copolímero de etileno e/ou propileno, também denominado polietileno, polipropileno ou copolímeros dos mesmos, no contexto da presente invenção também denominada resina de poliolefina. A mesma pode compreender as diversas formas de polietileno, copolímeros de etileno-propileno, outros copolímeros de etileno com comonômeros, como 1-buteno, isobutileno, bem como com heteroátomo que contém monômeros como ácido acrílico, ácido metacrílico, acetato de vinila, anidrido maleico, acrilato de etila, acrilato de metila; em geral, homopolímeros e copolímeros de -olefina e olefina cíclica ou mesclas dos mesmos. De preferência, a resina polimérica é um copolímero de etileno ou propileno que pode conter como comonômeros uma ou mais olefinas que têm 2 a 12 átomos de C, em particular, etileno, propileno, isobuteno, 1- buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-octeno, ácido acrílico, ácido metacrílico e acetato de vinila. Na ausência de comonômero na resina polimérica, uma ampla variedade de polietileno ou polipropileno pode ser usada, dentre os quais, polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), polietileno de densidade muito baixa (VLDPE), polietileno de densidade baixa (LDPE), polipropileno isotático, polipropileno atático, polipropileno sindiotático ou mesclas dos mesmos.

[0021] Além disso, a resina polimérica pode ser um polietileno ou polipropileno funcionalizado ou copolímeros dos mesmos ou, de modo alternativo, a resina polimérica pode compreender um polímero funcionalizado. Tais polímeros funcionalizados são, em geral, denominados copolímeros funcionais ou polímeros de enxerto, em que o enxerto se refere à modificação química da cadeia polimérica principal, principalmente, com monômeros etilenicamente insaturados que compreendem heteroátomos e enquanto que copolímeros funcionais se referem à copolimerização de etileno ou propileno com monômeros etilenicamente insaturados. De preferência, o monômero etilenicamente insaturado compreende átomos de oxigênio e/ou nitrogênio. Com máxima preferência, o monômero etilenicamente insaturado compreende um grupo ácido carboxílico ou derivados do mesmo, resultando em um polímero acilado, especificamente em um polietileno ou polipropileno acetilado. De preferência, os reagentes carboxílicos são selecionados a partir do grupo que consiste em reagentes acrílicos, metacrílicos, cinâmicos, crotônicos e maleicos, fumáricos e itacônicos. Os ditos polímeros funcionalizados tipicamente compreendem entre 1 e 10 % em peso de reagente carboxílico ou mais. A presença de tal funcionalização na resina pode aperfeiçoar substancialmente a dispersabilidade da resina e/ou permitir uma redução de aditivos adicionais presentes para esse propósito como tensoativos.

[0022] A resina polimérica tem uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, de preferência, de 870 a 920 kg/m3, mais preferencialmente, de 875 a 910 kg/m3. Os inventores identificaram que resinas de poliolefina com densidades dentro das ditas faixas preferenciais fornecem um equilíbrio aperfeiçoado entre as propriedades mecânicas do artigo de compósito e a processabilidade da suspensão, especialmente, a suspensão seca durante o processo da invenção.

[0023] A resina polimérica é uma poliolefina semicristalina que tem um pico de temperatura de fusão na faixa de 40 a 140 °C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g, medido de acordo com ASTM E793 e ASTM E794, considerando a segunda curva de aquecimento em uma taxa de aquecimento de 10 K/min, em uma amostra seca. Em uma modalidade preferencial da presente invenção, a resina polimérica tem um calor de fusão de pelo menos 10 J/g, de preferência, pelo menos 15 J/g, mais preferencialmente, pelo menos 20 J/g, ainda mais preferencialmente, pelo menos 30 J/g e, com máxima preferência, pelo menos 50 J/g. Os inventores supreendentemente revelaram que, com o aumento de calor de fusão, a lâmina de compósito mostrou desempenho balístico aprimorado adicional como deformação de face posterior e resistência ao descolamento. O calor de fusão da resina polimérica não é especificamente limitado por um valor superior, além do calor de fusão máximo teórico para um polietileno ou polipropileno completamente cristalino de cerca de 300 J/g. A resina polimérica é um produto semicristalino com um pico de temperatura de fusão nas faixas especificadas. Consequentemente, é um limite superior razoável para a resina polimérica um calor de fusão de no máximo 200 J/g, de preferência, no máximo 150 J/g. Em outra modalidade preferencial, um pico de temperatura de fusão da resina polimérica está na faixa de 50 a 130 °C, de preferência, na faixa de 60 a 120 °C. Tais picos de temperaturas de fusão preferencial fornece um método de processamento mais robusto para produzir as lâminas de compósito nessas condições para secagem e/ou compactação da lâmina de compósito precisam de mais atenção enquanto compósitos com boas propriedades são produzidos. A resina polimérica pode ter mais de um pico de temperatura de fusão. Em tal caso, pelo menos uma dentre as ditas temperaturas de fusão é abrangida nas faixas acima. Um segundo pico de temperatura e/ou temperatura de fusão adicional da resina polimérica pode estar dentro ou fora das faixas de temperatura. Esse pode, por exemplo, ser o caso quando a resina polimérica é uma mescla de polímeros.

[0024] A resina polimérica pode ter um módulo que pode variar em faixas amplas. Uma resina de módulo baixo com, por exemplo, um módulo de cerca de 50 MPa, fornecerá proteção muito flexível e, desse modo, confortável, por exemplo, para aplicação em vestimentas resistentes a projétil. Uma resina de módulo alto com, por exemplo, um módulo de cerca de 500 MPa pode fornecer proteções com algum desempenho estrutural, por exemplo, uma boa resistência à compressão de orelha a orelha para capacetes de combate. Cada aplicação pode ter um módulo ideal para a resina, em relação às demandas específicas durante o uso da aplicação.

[0025] A aplicação da suspensão às fibras de HPPE pode ser realizada por métodos conhecidos na técnica e pode depender, dentre outros, do momento em que a suspensão é adicionada às fibras, da natureza da lâmina, da concentração e da viscosidade da suspensão. A suspensão pode, por exemplo, ser aplicada às fibras por aspersão, imersão, escovação, laminação por transferência ou similares, especialmente, dependendo da quantidade prevista de resina polimérica presente no artigo de compósito da invenção. A quantidade de suspensão presente na lâmina pode variar amplamente em função da aplicação pretendida da lâmina de compósito e pode ser ajustada pelo método empregado, mas também as propriedades da suspensão. Para algumas aplicações, quantidades pequenas de suspensões altamente concentradas são empregadas para reduzir a energia e o tempo necessário para secagem da lâmina impregnada. Para outras aplicações, uma suspensão de baixa concentração pode ser vantajosa, por exemplo, para aumentar a velocidade de umidificação e impregnação com suspensões pouco viscosas. Por fim, mas não menos importante, a concentração e a quantidade de suspensão devem ser escolhidas para fornecer uma lâmina de compósito com as quantidades necessárias de resina polimérica presente como um material-matriz na dita lâmina de compósito. Em uma modalidade preferencial, a dita concentração de resina polimérica é, no máximo, 25 % em peso, de preferência, no máximo 20 % em peso, ainda mais preferencialmente, no máximo 18 % em peso e, com máxima preferência, no máximo 16 % em peso. Em outra modalidade preferencial, a concentração da resina polimérica está entre 1 e 25 % em peso, de preferência, entre 2 e 20 % em peso, com máxima preferência, entre 4 e 18 % em peso, em que a porcentagem em peso é o peso de resina polimérica no peso total da lâmina de compósito. Em uma modalidade preferencial adicional, a concentração de resina polimérica é pelo menos 15 % em peso, de preferência, pelo menos 18 % em peso e, ainda mais preferencialmente, pelo menos 20 % em peso. Em outra modalidade preferencial, a concentração da resina polimérica está entre 10 e 50 % em peso, de preferência, entre 15 e 40 % em peso, com máxima preferência, entre 18 % em peso e 30 % em peso. Tais concentrações mais altas preferenciais de resina polimérica podem ter a vantagem de fornecer lâminas de compósito com concentração maior enquanto reduzem o tempo e energia necessários para a remoção da água das lâminas de compósito.

[0026] Uma vez que a suspensão aquosa polimérica é aplicada às fibras de HPPE, a fibra impregnada, de preferência, a montagem que compreende as fibras impregnadas, é pelo menos parcialmente seca. Tal etapa de secagem envolve a remoção, por exemplo, a evaporação de pelo menos uma fração da água presente na montagem. De preferência, a maior parte, mais preferencialmente, essencialmente toda a água é removida durante a etapa de secagem, opcionalmente, em combinação com outros componentes presentes na lâmina montada impregnada. A secagem, isto é, a remoção de água da suspensão, pode ser realizada por métodos conhecidos na técnica. Tipicamente, a evaporação de água envolve um aumento das temperaturas da lâmina próximas a ou acima do ponto de ebulição de água. O aumento de temperatura pode ser auxiliado ou substituído por uma redução da pressão e ou combinado com uma refrigeração contínua da atmosfera circundante. Condições de secagem típicas são temperaturas de entre 40 e 130 °C, de preferência, 50 e 120 °C. A pressão típica durante o processo de secagem está entre 10 e 110 kPa, de preferência, entre 20 e 100 kPa.

[0027] O processo da invenção pode compreender opcionalmente uma etapa em que a lâmina de compósito é aquecida a uma temperatura na faixa da temperatura de fusão da resina polimérica a 153 °C, antes, durante e/ou após a secagem parcial da lâmina. O aquecimento da lâmina pode ser realizado mantendo-se a lâmina durante um tempo de permanência em um forno ajustado em uma temperatura de aquecimento, submetendo a lâmina impregnada à radiação de calor ou colocar a camada em contato com um meio de aquecimento como um fluido de aquecimento, uma corrente de gás aquecida ou uma superfície aquecida. De preferência, a temperatura é pelo menos 2 °C, de preferência, pelo menos 5 °C, com máxima preferência, pelo menos 10 °C acima do pico de temperatura de fusão da resina polimérica. A temperatura superior é, no máximo, 153 °C, de preferência, no máximo 150 °C, mais preferencialmente, no máximo 145 °C e, com máxima preferência, no máximo 140 °C. O tempo de permanência é, de preferência, entre 2 e 100 segundos, mais preferencialmente, entre 3 e 60 segundos, com máxima preferência, entre 4 e 30 segundos. Em uma modalidade preferencial, o aquecimento da lâmina dessa etapa se sobrepõe, mais preferencialmente, é combinado com a etapa de secagem. Pode se provar prático aplicar um gradiente de temperatura à lâmina impregnada em que a temperatura é elevada de cerca de temperatura ambiente à temperatura máxima da etapa de aquecimento durante um período de tempo em que a lâmina impregnada será submetida a um processo contínuo de secagem da suspensão para fusão pelo menos parcial da resina polimérica.

[0028] Em uma etapa opcional adicional do processo da invenção, a lâmina de compósito é pelo menos parcialmente compactada aplicando-se uma pressão. A dita pressão pode ser aplicada por meios de compressão conhecidos na técnica, que podem, dentre outros, ser uma calandra, uma unidade de suavização, uma prensa de correia dupla ou uma prensa alternada. Os meios de compressão formam uma lacuna através da qual a camada será processada. A pressão para compactação, em geral, está na faixa de 100 kPa a 10 MPa, de preferência, de 110 a 500 kPa. A compressão é, de preferência, realizada após pelo menos secar parcialmente a lâmina de compósito, mais preferencialmente, durante ou após a etapa opcional de aplicar uma temperatura, enquanto a temperatura da lâmina está na faixa da temperatura de fusão da resina polimérica a 153 °C.

[0029] Em uma modalidade específica da invenção, uma compressão da lâmina de compósito pode ser alcançada colocando-se a lâmina impregnada durante ou após a etapa de impregnação ou a etapa de secagem parcial sob tensão em uma superfície curvada. A tensão nessa superfície curvada cria pressão entre as fibras e a superfície. O enrolamento de filamento é um processo de produção bem conhecido para compósitos, em que esse efeito ocorre, e pode ser vantajosamente aplicado em combinação com a presente invenção.

[0030] A invenção também se refere à lâmina de compósito produzida de acordo com o processo inventivo. Tal compósito compreende fibras de HPPE montadas e uma resina polimérica, em que a resina polimérica é um homopolímero ou copolímero de etileno e/ou propileno, em que a resina polimérica tem uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, uma temperatura de fusão na faixa de 40 a 140 °C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g. Tal lâmina de compósito é submetida às modalidades preferenciais e vantagens potenciais, conforme discutido acima ou abaixo em relação ao presente método inventivo, enquanto que as modalidades preferenciais para o compósito se aplicam potencialmente, e vice-versa, ao método inventivo.

[0031] De preferência, a lâmina de compósito compreende pelo menos uma rede das fibras. Por rede, quer-se dizer que as fibras são dispostas em configurações de diversos tipos, por exemplo, um pano tecido ou de malha, um pano não tecido com uma orientação aleatória ou ordenada das fibras, uma disposição de matriz paralela também conhecida como disposição de UD unidirecional, em camadas ou formada em um pano por qualquer uma dentre uma variedade de técnicas convencionais. De preferência, as ditas lâminas compreendem pelo menos uma rede das ditas fibras. Mais preferencialmente, as ditas lâminas compreendem uma pluralidade de redes das fibras. Tais redes podem ser compostas em vestimentas resistentes ao corte, por exemplo, luvas e também em produtos antibalísticos, por exemplo, artigos resistentes à balística, vestimentas, capacetes, radomes e lona. Portanto, a invenção também se refere a tais artigos.

[0032] Uma modalidade preferencial da presente invenção se refere a uma lâmina de compósito que contém mais de 75 % em peso de UHMWPE, de preferência, mais de 80 % em peso de UHMWPE e, com máxima preferência, mais de 85 % em peso UHMWPE, em que a % em peso é expressa como massa de UHMWPE para a massa total da lâmina de compósito. Em uma modalidade ainda preferencial, o UHMWPE presente na lâmina de compósito é compreendido nas fibras de HPPE da dita lâmina de compósito.

[0033] Em uma modalidade preferencial, a lâmina de compósito contém pelo menos uma monocamada produzida de acordo com o processo inventivo. O termo monocamada se refere a uma camada de fibras. Em uma modalidade preferencial adicional, a monocamada é uma monocamada unidirecional. O termo monocamada unidirecional se refere a uma camada de fibras orientadas de modo unidirecional, isto é, fibras que são essencialmente orientadas em paralelo. Em ainda outra modalidade preferencial adicional, a lâmina de compósito é lâmina de compósito de múltiplas camadas, que contém uma pluralidade de monocamadas unidirecionais, a direção das fibras em cada monocamada de preferência é girada em um determinado ângulo em relação à direção das fibras em uma monocamada adjacente. De preferência, o ângulo é pelo menos 30°, mais preferencialmente, pelo menos 45°, ainda mais preferencialmente, pelo menos 75°, com máxima preferência, o ângulo é cerca de 90°. Os artigos de compósito em múltiplas camadas se mostraram muito úteis em aplicações de balística, por exemplo, proteção para o corpo, capacetes, painéis de proteção duros e flexíveis, painéis para blindagem de veículo e similares. Portanto, a invenção também se refere a artigos resistentes à balística como aqueles enumerados acima no presente documento que contém as lâminas de compósito inventivas. De preferência, a lâmina formada por agregação de fibras de HPPE é selecionada a partir da lista que consiste em um pano tecido, um pano não tecido, um pano em malha, uma camada de fibras orientadas de modo unidirecional, uma torção cruzada de fibras orientadas de modo unidirecional ou combinação dos mesmos.

[0034] Outra modalidade da invenção se refere a uma lâmina de compósito, que pode ser usada como uma lâmina resistente à balística, que compreende pelo menos uma, de preferência, pelo menos 2 monocamadas compostas de fibras orientadas de modo unidirecional (UD) e a resina polimérica. De preferência, a direção de fibra em cada monocamada é girada em relação à direção de fibra em uma monocamada adjacente. Diversas monocamadas podem ser pré-montadas antes de seu uso como lâmina resistente à balística. Para esse propósito, um conjunto de 2, 4, 6, 8 ou 10 monocamadas podem ser empilhadas de modo que a direção de fibra em cada monocamada seja girada em relação à direção de fibra em uma monocamada adjacente, seguida por consolidação. A consolidação pode ser realizada pelo uso de pressão e temperatura para formar uma lâmina pré-montada ou sublâmina. A pressão para consolidação, em geral, está na faixa de 0,1 a 10 MPa (1 a 100 bar) enquanto a temperatura durante a consolidação tipicamente está na faixa de 60 a 140 °C.

[0035] A lâmina de compósito pode compreender adicionalmente um chamado filme de separação, ou lâmina de cobertura, que é um filme polimérico com uma espessura de, de preferência, de 1 a 20 micrômetros, mais preferencialmente, de 2 a 10 micrômetros. O filme de separação pode compreender polietileno, especialmente, polietileno de peso molecular ultra-alto, polietileno de densidade baixa, polipropileno, poliéster ou policarbonato termoplástico. Com máxima preferência, filmes orientados de modo biaxial produzidos a partir de polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno ou policarbonato são usados como filmes de separação. De preferência, filmes de separação são empregados em combinação com resinas de módulo baixo para lâminas de compósito em aplicações suaves de balística.

[0036] Em uma modalidade preferencial, o peso, ou densidade de área, da lâmina de compósito que compreende pelo menos uma monocamada de UD, incluindo o peso das fibras e material-matriz é tipicamente pelo menos 25 g/m2, algumas vezes, de 30 a 300 g/m2, como de 30 a 280 g/m2. De acordo com algumas modalidades, o peso ou densidade de área da monocamada é de 40 a 150 g/m2.

[0037] A lâmina de compósito da invenção é muito adequada para uso em artigos de balística suave, como vestimentas resistentes a projétil. Um uso alternativo da lâmina de compósito da invenção é em artigos moldados resistentes à balística ou comprimidos, como painéis e, especialmente, painéis e artigos curvados, por exemplo, insertos, capacetes, radomes.

[0038] A aplicação de uma suspensão polimérica aquosa, em que a resina polimérica presente na dita suspensão é de acordo com as modalidades descritas acima é fornecer produtos com propriedades aprimoradas. O uso de uma suspensão aquosa de uma resina polimérica como um material aglutinante para fibras de HPPE, em que a resina polimérica é um homopolímero ou copolímero de etileno e/ou propileno, em que a resina polimérica tem uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, um pico de temperatura de fusão na faixa de 40 a 140°C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g é, consequentemente, uma modalidade adicional da presente invenção.

[0039] É importante que a resina de poliolefina da suspensão amacie ou se funda em temperaturas mais elevadas. Até o momento, tais suspensões não foram aplicadas em combinação com fibras de HPPE. Surpreendentemente, as mesmas fornecem desempenho aprimorado em diversos produtos, especialmente, produtos que compreendem fibras de UHMWPE orientadas.

[0040] A combinação de uma fibra de HPPE orientada com polímeros de poliolefina é descrita no documento EP2488364, em que a fusão do polímero de poliolefina é empregada para fornecer uma lâmina flexível, mas forte. No entanto, tais produtos contêm quantidades substanciais de resina de poliolefina ou fornecem uma umidificação/distribuição inadequada da resina através de toda a estrutura de HPPE. Os produtos, como descrito no documento EP2488364, são substancialmente diferentes daqueles preparados de acordo com o método de acordo com a presente invenção, dentre outros, devido aos métodos e produtos atualmente apresentados, a distribuição da resina polimérica é através de todas as lâminas que fornece propriedades mecânicas aprimoradas. Além disso, a impregnação da estrutura de fibra de HPPE ocorre em temperaturas substancialmente baixas e na ausência de solventes de hidrocarboneto que podem evitar alterações das fibras de HPPE e/ou suas superfícies. Após a impregnação, a água é removida e o restante da suspensão está presente em uma quantidade inferior. A suspensão pode conter pelo menos um ingrediente ativo de superfície como tensoativo iônico ou não iônico.

[0041] As lâminas que compreendem fibras de HPPE revestidas com um polímero que tem cristalinidade de etileno ou propileno também são descritas no documento EP0091547, em que fibras de mono ou multifilamentos são tratadas em altas temperaturas com soluções do polímero em solventes de hidrocarboneto em uma concentração de até 12 g/l. No entanto, através de tal tratamento a quente de solvente, as fibras podem conter quantidades residuais do solvente de hidrocarboneto empregado que afeta negativamente as propriedades de fibra. Além disso, o tratamento da fibra de HPPE em temperatura alta com um solvente de hidrocarboneto pode afetar as propriedades estruturais das fibras, especialmente através de difusão do solvente de hidrocarboneto e/ou polímero nos filamentos de HPPE. A interface fibra-polímero pode ser modificada por desbaste parcial e dissolução do HPPE que pode afetar, dentre outros, a interface, bem como as propriedades de volume das fibras de HPPE. Em contraste, o presente processo pode ser realizado em temperatura ambiente e empregar um não solvente para o HPPE, isto é, água. Consequentemente, as fibras e as lâminas de compósito produzidas pelo processo da presente invenção podem ter uma melhor retenção das propriedades estruturais das fibras de HPPE. As fibras também podem apresentar uma estrutura de superfície diferente, dentre as quais, uma interface de revestimento de HPPE mais bem identificada em comparação com as fibras tratadas em temperatura alta com um solvente de hidrocarboneto visto que nenhum solvente de hidrocarboneto e/ou polímero pode ser disperso na fibra de HPPE. Além disso, o processo e os produtos descritos no documento EP0091547 são limitados pela quantidade de polímero presente nas soluções de hidrocarboneto e, consequentemente, aplicados às fibras de HPPE. As soluções são limitadas por suas viscosidades crescentes e altas quantidades de revestimento de polímero apenas podem ser aplicadas por repetição da operação de revestimento.

[0042] Um campo preferencial de aplicação da lâmina de compósito da invenção é no campo de artigos antibalísticos, como proteções. A função de uma proteção é dupla, a mesma deve parar projéteis rápidos, e deve realizar essa função com uma deformação mínima ou tamanho da marca de impacto. Foi supreendentemente observado que o tamanho da marca de impacto é pequeno, se as lâminas de compósito produzidas de acordo com a presente invenção forem usadas na proteção. Em outras palavras, a característica de face posterior é pequena. Tal proteção é especialmente adequada para carcaças de capacete de combate, devido ao fato de que as mesmas mostram característica de face posterior reduzidas em interrupção de projéteis reduzindo, desse modo, traumas no crânio humano e cérebro após ser atingido por um projétil interrompido.

[0043] A invenção será adicionalmente explicada pelos exemplos e experimento comparativo a seguir, no entanto, primeiro os métodos usados na determinação dos diversos parâmetros úteis na definição da presente invenção são apresentados doravante. MÉTODOS Dtex: titulação do fio ou do filamento foi medida ponderando-se 100 metros de fio ou filamento, respectivamente. A dtex do fio ou filamento foi calculada dividindo-se o peso (expresso em miligramas) por 10; Calor de fusão e pico de temperatura de fusão foram medidos de acordo com métodos padrão de DSC ASTM E 794 e ASTM E 793, respectivamente, em uma taxa de aquecimento de 10K/min para a segunda curva de aquecimento e realizados com nitrogênio em uma amostra desidratada. A densidade da resina polimérica é medida de acordo com ISO 1183. IV: A Viscosidade Intrínseca é determinada de acordo com método ASTM D1601(2004) a 135 °C em decalina, em que o tempo de dissolução é de 16 horas, com BHT (Hidroxitolueno Butilado) como antioxidante em uma quantidade de 2 g/l de solução, extrapolando-se a viscosidade, conforme medido em concentrações diferentes para concentração zero. Propriedades de tração de fibras de HPPE: a resistência à tração (ou resistência) e o módulo de tração (ou módulo) são definidos e determinados nos fios multifilamento, conforme especificado em ASTM D885M, com o uso de um comprimento de medidor nominal da fibra de 500 mm, uma velocidade de cruzeta de 50 %/min e garras Instron 2714, do tipo “Fibre Grip D5618C”. Com base na curva de tensão- deformação medida, o módulo é determinado como o gradiente entre 0,3 e 1 % de deformação. Para o cálculo do módulo e resistência, as forças de tração medidas são divididas pelo título, conforme determinado acima; os valores em GPa são calculados considerando-se uma densidade de 0,97 g/cm3 para o HPPE. Propriedades de tração de fibras que têm um formato similar à fita: resistência à tração, módulo de tração e alongamento em quebra são definidos e determinados a 25 °C em fitas de uma largura de 2 mm, conforme especificado em ASTM D882, com o uso de um comprimento útil nominal da fita de 440 mm, uma velocidade de tração de 50 mm/min. Resistência à tração e módulo de tração em quebra da resina de poliolefina foram medidos de acordo com ISO 527-2. Número de ramificações olefínicas por milhares de átomos de carbono foi determinado por FTIR em um filme moldado por compressão de 2 mm de espessura quantificando- se a absorção a 1375 cm-1 com o uso de uma curva de calibragem com base em medições de RMN como, por exemplo, no documento EP 0 269 151 (em particular, página 4 do mesmo). Densidade de área (AD) de um painel ou lâmina foi determinada medindo-se o peso de uma amostra de, de preferência, 0,4 m x 0,4 m com um erro de 0,1 g. A densidade de área de uma fita foi determinada medindo-se o peso de uma amostra de, de preferência, 1,0 m x 0,1 m com um erro de 0,1 g. MATERIAIS

[0044] A suspensão 1 foi adquirida junto à Dow Chemical company sob o nome comercial de HYPOD1000 e é uma suspensão aquosa de poliolefina de 56 % em peso com picos de fusão a 51 °C e 139 °C e um calor de fusão de 28 J/g.

[0045] A suspensão 2 foi adquirida junto à Michelman sob o nome comercial de Michem® Prime 5931 e é uma suspensão de 28 % em peso de uma poliolefina modificada por acrilato (com um pico de fusão a 78 °C e um calor de fusão de 29 J/g) em água.

[0046] A suspensão 3 foi produzida extrudando-se uma mistura de um plastômero (Queo 0210, comercialmente disponível junto à Borealis, com uma densidade de 0,902 g/cm3, um ponto pico de fusão de 95 °C e um calor de fusão de 120 J/g) e um tensoativo (Synperonic® F 108 adquirido junto à SIGMA-ALDRICH) em uma razão de peso de 7 a 3 em 100 °C mediante adição de água. O teor de resina na suspensão foi determinado como sendo 40 % em peso.

[0047] A suspensão 4 era uma suspensão de poliuretano comercialmente disponível em água.

Exemplos 1 a 3 e Experimentos Comparativos A e B:

[0048] A fita de UHMWPE orientada foi produzida de acordo com o processo de pó em estado sólido do documento EP1627719. As fitas de uma espessura de 65 μm foram cortadas ao longo de sua direção de orientação (extraindo) para uma largura de 20 mm. 2 fitas de 20 x 200 mm2 (12) e uma peça retangular de 10 x 20 mm2 (14) foram preparadas (Figura 1A) respeitando as orientações de fita (122) e (124) conforme representado, para montagem posterior, conforme mostrado na Figura 1B. A montagem é de modo que a direção de orientação (142) da peça retangular (14) seja perpendicular à direção de orientação (122) das outras 2 fitas (12). Essa diferença de direção de orientação é escolhida, devido ao fato de que empilhamento perpendicular é típico para proteção e fornece mais valores críticos de adesão em comparação com espécimes com orientações alinhadas.

[0049] As amostras testadas foram preparadas por revestimento por pincel nas futuras superfícies de contato das amostras de fita (12) e (14) com suspensões 1 a 3, que evaporam substancialmente a água da suspensão sob condições ambientes durante 20 minutos após montar as peças individuais de acordo com a Figura 1b e pressionar a área de contato com uma placa de metal plana a 139 °C e uma massa de 5 kg durante 30 segundos. Dois Experimentos Comparativos A e B foram preparados de uma maneira idêntica com suspensão 4 e nenhuma suspensão, respectivamente.

[0050] As amostras de teste obtidas foram testadas em temperatura ambiente e a 70 °C e foram presas em uma máquina de teste Zwick Z010 e carregadas até a fratura no sentido da direção de orientação das fitas (122). As amostras sem suspensão falharam durante a operação de preensão cuidadosa e não puderam ser testadas.

[0051] As amostras preparadas com a suspensão de poliolefina mostram uma resistência ao cisalhamento substancialmente aprimorada em comparação com a amostra de teste com o PUR ou sem suspensão.

Exemplo 4:

[0052] Um material de lâmina de proteção fibroso foi produzido impregnando-se uma camada unidirecional de fibras Dyneema® 1760 SK76 com uma suspensão de poliolefina preparada mesclando-se suspensão 1 em uma razão 1:1 com água. Após secagem, a densidade de área da camada unidirecional foi 65 g/m2 com uma razão de fibra para resina de 82:18. Quatro tais camadas unidirecionais foram torcidas de modo cruzado em uma sequência 0° 90° 0° 90° e consolidadas durante 30 segundos em uma pressão de 3 MPa (30 bar) e uma temperatura de 115 °C. Uma lâmina torcida de modo cruzado resultante, sem filmes protetores adicionais, teve uma densidade de área de 260 g/m2. As lâminas foram muito robustas e permitiram manuseio e empilhamento fácil para produzir capacetes, placas, proteções balísticas duras. Exemplo 5:

[0053] Uma pilha de 28 lâminas do Exemplo 4 foi produzida e pressionada em um formato de capacete em um molde de extração profunda com uma lacuna de 7 mm. O pressionamento foi realizado durante 30 minutos a 16,5 MPa (165 bar) e 135 °C. A pressão foi mantida durante o resfriamento até que a temperatura estivesse abaixo de 80 °C. Os capacetes foram reduzidos para conformação e submetidos a testes de tiro com projéteis Parabellum de 9 mm com uma velocidade de 430 metros por segundo. Os testes foram realizados com o teste Headform de Penetração de Balística NIJ, Modelo 100_00_HNME de acordo com N.I.J. O padrão 0106.01 para testes de penetração de balística com o uso de argila Herbin Sueu Plastiline. Dois capacetes foram produzidos e cada capacete foi submetido a quatro tiros. A profundidade média dos quatro tiros de cada capacete foi determinada.

Experimento Comparativo C:

[0054] 2 capacetes adicionais foram produzidos e testados de acordo com o exemplo 5 com a diferença de que Dyneema® HB26, disponível junto à DSM Dyneema, foi usado. HB26 tem uma densidade de área de 264 g/m2, com um teor de matriz de poliuretano de cerca de 18 % em peso.

[0055] A profundidade de traumas de tiro foi medida na argila. Os resultados são apresentados na tabela abaixo para cada capacete:

[0056] As profundidades de trauma dos capacetes do Exemplo 5 são menores que aquelas do experimento comparativo C. A média de redução observada de cerca de 1,4 mm de profundidade de trauma é um aprimoramento significativo para capacetes de combate.

Exemplo 6:

[0057] As fitas dos Exemplos 1 foram cortadas em peças quadradas de 40x40 cm2. As fitas foram umedecidas aspergindo-se as mesmas com cerca de 40 ml/m2 de suspensão 1 diluída com água para um teor sólido de 4 % em peso. 74 fitas foram secas e empilhadas em uma sequência alternativa 0o 90o para uma densidade de área total de 4,89 kg/m2. As pilhas foram pressionadas durante 45 minutos em uma temperatura de 120 °C e uma pressão de 16,5 MPa (165 bar). As pilhas foram resfriadas sob pressão até uma temperatura de 80 oC ter sido alcançada e, então, removidas da prensa. Experimento Comparativo D:

[0058] O Exemplo 6 foi repetido empilhando-se 75 fitas sem a suspensão diluída 1, resultando em uma pilha comprimida com uma densidade de área de 4,89 kg/m2.

[0059] As pilhas comprimidas do exemplo 6 e Experimento Comparativo D foram submetidas a testes de tiro com Projéteis de Simulação de Fragmento de 1,1 gramas. A velocidade dos projéteis foi escolhida de modo que uma parte dos mesmos tenha sido perfurada e uma parte dos mesmos tenham sido interrompidos medindo, desse modo, a faixa da velocidade crítica. A velocidade atual dos projéteis interrompidos foi registrada e a largura da área delaminada das localizações de interrupção correspondentes foi medida. As velocidades médias de interrupção e largura de traumas são apresentadas na tabela abaixo:

[0060] A diferença na velocidade de interrupção foi pequena e, provavelmente, de significância não estatística. No entanto, a diferença na largura de traumas é significativa. Mesmo após a normalização em relação à velocidade de interrupção, os traumas nos painéis, de acordo com a invenção, são menores. A redução na largura de traumas nas placas de proteção é importante levando em consideração o desempenho de múltiplos impactos visto que largura de traumas pequena reduz a chance de um segundo impacto atingir uma localização pré-danificada. A coerência das placas de proteção após sofrer o impacto é melhor. Exemplo 7

[0061] Um pano Dyneema® com uma densidade de área de 163 gramas/m2 foi umedecido com uma suspensão de poliolefina 1. Um corante preto foi adicionado à suspensão antes aplicar o mesmo ao pano. Após a secagem, uma lâmina flexível hermética robusta foi obtida com boa impregnação das fibras. A razão de fibra para poliolefina da lâmina foi 0,88 (47 % em peso de fibras). Uma inspeção em corte transversal do pano impregnado confirmou que a suspensão de poliolefina seca estava presente em todo o pano e, especialmente, em todos os feixes de fio. Impregnar pano de UHMWPE orientado alcançou boa impregnação em alto teor de fibra e, desse modo, boas propriedades mecânicas em densidade de área baixa.

Experimento Comparativo E

[0062] Uma lâmina de lona flexível produzida a partir do mesmo pano Dyneema®, conforme usado no Exemplo 7, mas que emprega um método de processo de impregnação por fusão, conforme descrito no documento WO201104321. A razão de fibra para poliolefina da lâmina foi 0,37 (27 % em peso de fibras). Uma inspeção em corte transversal do pano impregnado E mostrou quantidade substancial de lacunas e impregnação não homogênea do pano.

Exemplo 8

[0063] O material de lâmina de proteção fibroso flexível foi produzido impregnando-se uma camada unidirecional de fibras Dyneema® 1760 SK76 com uma diluição 1:1 de suspensão 1 com água. Após secagem, a densidade de área da camada unidirecional foi 33 g/m2 com uma razão de fibra para resina de 82:18. As camadas unidirecionais foram torcidas de modo cruzado em uma sequência 0° 90° 0° 90°, ensanduichadas entre duas folhas metálicas de polietileno de baixa densidade com uma espessura de 7 micrômetros e moldadas por compressão durante 2 minutos em uma pressão de 3 MPa (30 bar) e uma temperatura de 115 °C. A lâmina flexível para aplicações suaves de balística com uma densidade de área de 146 g/m2 foi obtida.

[0064] As lâminas flexíveis foram empilhadas para formar uma proteção balística suave que foi comparada com proteção balística similar, mas com o uso de lâminas de proteção Dyneema® SB21 comercialmente disponíveis que têm um aumento em comparação com aquelas, de acordo com a invenção, com a diferença de que a matriz é um sistema de borracha estirênica não cristalina (Experimento Comparativo F).

[0065] O desempenho de balística da construção de pilhas das lâminas do Exemplo 8 e do Comparativo F provaram ser equivalentes. No entanto, testes de descolamento mostraram que a resistência ao descolamento das lâminas de acordo com exemplo 8 é substancialmente maior aquela de SB21. Além disso, as lâminas inventivas do exemplo 8 tiveram dispersão inferior (desvio padrão) da resistência ao descolamento. Isso significa que o risco de baixa ligação local e delaminação é inferior para as lâminas de acordo com a invenção. Os testes de descolamento são realizados descolando-se camadas inferiores e superiores, de modo que a 2° e 3° camada sejam separadas. Os resultados dos testes de descolamento estão abaixo.

Exemplo 9

[0066] Um material de lâmina de proteção fibroso foi produzido impregnando-se uma camada unidirecional de fibras Dyneema® 880 SK99 com suspensão 2. Após secagem, a densidade de área da camada unidirecional foi 33 g/m2 com uma razão de fibra para resina de 83:17. Duas de tais camadas unidirecionais foram empilhadas em uma sequência 0° 90° e laminadas. Desse modo, resultando em um laminado torcido de modo cruzado com uma densidade de área de 66 g/m2. As lâminas foram razoavelmente robustas e permitiram o manuseio e empilhamento fácil para produzir placas de proteção de balística duras.

[0067] As placas de proteção foram produzidas empilhando-se acima e torcidas de modo cruzado de tal maneira que sequências 0° 90° sempre ocorram. As pilhas foram produzidas em uma densidade de área total de 14 kg/m2. Essas pilhas foram pressionadas a 16,5 MPa (165 Bar), em uma temperatura de 135 °C durante 30 minutos. De modo subsequente, as mesmas foram resfriadas sob pressão a 80 °C antes da prensa ter sido aberta. Os painéis obtidos foram cortados em pedaços de 0,2 m x 0,2 m.

[0068] Os espécimes de 0,2 m x 0,2 m foram submetidos ao teste de balística, colocando-se os mesmos na frente de uma placa de aça dura com uma espessura de 7 mm que tem um orifício central com um diâmetro de 0,14 m. De modo subsequente. Os espécimes foram alvejados com um projétil Nato Ball DM111 (obtido junto à Metallwerk Elisenhütte GmbH, Artigo número 231007) em uma velocidade de 840 m/s. Todos os projéteis foram interrompidos. A deformação dos espécimes foi medida com o uso de uma câmera de alta velocidade no lado posterior, em que foi permitido que a proteção fosse deformada através do orifício na placa de aço. Adicionalmente, o deslocamento final foi medido após os testes.

Experimentos Comparativos F e G

[0069] O processo do Exemplo 9 foi repetido com a única diferença de que as camadas unidirecionais foram tratadas com dois revestimentos comerciais que compreendem uma resina PUR e SEBS para os Experimentos Comparativos F e G, respectivamente.

[0070] Os resultados são resumidos abaixo. Para o exemplo 9 e o Exp. Comp. G, diversos espécimes foram testados e são relatados separadamente. Apesar dos resultados de teste aprimorados terem observado que os painéis produzidos com lâminas de acordo com a invenção não mostraram delaminação das lâminas não perfuradas, enquanto que diversos painéis dos exemplos comparativos F e G delaminaram e as bordas de lâmina foram, em geral, empurradas através do orifício da placa de aço.

Claims (15)

1. Método para fabricar uma lâmina de compósito que compreende fibras de polietileno que possuem uma tenacidade de pelo menos 1,0 N/tex e uma resina polimérica caracterizado por compreender as etapas de: a) fornecer fibras de polietileno que possuem uma tenacidade de pelo menos 1,0 N/tex; b) montar as fibras de polietileno para formar uma lâmina; c) aplicar uma suspensão aquosa de resina polimérica às fibras de polietileno antes, durante ou após a montagem; d) secar pelo menos parcialmente a suspensão aquosa de resina polimérica aplicada na etapa c), para obter uma lâmina de compósito, mediante finalização das etapas a), b), c) e d); e) aplicar, opcionalmente, uma temperatura na faixa da temperatura de fusão da resina a 153°C à lâmina da etapa c) antes, durante e/ou após a etapa d) para fundir pelo menos parcialmente a resina polimérica; e f) aplicar, opcionalmente, uma pressão à lâmina de compósito antes, durante e/ou após a etapa e) para compactar pelo menos parcialmente a lâmina de compósito, em que a resina polimérica compreende um polímero funcionalizado que é um copolímero de etileno e/ou propileno com um monômero etilenicamente insaturado que compreende um grupo carboxílico ácido ou um derivado do mesmo, e em que a referida resina polimérica possui uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, um pico de temperatura de fusão na faixa de 40 a 140°C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as fibras de polietileno serem selecionadas a partir da lista que consiste em fitas, filamentos e fibras descontínuas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as fibras de polietileno serem preparadas por um processo de fiação por fusão, um processo de fiação de gel ou processo de compactação de pó em estado sólido.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a concentração de resina polimérica na suspensão aquosa estar entre 4 e 60% em peso, de preferência, entre 5 e 50% em peso, com máxima preferência, entre 6 e 40% em peso, em que a porcentagem em peso é o peso de resina polimérica suspensão aquosa. no peso total de

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por as fibras de polietileno possuírem uma tenacidade de pelo menos 1,5 N/tex, mais preferencialmente, de pelo menos 1,8 N/tex.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por as fibras de polietileno compreenderem polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE), de preferência, as fibras de polietileno consistirem substancialmente em UHMWPE.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a quantidade de resina polimérica na lâmina de compósito estar entre 1 e 25% em peso, de preferência, entre 2 e 20% em peso, com máxima preferência, entre 4 e 18% em peso, em que a porcentagem em peso é o peso de resina polimérica no peso total da lâmina de compósito.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a densidade da resina polimérica estar na faixa de 870 a 920 kg/m3, de preferência, de 875 a 910 kg/m3.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o pico da temperatura de fusão estar na faixa de 50 a 130°C, de preferência, na faixa de 60 a 120°C.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o calor de fusão ser pelo menos 10 J/g, de preferência, pelo menos 15 J/g, mais preferencialmente, pelo menos 20 J/g, ainda mais preferencialmente, pelo menos 30 J/g e, com máxima preferência, pelo menos 50 J/g.

11. Lâmina de compósito obtida conforme o método definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 caracterizada por compreender fibras de polietileno montadas e uma resina polimérica, em que a resina polimérica compreende um polímero funcionalizado que é um copolímero de etileno e/ou propileno com monômero etilenicamente insaturado que compreende um grupo ácido carboxílico ou derivados do mesmo, em que a resina polimérica possui uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, uma temperatura de fusão na faixa de 40 a 140°C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g.

12. Lâmina de compósito, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por a lâmina ser selecionada a partir da lista que consiste em um pano tecido, um pano não tecido, um pano em malha, uma camada de fibras orientadas de modo unidirecional, uma torção cruzada de fibras orientadas de modo unidirecional ou combinação dos mesmos.

13. Lâmina de compósito, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada por conter pelo menos 75% em peso de UHMWPE, em que a porcentagem em peso é o peso de UHMWPE no peso total da lâmina de compósito.

14. Artigo caracterizado por compreender a lâmina de compósito, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 13, em que o artigo é resistente à balística, um capacete, um radome ou uma lona.

15. Uso de uma suspensão aquosa de uma resina polimérica como um material aglutinante para fibras de polietileno que possuem uma tenacidade de pelo menos 1,0 N/tex caracterizado por a resina polimérica compreender um polímero funcionalizável que é um copolímero de etileno e/ou propileno com um monômero etilenicamente insaturado que compreende um grupo ácido carboxílico ou um derivado do mesmo, em que a resina polimérica possui uma densidade, medida de acordo com o ISO1183, na faixa de 860 a 930 kg/m3, um pico de temperatura de fusão na faixa de 40 a 140°C e um calor de fusão de pelo menos 5 J/g.

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