BRPI0616521A2

BRPI0616521A2 - camada de rede de fibras, artigo flexìvel resistente à penetração, artigo flexìvel de resistência balìstica e método para a formação de uma rede de fibras

Info

Publication number: BRPI0616521A2
Application number: BRPI0616521-4A
Authority: BR
Inventors: Minshon J Chiou
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2011-06-21
Also published as: CN101389796B; US20100143683A1; WO2008016363A2; JP2009504941A; CN101389796A; EP1945844A2; KR101290449B1; WO2008016363A3; CA2615398C; KR20080034501A; CA2615398A1

Abstract

CAMADA DE REDE DE FIBRAS, ARTIGO FLEXìVEL RESISTENTE à PENETRAçãO, ARTIGO FLEXIVEL DE RESISTêNCIA BALìSTICA E MéTODO PARA A FORMAçãO DE UMA REDE DE FIBRAS. A presente invenção refere-se a uma camada de rede de fibras para o uso em artigos resistentes à penetração que possui uma primeira pluralidade de fios e uma segunda pluralidade de fios, cada um, do primeiro e segundo fio são arranjados em uma primeira direção paralela ou substancialmente paralela ao outro primeiro e segundo fio, e uma terceira pluralidade de fios, cada um do terceiro fio é arranjado em uma segunda direção paralela ou substancialmente paralela ao outro terceiro fio; a segunda direção transversal à primeira direção. O terceiro fio e ou primeiro fio e ou o segundo fio são feitos de um primeiro polímero. Cada um do primeiro, segundo e terceiro fio possui uma tenacidade de pelo menos 15 g/dtex. As camadas são tais que (i) o segundo fio é feito de um segundo polímero que é diferente do primeiro polímero, ou (ii) o primeiro fio possui uma densidade linear média diferente da densidade linear média do segundo fio, ou (iii) o primeiro e o segundo fio compreendem fios multifilamentares com filamentos e os filamentos do primeiro fio possuem uma densidade linear média diferente dos filamentos do segundo fio, ou (iv) suas combinações.

Description

"CAMADA DE REDE DE FIBRAS, ARTIGO FLEXÍVEL RESISTENTE ÀPENETRAÇÃO, ARTIGO FLEXÍVEL DE RESISTÊNCIA BALÍSTICA EMÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA REDE DE FIBRAS"

Pedidos Relacionados

O presente pedido de patente reivindica o benefício do Pedido dePatente Provisório número 60/707200, depositado em 10 de Agosto de 2005 eo Pedido de Patente Provisório número 60/720898, depositado em 27 deSetembro de 2005, as descrições dos quais são incorporados no presentecomo referência em sua totalidade.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma camada de rede de fibraspara o uso em artigos resistentes à penetração e a artigos que contêm uma oumais de tais camadas.

Antecedentes da Invenção

Os relatórios indicam que coletes antibalísticos feitos de 100% detecidos de poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol)(tecidos PBO) podem exibir ummelhor desempenho balístico do que os tecidos convencionais. Entretanto, ostecidos de PBO são muito caros e são de uso limitado para algumas aplicaçõesde segurança.

Diversas construções de tecido são bem conhecidas para osmateriais anti-balísticos. É conhecido, por exemplo, o uso de diferentescamadas onde uma primeira camada é construída de fibras de um primeiropolímero e uma segunda camada é construída de fibras de um polímerodiferente.

Também é conhecido que as fibras de dois polímeros podem serutilizadas em uma única camada. O pedido de patente CA 1.034.842, porexemplo, ensina os tecidos de proteção de entrelaçado múltiplo tecido em umentrelaçado assimétrico utilizando as fibras de trama e urdidura depropriedades dissimilares. Outro pedido publicado, pedido de patente CA2.313.995 ensina uma trama onde duas fibras adjacentes em ambas a trama ea urdidura são de materiais diferentes.

A patente US 6.155.306 ensina tecidos a prova de balasmultifilamentares que podem possuir uma urdidura possuindo fibras depolietileno e uma trama compreendendo fibras de aramida. A patente US6.610.619 ensina tecidos com dobras transversais multicamadas com umprimeiro conjunto de fios onde a razão da densidade linear do primeiro conjuntode fios para o segundo conjunto de fios é superior a 4,2. A patente US5.180.880 ensina um colete flexível que possui uma combinação de materiaisdissimilares onde os fios da urdidura são de aramida e o fio de preenchimentoé de um material termoplástico. O pedido de patente EP 310.199 (A1) ensinatecidos à prova de balas com materiais diferentes nas direções da urdidura edo preenchimento. A patente US 5.187.003 ensina um tecido antibalístico ondeas fibras na direção do preenchimento possuem uma maior elongação àquebra do que as fibras na direção da urdidura.

Apesar destes avanços, há uma necessidade por coletes desegurança de alto desempenho e leves.

Descrição Resumida da Invenção

A presente invenção está direcionada a uma camada de rede defibras para o uso em artigos resistentes à penetração que compreende:

- uma primeira pluralidade de fios e uma segunda pluralidade defios, cada um do primeiro e segundo fio disposto em uma primeira direçãoparalela ou substancialmente paralela a outro primeiro e segundo fio; e

- uma terceira pluralidade de fios, cada um do terceiro fio dispostoem uma segunda direção paralela ou substancialmente paralela ao outroterceiro fio, a segunda direção transversal à primeira direção, o terceiro fio e ouo primeiro fio ou o segundo fio feitos de um primeiro polímero;em que cada um do primeiro, segundo e terceiro fio possui umatenacidade de pelo menos 15 g/dtex (de preferência, de 20 a 45 g/dtex emalgumas realizações), e

em que (i) o segundo fio é feito de um segundo polímero que édiferente do primeiro polímero, ou (ii) o primeiro fio possui uma densidadelinear média diferente da densidade linear média do segundo fio, ou (iii) oprimeiro e o segundo fio compreendem fios multifilamentares com filamentos eos filamentos do primeiro fio possuem uma densidade linear média diferentedos filamentos do segundo fio, ou (iv) suas combinações,

Em algumas realizações preferidas, a camada de rede de fibrascompreende ainda uma quarta pluralidade de fios, cada um do quarto fiodisposto na segunda direção paralela ou substancialmente paralela ao terceirofio em que (i) o quarto fio é feito do segundo polímero ou um terceiro polímero,ou (ii) o terceiro fio possui uma densidade linear média diferente da densidadelinear média do quarto fio, ou (iii) o terceiro e o quarto fio compreende fiosmultifilamentares com filamentos e os filamentos do terceiro fio possuem umadensidade linear média diferente dos filamentos do quarto fio, ou (iv) suascombinações.

Em certas realizações, o primeiro fio compreende pelo menos35% [de preferência, de 40 a 60% em algumas realizações] do número total defios na primeira direção, e

o segundo fio compreende pelo menos 35% [de preferência, de40 a 60% em algumas realizações] do número total de fios na primeira direção.

Em algumas realizações, todas as fibras na segunda direção sãoda terceira pluralidade de fios.

Em algumas redes de fibras, a camada de rede de fibras possuiuma densidade regional de não mais do que 10 kg/m2. Em algumasrealizações, a densidade regional é, de preferência, de 2 a 8 kg/m .Em certos aspectos da presente invenção, cada um do primeiro,segundo e terceiro fio possui uma elongação à quebra de pelo menos 2% (depreferência, de 2,5% a 10% em algumas realizações) e um módulo deelasticidade de pelo menos 150 g/dtex (de preferência, de 250 a 2.000 emalgumas realizações).

Certas camadas são tais que cada um do primeiro, segundo eterceiro fio possui uma tenacidade de pelo menos 15 g/den (de preferência,pelo menos 20 g/den em algumas realizações). Em outras realizações, acamada de rede de fibras possui pelo menos um do primeiro, segundo eterceiro fio possuindo uma tenacidade de pelo menos 30g/den. Em algumasrealizações, a tenacidade é, de preferência, de pelo menos 35 g/den.

Algumas camadas possuem pelo menos um do primeiro, segundoe terceiro fio possuindo uma tenacidade de pelo menos 30 g/den e umadensidade de pelo menos 1,6 g/cm3.

Em algumas realizações, o segundo fio é feito de um segundopolímero que é diferente do primeiro polímero.

Em certas realizações, o primeiro fio possui uma densidade linearmédia diferente da densidade linear média do segundo fio. Em algumasrealizações, o primeiro e o segundo compreendem fios multifilamentares comfilamentos do primeiro fio possuindo uma densidade linear média diferente dosfilamentos no segundo fio.

Em alguns aspectos, a presente invenção refere-se a umacamada de rede de fibras onde o primeiro e o terceiro fio são feitos do primeiropolímero e possuem substancialmente a mesma densidade linear média, e osfilamentos do primeiro e terceiro fios possuem substancialmente a mesmadensidade linear média.

Em algumas camadas, cada um do primeiro, segundo e terceirofio possui uma densidade linear média de 100 a 5.000 decitex. Em algumasrealizações, a densidade linear é, de preferência, de 220 a 3.300 decitex. Emcertas camadas, o primeiro, segundo e terceiro fio possuem uma densidadelinear de 0,1 a 10 decitex. Em certas realizações, os fios são, de preferência,de 0,2 a 5,5 decitex.

Algumas camadas da presente invenção que compreendem osfilamentos do primeiro, segundo e terceiro fios são filamentos contínuos, fibratêxtil descontínua ou ambos.

Em algumas realizações, o primeiro e o segundo fio estãodispostos em uma seqüência alternada.

O primeiro e o segundo polímero, em algumas realizações, sãoselecionados a partir do grupo que consiste em poliamida, poliolefina,polibenzoxazol, polibenzotiazol, poli{2,6-diimidazo[4,5-b4', 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno}, poliareneazóis, polipiridazóis, polipiridobisimidazóis esuas misturas. Em certas realizações, o primeiro polímero é o poli(tereftalamidade p-fenileno).

Algumas camadas da presente invenção são tais que o primeirofio, o segundo fio e o terceiro fio são tecidos, não tecidos ou um arranjounidirecional sobrepostos de maneira ortogonal em um arranjo unidirecional.

A presente invenção também se refere a um artigo flexívelresistente à penetração que compreende uma pluralidade de camadas de redede fibras conforme descrito no presente. Alguns artigos resistentes àpenetração flexíveis possuem uma densidade regional de 2 a 12 kg/m2. Certosartigos possuem pelo menos uma camada das camadas de tecido sendoimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resinatermoestável, uma resina termoplástica ou suas misturas.

A presente invenção adicionalmente também se refere a umartigo flexível de resistência balística que compreende uma pluralidade decamadas de tecido possuindo dois tipos diferentes de fios dispostos em umaseqüência alternada em ambas a direções da urdidura e do preenchimento do tecido.

Em algumas realizações, a presente invenção também se refereao método de redes de fibra de tecelagem. Em uma realização, um métodopara a fabricação de uma camada de rede de fibras compreende:

- tecer uma primeira pluralidade de fios e uma segundapluralidade de fios, cada um do primeiro e do segundo fio dispostos em umaprimeira direção paralela ou substancialmente paralela aos outros primeiro esegundo fios;

- com uma terceira pluralidade de fios, cada um do terceiro fioestá disposto em uma segunda direção paralela ou substancialmente paralelaao outro terceiro fio, a segunda direção transversal à primeira direção, oterceiro fio e ou o primeiro fio ou o segundo fio são feitos de um primeiropolímero,

em que:

- cada um do primeiro, segundo e terceiro fio possuindo umatenacidade de pelo menos 15 g/dtex, e

- (i) o segundo fio é feito de um segundo polímero que é diferentedo primeiro polímero, ou (ii) o primeiro fio possui uma densidade linear médiadiferente da densidade linear média do segundo fio, ou (iii) o primeiro e osegundo fio compreendem fios multifilamentares com filamentos e osfilamentos do primeiro fio possuem uma densidade linear média diferente dosfilamentos do segundo fio, ou (iv) suas combinações.

Em algumas realizações preferidas, o método compreende aindaa tecelagem de uma quarta pluralidade de fios, cada um do quarto fio dispostona segunda direção paralela ou substancialmente paralela ao terceiro fio

- em que (i) o quarto fio é feito do segundo polímero ou umterceiro polímero, ou (ii) o terceiro fio possui uma densidade linear médiadiferente da densidade linear média do quarto fio, ou (iii) o terceiro e o quartofio compreendem fios multifilamentares com filamentos e os filamentos doterceiro fio possuem uma densidade linear média diferente dos filamentos doquarto fio, ou (iv) suas combinações.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 mostra uma trama possuindo um primeiro e umsegundo fio em uma primeira direção e um terceiro fio em uma segundadireção.

A Figura 2 mostra uma trama possuindo um primeiro e umsegundo fio em uma primeira direção e um terceiro e um quarto fio em umasegunda direção.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção pode ser entendida mais facilmente comreferência à seguinte descrição detalhada das realizações ilustrativas e preferidasque formam uma parte desta descrição. Deve ser entendido que o escopo dasreivindicações não está limitado às invenções, métodos, condições ou parâmetrosespecíficos descritos e/ou mostrados no presente, e que a terminologia utilizadano presente é para o propósito de descrever as realizações particulares apenascomo meio de exemplo e não pretende-se limitar a presente invenção reivindicada. Do mesmo modo, conforme utilizado no presente relatório descritivo,incluindo as reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma", "a" e "o"incluem o plural e a referência a um valor numérico particular inclui pelo menosaquele valor particular, a menos que o contexto expresse claramente o contrário.Quando um intervalo de valores é expresso, outra realização inclui a partir de um valor particular e/ou ao outro valor particular. De modo análogo, quando os valoressão expressos como aproximações, pelo uso de antecedente "cerca de", deve serentendido que o valor particular forma outra realização. Todos os intervalos sãoinclusivos e combináveis.Os compósitos e artigos resistentes à penetração da presenteinvenção incluem, de preferência, uma pluralidade de camadas fibrosas quesão feitas a partir de fibras poliméricas.

Para os propósitos do presente, o termo "fibra" é definido comoum corpo macroscopicamente homogêneo e relativamente flexível quepossui uma elevada razão de comprimento a largura através de sua área deseção transversal perpendicular ao seu comprimento. A seção transversalda fibra pode ser de qualquer formato, mas é tipicamente redonda. As fibraspodem estar presentes na forma não revestida, revestida ou tratadapreviamente de outra maneira (por exemplo, estirado previamente ou tratadopor calor). No presente, o termo "filamento" é utilizado intercambiavelmentecom o termo "fibra".

Conforme definido no presente, "fio" se refere a um comprimentocontínuo de duas ou mais fibras, em que a fibra é conforme definida nopresente.

Para os propósitos do presente, "tecido" refere-se a qualquerestrutura tecida, tricotada ou não tecida. Por "tecida" entende-se qualquertrama de tecido, tal como, trama simples, trama curta, trama em cesta,trama acetinada, trama cruzada e similares. Por "tricotada" entende-seuma estrutura produzida pelo entrelaçamento ou intertrama de uma oumais extremidades, fibras ou fios multifilamentares. Por "não tecido"entende-se uma rede de fibras, incluindo as fibras unidirecionais, feltro esimilares.

As camadas fibrosas podem assumir diversas configuraçõesincluindo, mas não limitadas a, tecidos tricotados ou tecidos ou estruturasnão tecidas. Por não tecido entende-se uma rede de fibras, incluindo aunidirecional (se contida dentro de uma matriz de resina), feltro e similares.Por tecido entende-se qualquer trama de tecido, tal como, trama simples,trama curta, trama em cesta, trama acetinada, trama cruzadas e similares.Acredita-se que a trama simples seja a trama mais comum utilizada nomercado.

Em algumas realizações preferidas, o tecido é feito ao tecer umapluralidade de fios.

A densidade regional da camada de tecido é determinada pelamedida do peso de cada camada única de tamanho selecionado, por exemplo,10 cm χ 10 cm. A densidade regional da estrutura compósita é determinadapela soma das densidades regionais das camadas individuais.

O denier (den) é determinado de acordo com a norma ASTM D1577 e é a densidade linear de uma fibra conforme expresso como peso emgramas de 9.000 metros de fibra.

A tenacidade é determinada de acordo com a norma ASTM D 885e é o máximo ou a tensão de quebra de uma fibra conforme expresso comogramas por denier (g/den).

Uma ampla variedade de resinas termoestáveis e termoplásticase suas misturas são bem conhecidas no estado da técnica anterior e podemser utilizadas como o material matriz. Por exemplo, as resinas termoplásticaspodem compreender um ou mais de poliuretano, poliimida, polietileno,poliéster, poliéter étercetona, poliamida, policarbonato e similares. As resinastermoestáveis podem ser uma ou mais resinas com base em epóxi, resina combase em poliéster, resina com base fenólica e similares, de preferência, umaresina fenólica polivinilbutiral. As misturas podem ser qualquer combinação deresinas termoplásticas e de resinas termoestáveis.

Uma lista representativa de fibras apropriadas para a presenteinvenção inclui as fibras de poliamida, fibras de poliolefina, fibras depolibenzoxazol, fibras de polibenzotiazol, fibras de poli{2,6-diimidazo[4,5-b4',5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno} (PIPD), ou suas misturas. Depreferência, as fibras são feitas de fibras de poii{2,6-diimidazo[415-b4',5'-e]piridinileno-1,4(2,5-diidróxi)fenileno} (PIPD).

Quando o polímero é a poliamida, a aramida é preferida. Por"aramida" entende-se a uma poliamida em que pelo menos 85% dasligações de amida (-CONH-) estão unidas diretamente a dois anéisaromáticos. As fibras de aramida são descritas em Man Made Fibers -Science and Technology, volume 2, Seção intitulada Fiber FormingAromatic Polyamides, pág 297, W. Black et ai, Interscience Publishers,1968. As fibras de aramida são, também, descritas nas patentes US4,172.938, US 3.869.429, US 3.819.587, US 3.673.143, US 3.354.127 e US3.094.511. Os aditivos podem ser usados com a aramida e foi revelado queaté tanto quanto 10% em peso de um outro material polimérico pode sermisturado com a aramida ou que podem ser usados copolímeros quetenham tanto quanto 10% de uma outra diamina substituída em lugar dadiamina da aramida ou tanto quanto 10% de um outro cloreto de diácidosubstituído em lugar do cloreto de diácido da aramida.

A aramida preferida é a para-aramida e a para-aramidapreferida é o poli(tereftalamida de p-fenileno) (PPD-T). Por PPD-T1 indica-se o homopolímero resultante da polimerização aproximadamente mol pormol de p-fenileno diamina e cloreto de tereftaloíla, bem como copolímerosresultantes da incorporação de pequenas quantidades de outras diaminascom a p-fenileno diamina e de pequenas quantidades de outros cloretosdiácidos com o cloreto de tereftaloíla. Como regra geral, outras diaminas eoutros cloretos diácidos podem ser utilizados em quantidades de até cercade 10% em mol da p-fenileno diamina ou do cloreto de tereftaloíla ou talvezlevemente mais altas, desde que apenas as outras diaminas e cloretosdiácidos não contenham grupos reativos que interferem na reação depolimerização. O PPD-T também indica copolímeros resultantes daincorporação de outras diaminas aromáticas e outros cloretos diácidosaromáticos, tais como, por exemplo, o cloreto de 2,6-naftaloíla ou cloretode cloro ou diclorotereftaloíla ou 3,4'-diaminodifeniléter.

Quando o polímero é a poliolefina, o polietileno ou opolipropileno são preferidos. Por polietileno, entende-se um material depolietileno predominantemente linear, de preferência, com peso molecularsuperior a um milhão que pode conter quantidades pequenas deramificação de cadeias ou comonômeros, sem exceder 5 unidades demodificação por 100 átomos de carbono da cadeia principal e que também pode conter misturados a eles, não mais de cerca de 50% em peso de umou mais aditivos poliméricos, tais como polímeros de 1-alqueno, emparticular, polietileno de baixa densidade, propileno e similares, ou aditivoscom baixo peso molecular, tais como antioxidantes, lubrificantes, agentesde seleção ultravioleta, corantes e similares que são comumente incorporados. Isso é comumente conhecido como polietileno de cadeiaestendida (ECPE). De forma similar, o polipropileno é um material depolipropileno predominantemente linear, de preferência, com pesomolecular superior a um milhão. As fibras de poliolefina lineares comelevado peso molecular estão disponíveis comercialmente. A preparação das fibras de poliolefina é discutida na Patente US 4.457.985.

O polímero de poliarenoazol pode produzido pela reação de umamistura de ingredientes secos com uma solução de ácido fosfórico (PPA). Osingredientes secos podem compreender os monômeros formadores de azóis epós metálicos. Bateladas perfeitamente pesadas destes ingredientes podemser obtidas através do emprego de pelo menos algumas das realizaçõespreferidas da presente invenção.

Os monômeros formadores de azóis modelo incluem o 2,5-dimercapto-p-fenileno diamina, ácido tereftálico, bis-(ácido 4-benzóico),oxi-bis-(ácido 4-benzóico), ácido 2,5-diidroxitereftálico, ácido isoftálico,ácido 2,5-piridodicarboxílico, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,6-quinolinodicarboxílico, 2,6-bis-(4-carbóxifenil) piridobisimidazol, 2,3,5,6-tetraaminopiridina, 4,6-diaminoresorcinol, 2,5-diaminohidroquinona, 1,4-diamino-2,5-ditiobenzeno, ou qualquer de suas combinações. Depreferência, os monômeros formadores de azóis incluem o 2,3,5,6-tetraaminopiridina e o ácido 2,5-diidroxitereftálico. Em certas realizações,é preferível que os monômeros formadores de azóis sejam fosforilados.De preferência, os monômeros formadores de azóis fosforilados sãopolimerizados na presença do ácido polifosfórico e do catalisadormetálico.

Os pós metálicos podem ser empregados para auxiliar naconstrução do peso molecular do polímero final. Os pós metálicos incluemtipicamente o pó de ferro, pó de estanho, pó de vanádio, pó de cromo equalquer combinação dos mesmos.

Os monômeros formadores de azóis e os pós metálicos sãomisturados e então a mistura é reagida com o ácido polifosfórico para formaruma solução de polímero de poliarenoazol. O ácido polifosfórico adicional podeser adicionado à solução polimérica caso desejado. A solução polimérica étipicamente extrudada ou fiada através de um molde ou uma fieira parapreparar ou fiar o filamento.

O polibenzoxazol (PBO) e o polibenzotiazol (PBZ) são dois polímerosapropriados. Estes polímeros estão descritos no documento WO 93/20400. Opolibenzoxazol e o polibenzotiazol são, de preferência, constituídos deunidades repetitivas das seguintes estruturas:

<formula>formula see original document page 13</formula><formula>formula see original document page 14</formula>

Enquanto os grupos aromáticos mostrados unidos ao átomo denitrogênio podem ser heterocíclicos, eles são, de preferência, carbocíclicos; eenquanto eles podem ser sistemas policíclicos fundidos ou não fundidos, elessão, de preferência, anéis únicos de seis membros. Enquanto o grupomostrado na cadeia principal dos bis-azóis é o grupo de p-fenileno preferido, ogrupo pode ser substituído por qualquer grupo orgânico divalente que nãointerfere na preparação do polímero, ou por nenhum grupo. Por exemplo,aquele grupo pode ser alifático até doze átomos de carbono, tolileno,bifenileno, bis-fenileno éter e similares.

O polibenzoxazol e o polibenzotiazol utilizados para fabricarfibras da presente invenção devem possuir pelo menos 25 e, depreferência, pelo menos 100 unidades de repetição. A preparação dospolímeros e a fiação daqueles polímeros estão descritas no documentomencionado acima WO 93/20400.

A fibra M5 é apropriada para o uso na presente invenção. Esta fibraestá baseada no poli[diimidazo piridinileno (diidróxi) fenileno], As fibras de M5 sãoconhecidas por possuírem um módulo médio de cerca de 310 GPa e umatenacidade média de até cerca de 5,8 GPa. As fibras M5 foram descritas por Brewet ai, Composites Science and Technology 1999, 59, 1109; Van der Jagt andBeukers, Polymer 1999, 40, 1035; Sikkema, Polymer 1998, 39, 5981; Klop andLammers, Polymer, 1998, 39, 5987; Hageman et ai, Polymer 1999, 40, 1313.

Uma camada laminada é definida como uma rede de fibrasimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resina termoestável etermoplástica, ou suas misturas. Cada camada adiciona espessura e peso à estruturacompósita, reduzindo assim a sua flexibilidade, sua vestibilidade e seu conforto.Portanto, os números de camadas foram selecionados tal que a estrutura compósitatotal é designada e utilizada para proteger contra uma ameaça específica.

As camadas podem ser mantidas juntas ou unidas de qualquermaneira, tal como, ao serem costuradas juntas ou elas podem ser sobrepostas juntase mantidas, por exemplo, em um envelope de tecido ou veículo. As camadas queformam as seções podem ser sobrepostas separadamente e unidas, ou toda apluralidade de camadas podem ser sobrepostas e unidas como uma unidade única.As camadas também podem ser mantidas juntas pela matrizpolimérica compreendendo uma resina termoestável ou termoplástica, ou suasmisturas. Uma ampla variedade de resinas termoestáveis e termoplásticas esuas misturas são bem conhecidas no estado da técnica anterior e podem serutilizadas como o material matriz. Por exemplo, as resinas termoplásticaspodem compreender um ou mais de poliuretano, poliimida, polietileno,poliéster, poliéter étercetona, poliamida, policarbonato e similares. As resinastermoestáveis podem ser uma ou mais resinas com base em epóxi, resina combase em poliéster, resina com base fenólica e similares, de preferência, umaresina fenólica polivinilbutiral. As misturas podem ser qualquer combinação deresinas termoplásticas e de resinas termoestáveis. A proporção de materialmatriz em cada camada é de cerca de 10% a cerca de 80% em peso dacamada, de preferência, de 20% a 60% em peso da camada.

Diversas quantidades de absorvedores ultravioleta ou estabilizantespodem ser adicionadas às camadas de fibra ou laminadas para absorver a radiaçãoultravioleta e dissipá-la como energia térmica. Os absorvedores de UV agem aoproteger as camadas de fibra ou laminadas da luz UV, enquanto os estabilizantesUV agem ao retirar os radicais intermediários formados no processo de foto-oxidação para melhorar a vida útil das camadas de fibra ou laminadas quandoexpostas à luz UV. Os exemplos de absorvedores de UV incluem a benzofenona ouo benzotriazol da Ciba Specialty Chemicals.

Na Figura 1, uma trama possuindo um primeiro e um segundo fioem uma primeira direção e um terceiro fio em uma segunda direção érepresentada. Nesta ilustração, o primeiro e segundo fio são substancialmenteparalelos e transversais à direção do terceiro fio.

Métodos de Teste

Os seguintes métodos de teste foram utilizados nos seguintes Exemplos.Densidade Linear

A densidade linear de um fio ou fibra é determinada ao pesar umcomprimento conhecido de um fio ou fibra com base nos procedimentosdescritos na norma ASTM D1907-97 e D885-98. Decitex ou "dtex" é definidocomo o peso, em gramas, de 10.000 metros do fio ou fibra.

Densidade Regional

Penetração de Resistência Balística

Os testes V50 Balísticos dos painéis multi-camadas foram realizadasde acordo com o Padrão NIJ - 0101.04 Ballistic Resistance of Personal BodyArmor,publicado em setembro de 2000. Este teste descreve apenas o uso de 9 mm, mas foiutilizado o mesmo teste com balas 9 mm e também 0.357.

Exemplos

A presente invenção será agora ilustrada pelos seguintesexemplos específicos. Todas as partes e porcentagens estão em peso, salvoindicações em contrário. Os Exemplos preparados de acordo com o processoou processos da presente invenção estão indicados por valores numéricos. OControle ou os Exemplos Comparativos estão indicados por letras.

Preparação ε Teste dos Exemplos

Nos seguintes exemplos, uma pluralidade de camadas de tecido comdiversas combinações de fios de aramida e polibenzoxazol (PBO) em ambas asdireções da urdidura e do preenchimento foram preparadas. O fio de aramida foicomercializado pela Ε. I. Du Pont de Nemours and Company sob a marcaregistrada de Kevlar® A aramida era o poli(tereftalamida de p-fenileno). O fio depolibenzoxazol (PBO) foi comercializado pela Toyobo Co., Ltda, sob a marcaregistrada de Zylon® Os compósitos de uma pluralidade de camadas de tecidoforam testados em relação à penetração de resistência balística. Os painéisbalísticos de 40,6 cm2 (16 pol2) foram construídos para cada teste, em que todas ascamadas de tecido foram costuradas ao redor das extremidades e foram costuradas adicionalmente de forma diagonal com pontos cruzados. Diversos tecidos diferentesfeitos a partir de fios de vários materiais e fios de densidades lineares diferentesforam testados em várias densidades regionais entre 3,7 e 6,0 kg/m .

Exemplo 1

No Exemplo 1, 44 camadas de tecidos foram tecidas a partir de440 dtex de Kevlar® 129 e 550 dtex de fios de Zylon® dispostos em umaseqüência alternada, isto é, um fio de Kevlar®/ um fio de Zylon®/ um fio deKevlar®/ um fio de Zylon®, em ambas as direções da urdidura e dopreenchimento em uma trama simples a 10,2 extremidades por centímetro euma densidade regional de cerca de 4,7 kg/m .

Exemplo Comparativo A

No Exemplo Comparativo A, 44 camadas de tecidos foramproduzidas com 550 dtex de fios de Zylon® na direção da urdidura a 9,8extremidades por centímetro e 440 dtex de fio Kevlar® 129 na direção dopreenchimento a 11,0 extremidades por centímetro em uma trama simples euma densidade regional de cerca de 4,7 kg/m .

Exemplo Comparativo BNo Exemplo Comparativo B, 44 camadas de tecidos foramproduzidas com 440 dtex de fio Kevlar® 129 na direção da urdidura a 11,0extremidades por centímetro e 550 dtex de fios de Zylon® na direção dopreenchimento a 9,8 extremidades por centímetro em uma trama simples euma densidade regional de cerca de 4,7 kg/m .

As camadas de tecidos no Exemplo 1 e nos ExemplosComparativos AeB foram testadas para o V50 balístico versus balas de 9 mme 0,357. Os resultados dos testes balísticos, mostrados na Tabela 1, indicamque os resultados de V50 para os artigos da presente invenção conformemostrado no Exemplo 1 foram significativamente maiores do que o V50 doartigo dos Exemplos Comparativos A e B. Em resumo, os artigos da presenteinvenção mostraram uma melhora no V50 balístico de cerca de 3% a 8% emcomparação ao artigo dos Exemplos Comparativos AeB.

Tabela 1

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Exemplo 2

No Exemplo 2, 35 camadas de tecidos foram tecidas a partir de440 dtex de Kevlar® 129 e 550 dtex de fios de Zylon® dispostos em umaseqüência alternada em ambas as direções da urdidura e do preenchimentoem uma trama simples a 10,2 extremidades por centímetro e uma densidaderegional de cerca de 3,7 kg/m2.

Exemplo Comparativo C

No Exemplo Comparativo C, 35 camadas de tecidos foramproduzidas com 550 dtex de fios de Zylon® na direção da urdidura a 9,8extremidades por centímetro e 440 dtex de fio Kevlar® 129 na direção dopreenchimento a 11,0 extremidades por centímetro em uma trama simples euma densidade regional de cerca de 3,7 kg/m .

Exemplo Comparativo D

No Exemplo Comparativo D, 35 camadas de tecidos foramproduzidas com 440 dtex de fio Kevlar® 129 na direção da urdidura a 11,0extremidades por centímetro e 550 dtex de fios de Zylon® na direção dopreenchimento a 9,8 extremidades por centímetro em uma trama simples euma densidade regional de cerca de 3,7 kg/m2.

As camadas de tecidos no Exemplo 2 e nos ExemplosComparativos CeD foram testadas para o V50 balístico versus balas de 9 mme 0,357 mag. Os resultados dos testes balísticos, mostrados na Tabela 2,indicam que os resultados de V50 para os artigos da presente invençãoconforme mostrado no Exemplo 2 foram significativamente maiores do que oV50 do artigo dos Exemplos Comparativos CeD.

Tabela 2

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Exemplo 3

No Exemplo 3, 36 camadas de tecidos foram tecidas a partir de1.110 dtex de Kevlar® 129 e 1.110 dtex de fios de Zylon® dispostos em umaseqüência alternada em ambas as direções da urdidura e do preenchimentoem uma trama simples a 7,5 extremidades por centímetro e uma densidaderegional de cerca de 6,0 kg/m2.

Exemplo Comparativo ENo Exemplo Comparativo E, 36 camadas de tecidos foramproduzidas com 1.110 dtex de fios de Zylon® na direção da urdidura a 7,5extremidades por centímetro e 1.110 dtex de fios de Kevlar® 129 na direção dopreenchimento a 7,5 extremidades por centímetro em uma trama simples euma densidade regional de cerca de 6,0 kg/m .

As camadas de tecidos no Exemplo 3 e no Exemplo Comparativo Eforam testadas para o V50 balístico versus balas de 9 mm e 0,357 mag. Osresultados dos testes balísticos, mostrados na Tabela 3, indicam que os resultados deV50 para os artigos da presente invenção conforme mostrado no Exemplo 3 foramsignificativamente maiores do que o V50 do artigo do Exemplo Comparativo E.

Tabela 3

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Exemplo 4

No Exemplo 4, as estruturas dos Exemplos de 1 a 3 podem serreplicadas com uma fibra selecionada a partir de poliareneazóis, polipiridazóis,polipiridobisimidazol ou qualquer de suas combinações em vez da fibra deKevlar®.

Exemplo 5

No Exemplo 5, as estruturas dos Exemplos de 1 a 3 podem serreplicadas com uma fibra selecionada a partir de poliareneazóis, polipiridazóis,polipiridobisimidazol ou qualquer de suas combinações em vez da fibra deZylon®.

Enquanto a presente invenção tenha sido descrita em conjunto com asrealizações preferidas nas Figuras, deve ser entendido que outras realizaçõessimilares podem ser utilizadas ou modificações e adições podem ser realizadas àrealização descrita para desempenhar a mesma função da presente invenção sem sedesviar da mesma. Portanto, a presente invenção não deve estar limitada a qualquerrealização única, mas de certa forma interpretada de maneira ampla e no escopo deacordo com a recitação das reivindicações em anexo.

Todas as patentes e publicações descritas no presente estãoincorporadas como referência em sua totalidade.

Claims

1. CAMADA DE REDE DE FIBRAS, para o uso em artigosresistentes à penetração caracterizada pelo fato de que compreende:- uma primeira pluralidade de fios e uma segunda pluralidade defios, cada um do primeiro e segundo fio disposto em uma primeira direçãoparalela ou substancialmente paralela a outro primeiro e segundo fio;- uma terceira pluralidade de fios, cada um do terceiro fio dispostoem uma segunda direção paralela ou substancialmente paralela ao outroterceiro fio, a segunda direção transversal à primeira direção, o terceiro fio e ouo primeiro fio ou o segundo fio feitos de um primeiro polímero; ecada um do primeiro, segundo e terceiro fio possui umatenacidade de pelo menos 15 g/dtex, eem que (i) o segundo fio é feito de um segundo polímero que édiferente do primeiro polímero, ou (ii) o primeiro fio possui uma densidadelinear média diferente da densidade linear média do segundo fio, ou (iii) oprimeiro e o segundo fio compreendem fios multifilamentares com filamentos eos filamentos do primeiro fio possuem uma densidade linear média diferentedos filamentos do segundo fio, ou (iv) suas combinações.

2. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que compreende ainda:uma quarta pluralidade de fios, cada um do quarto fio disposto nasegunda direção paralela ou substancialmente paralela ao terceiro fio,em que (i) o quarto fio é feito do segundo polímero ou um terceiropolímero, ou (ii) o terceiro fio possui uma densidade linear média diferente dadensidade linear média do quarto fio, ou (iii) o terceiro e o quarto fiocompreendem fios multifilamentares com filamentos e os filamentos do terceirofio possuem uma densidade linear média diferente dos filamentos do quarto fio,ou (iv) suas combinações.

3. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que:o primeiro fio compreende pelo menos 35% do número total defios na primeira direção, eo segundo fio compreende pelo menos 35% do número total defios na primeira direção.

4. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que:o terceiro fio compreende pelo menos 25% do número total defios na segunda direção, eo quarto fio compreende pelo menos 25% do número total de fiosna segunda direção.

5. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a camada de rede de fibra possui umadensidade regional superior a 10 kg/m2.

6. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que cada um do primeiro, segundo, terceiro e quartofio possui uma elongação à quebra de pelo menos 2% e um módulo deelasticidade de pelo menos 150 g/dtex.

7. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o segundo fio é produzido de um segundopolímero que é diferente do primeiro polímero.

8. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o primeiro fio possui uma densidade linearmédia diferente da densidade linear média do segundo fio.

9. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo fio compreendem fiosmultifilamentares com filamentos e os filamentos do primeiro fio possuem umadensidade linear média diferente dos filamentos do segundo fio.

10. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que:o primeiro e o terceiro fio são produzidos de um primeiropolímero, possuem a mesma densidade linear média e os filamentos doprimeiro e terceiro fio possuem a mesma densidade linear média, eo segundo e o quarto fio são produzidos de um segundopolímero, possuem a mesma densidade linear média e os filamentos dosegundo e do quarto fio possuem a mesma densidade linear média.

11. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que os filamentos do primeiro, segundo, terceiro equarto fio possuem uma densidade linear de 0,1 a 10 decitex.

12. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo fio estão dispostos emuma seqüência alternada.

13. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato de que o terceiro e o quarto fio estão dispostos em umaseqüência alternada.

14. CAMADA DE REDE, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que primeiro e o segundo polímero são selecionadosa partir do grupo que consiste em poliamida, poliolefina, polibenzoxazol,polibenzotiazol, poli {2,6-diimidazo [4,5-b4',5'-e] piridinileno-1,4 (2,5-diidróxi)fenileno}, poliareneazóis, polipiridazóis, polipiridobisimidazóis e suas misturas.

15. ARTIGO FLEXÍVEL RESISTENTE À PENETRAÇÃO,caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de camadas derede de fibras conforme descritas na reivindicação 1.

16. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o artigo possui uma densidade regional de 2 a 12 kg/m .

17. ARTIGO FLEXÍVEL DE RESISTÊNCIA BALÍSTICA,caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de camadas detecido possuindo dois tipos diferentes de fios dispostos em uma seqüênciaalternada em ambas a direções da urdidura e do preenchimento do tecido.

18. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que pelo menos uma camada das ditas camadas de tecido éimpregnada com uma matriz polimérica que compreende uma resinatermoestável, uma resina termoplástica ou suas misturas.

19. MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA REDE DEFIBRAS, caracterizado pelo fato de que compreende:- tecer uma primeira pluralidade de fios e uma segundapluralidade de fios, cada um do primeiro e do segundo fio dispostos em umaprimeira direção paralela ou substancialmente paralela aos outros primeiro esegundo fios; com- com uma terceira pluralidade de fios, cada um do terceiro fioestá disposto em uma segunda direção paralela ou substancialmente paralelaao outro terceiro fio, a segunda direção transversal à primeira direção, oterceiro fio e ou o primeiro fio ou o segundo fio são feitos de um primeiropolímero, e- cada um do primeiro, segundo e terceiro fio possuindo umatenacidade de pelo menos 15 g/dtex,- em que (i) o segundo fio é feito de um segundo polímero que édiferente do primeiro polímero, ou (ii) o primeiro fio possui uma densidadelinear média diferente da densidade linear média do segundo fio, ou (iii) oprimeiro e o segundo fio compreendem fios multifilamentares com filamentos eos filamentos do primeiro fio possuem uma densidade linear média diferentedos filamentos do segundo fio, ou (iv) suas combinações.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que compreende ainda:- a tecelagem de uma quarta pluralidade de fios, cada um doquarto fio disposto na segunda direção paralela ou substancialmente paralelaao terceiro fio,- em que (i) o quarto fio é feito do segundo polímero ou umterceiro polímero, ou (ii) o terceiro fio possui uma densidade linear médiadiferente da densidade linear média do quarto fio, ou (iii) o terceiro e o quartofio compreendem fios multifilamentares com filamentos e os filamentos doterceiro fio possuem uma densidade linear média diferente dos filamentos doquarto fio, ou (iv) suas combinações.