BRPI0620761A2 - material com resistência balìstica, artigo com resistência balìstica, e método de produção de um material com resistência balìstica - Google Patents

Abstract

MATERIAL COM RESISTêNCIA BALìSTICA, ARTIGO COM RESISTêNCIA BALìSTICA, E MéTODO DE PRODUçãO DE UM MATERIAL COM RESISTêNCIA BALìSTICA São providos laminados de tecido com resistência balística. Mais particularmente, são providos compósitosreforçados, com resistência balística e com resistência à deslaminação. Os materiais e artigos com resistência balística e resistência à deslaminação podem ser reforçados mediante utilização de diversas técnicas, incluindo a costura de um ou mais painéís com resistência balística utilizando um fio de alta resistência, derretimento das bordas de um painel com resistência balística para reforço de áreas que possam ter sido esgarçadas durante procedimentos de recorte convencionais, envolvimento de um ou mais painéis com um ou mais invólucros fibrosos tecidos ou não tecidos, e combinações destas técnicas. Os painéis com resistência balística e resistência à deslaminação podem incluir adicionalmente pelo menos uma placa rígida acoplada aos mesmos para aperfeiçoamento do desempenho de resistência balística.

Description

MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, ARTIGO COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a laminados de tecido possuindo excelentes propriedades de resistência balística. Mais particularmente, a invenção refere-se a compósitos resistentes a impactos balísticos, reforçados e resistentes a deslaminação.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ASSOCIADA

São conhecidos artigos com resistência balística contendo fibras de alta resistência que possuem excelentes propriedades contra projéteis deformáveis. Artigos tais como coletes à prova de balas, capacetes, painéis de veículos e elementos estruturais de equipamentos militares são tipicamente feitos de tecidos compreendendo fibras de alta resistência. As fibras de alta resistência convencionalmente utilizadas incluem fibras de polietileno, fibras de para-aramida tais como de poli(fenilenodiamina tereftalamida), fibras de grafite, fibras de nylon, fibras de vidro e similares. Para muitas aplicações, tais como coletes ou partes de coletes, as fibras podem ser utilizadas em um tecido de trama tecida ou tricotada. Para muitas das outras aplicações, as fibras são encapsuladas ou embutidas em um material matricial para formação de tecidos alternativamente rígidos ou flexíveis.

São conhecidas diversas construções com resistência balística que são úteis para a formação de artigos tais como capacetes, painéis de veículos e coletes. Por exemplo, as patentes norte-americanas números US 4.403.012, US 4.457.985, US 4.613.535, US 4.623.574, US 4.650.710, US 4.737.402, US 4.748.064, US 5.552.208, US 5.587.230, US 6.642.159, US 6.841.492, US 6.846.758, todas as quais são aqui incorporadas a título de referência, descrevem materiais compósitos com resistência balística que incluem fibras de alta resistência feitas de materiais tais como polietileno de peso molecular ultra-alto de cadeia estendida. Estes materiais compósitos apresentam diversos graus de resistência à penetração por impacto de alta velocidade de projéteis tais como balas, cápsulas, fragmentos oriundos de artefatos explosivos e similares.

Por exemplo, as patentes norte-americanas números US 4.623.574 e US 4.748.064 divulgam estruturas compósitas simples compreendendo fibras de alta resistência embutidas em uma matriz elastomérica. A patente norte-americana n° US 4.650.710 divulga um artigo de manufatura flexível compreendendo uma pluralidade de camadas flexíveis compreendidas por fibras de alta resistência de poliolefina de cadeia estendida ("Extendend Chain Polyolefin" - ECP) . As fibras da rede são revestidas com um material elastomérico de baixo módulo. As patentes norte-americanas de números US 5.552.208 e US 5.587.230 divulgam um artigo e um método para fabricação de um artigo compreendendo pelo menos uma rede de fibras de alta resistência e uma composição de matriz que inclui um éster vinilico e ftalato dialílico. A patente norte-americana n° US 6.642.159 divulga um material compósito rígido resistente a impactos possuindo uma pluralidade de camadas fibrosas que compreendem uma rede de filamentos disposta em uma matriz, com camadas elastoméricas entre as camadas fibrosas. 0 material compósito é unido a uma chapa dura para aumentar a proteção contra projéteis perfuradores de blindagem.

É bem conhecido que um pequeno projétil pontiagudo pode penetrar uma blindagem mediante deslocamento lateral das fibras sem chegar a quebrar as mesmas. Desta forma, a resistência à penetração balística é diretamente afetada pela natureza da rede de fibras. Por exemplo, fatores importantes que influenciam as propriedades de resistência balística incluem a estreiteza dé uma trama de fibras, a periodicidade dos cruzamentos em compósitos unidirecionais dispostos em camadas cruzadas, os valores Denier do fio da trama e da fibra, o atrito de fibra para fibra, as características da matriz e as forças de união interlaminares.

Um outro fator importante que afeta as propriedades de resistência balística consiste na capacidade do material com resistência balística para resistir à deslaminação. Nos painéis balísticos compósitos convencionais, o impacto de um projétil sobre as camadas de tecido balístico passa através de algumas das camadas enquanto as camadas de tecido circundantes são esforçadas ou esticadas, fazendo as mesmas rasgar-se ou se deslaminarem. Esta deslaminação pode ser limitada a uma pequena área, ou pode espalhar-se ao longo de uma grande área, diminuindo significativamente as propriedades de resistência .balística do material, e reduzindo sua capacidade para suportar o impacto de múltiplos projéteis. Essa deslaminação é também conhecida como resultante de corte de folhas de materiais com resistência balística em formatos ou tamanhos desejados, causando um esgarçamento das bordas recortadas, dessa forma comprometendo a estabilidade e as propriedades de resistência balística do material. Desta forma existe uma necessidade na técnica de resolver cada um destes problemas.

A presente invenção proporciona uma solução para estes problemas. A presente invenção proporciona artigos e materiais com resistência balística que são resistentes à deslaminação, que são reforçados por diversas técnicas, inclusive por costura de um ou mais painéis com resistência balística com utilização de um fio de alta resistência, fusão das bordas de um painel com resistência balística para reforço de áreas que foram esgarçadas durante os procedimentos convencionais de recorte, envolvimento de um ou mais painéis com um ou mais invólucros fibrosos tecidos ou não tecidos, e combinações destas técnicas. A invenção também proporciona um ou mais painéis com resistência balística incluindo uma ou mais placas rígidas acopladas aos mesmos para aumento do desempenho de resistência balística, que podem igualmente ser reforçados com uma ou mais das técnicas anteriormente mencionadas. A presente invenção apresenta um aperfeiçoamento relativamente à patente norte-americana n° US 5.545.455 que não descreve materiais reforçados através de fusão das bordas dos painéis, além de a patente n° US 5.545.455 também não descrever a incorporação de dois invólucros fibrosos que são aplicados em direções diferentes. A patente norte- americana também não ensina estruturas que incorporam filmes poliméricos externos sobre seus painéis, nem estruturas possuindo placas rígidas acopladas aos mesmos. Foi descoberto que artigos formados dos materiais aqui descritos apresentam excelentes propriedades de resistência à deslaminação e de resistência balística, que são particularmente mantidas após serem submetidos a esforços causados por múltiplos impactos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção proporciona um material com resistência balística compreendendo:

a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier

ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

b) um primeiro invólucro fibroso circundando o painel, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e

c)um segundo invólucro fibroso opcional circundando o painel, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

A invenção também proporciona um material com resistência balística compreendendo: a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

b) pelo menos uma placa rígida acoplada à superfície anterior do referido painel;

c) um primeiro invólucro fibroso circundando o painel, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e

d) um segundo invólucro fibroso opcional circundando o painel, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

A invenção proporciona adicionalmente um método de produção de um material com resistência balística, compreendendo:

a) formação de pelo menos um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

b) moIdagem do painel formando um artigo;

c) disposição circundante de um primeiro invólucro fibroso em torno do painel moldado, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e

d) disposição circundante opcional de um segundo invólucro fibroso em torno do painel moldado, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

A invenção proporciona ainda adicionalmente um método de produção de um material com resistência balística compreendendo:

a) formação de um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

b) moldagem do painel;

c) acoplamento de pelo menos uma placa rígida à superfície anterior do referido painel moldado;

d) disposição circundante de um primeiro invólucro fibroso em torno do painel moldado, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e e) disposição circundante opcional de um segundo invólucro fibroso em torno do painel moldado, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

A invenção também proporciona um material com resistência balística, compreendendo:

a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

em que uma ou mais bordas do referido painel são reforçadas mediante fusão de uma parte do referido painel na(s) referida(s) uma ou mais bordas;

b) um primeiro invólucro fibroso opcional circundando o painel, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e

c) um segundo invólucro fibroso opcional circundando o painel, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

A invenção proporciona adicionalmente um material com resistência balística compreendendo:

a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende:

i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e

ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras;

b) um primeiro invólucro fibroso circundando o painel, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e

c) um segundo invólucro fibroso circundando o painel, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A invenção proporciona compósitos de tecido possuindo propriedades aperfeiçoadas de resistência contra penetração balística e deslaminação. Para os propósitos da invenção, os materiais da invenção que possuem uma resistência superior contra penetração balística descrevem aquele°s que apresentam excelentes propriedades contra projéteis deformáveis.

Os materiais com resistência balística, bem como as estruturas e artigos de acordo com a presente invenção compreendem pelo menos um painel com resistência balística, preferencialmente mais de um painel em uma disposição empilhada. Cada painel com resistência balística possui uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que um painel de formato quadrilateral possui quatro bordas, um painel de formato triangular possui três bordas, etc. Cada painel compreende uma rede consolidada de fibras, e a rede consolidada de fibras compreende uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, com cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo. As fibras adequadas para uso neste caso são fibras de alta resistência e elevado módulo de tração possuindo uma tenacidade de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais. As fibras possuem uma composição de matriz sobre as mesmas, e a pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas são consolidadas com a referida composição de matriz para formação da rede consolidada de fibras. Dependendo da configuração, os painéis podem compreender adicionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras.

Cada painel distinto da invenção compreende uma rede de fibras consolidada de camada única em uma composição polimérica rígida ou elastomérica, cuja composição polimérica rígida ou elastomérica é aqui referida como uma composição de matriz. A rede consolidada de fibras compreende uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em empilhamento mútuo, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras revestidas com a referida composição de matriz e preferencialmente, porém não necessariamente, dispostas em um arranjo substancialmente paralelo, e as referidas camadas de fibras sendo consolidadas para formação da referida rede consolidada de camada única. A rede consolidada pode igualmente compreender uma pluralidade de fios que são revestidos com uma tal composição de matriz, formados em uma pluralidade de camadas e consolidados em um tecido.

Para os propósitos da presente invenção, uma "fibra" é um corpo alongado cuja dimensão de comprimento é muito maior que as dimensões transversais de largura e espessura. As seções transversais de fibras para utilização na presente invenção podem variar amplamente. Elas podem ter seções transversais circulares, planas ou oblongas. Desta forma, o termo fibra inclui filamentos, fitas, tiras e similares possuindo seções transversais regulares ou irregulares. As fibras podem ter também seções transversais de múltiplos lóbulos irregulares ou regulares possuindo um ou mais lóbulos regulares ou irregulares projetando-se do eixo geométrico linear ou longitudinal das fibras. É preferencial que as fibras tenham lóbulos únicos e possuam uma seção transversal substancialmente circular.

Conforme é aqui utilizado, um "fio" é uma trança de fibras interligadas. Um "arranjo" descreve um arranjo ordenado de fibras ou fios, e um "arranjo paralelo" descreve um arranjo paralelo ordenado de fibras ou fios. Uma "camada" de fibras descreve um arranjo planar de fibras ou fios tecidos ou não tecidos. Conforme é aqui utilizado, o termo "tecido" pode referir-se alternativamente a um material tecido ou não tecido. Uma "rede" de fibras assinala uma pluralidade de camadas de fibras ou fios em interligação. Uma rede de fibras pode ter diversas configurações. Por exemplo, as fibras ou fio podem ser formadas como um feltro ou de outra forma tecidos, não tecidos ou tricotados, ou formados em uma rede por qualquer outra técnica convencional. De acordo com uma configuração de rede consolidada particularmente preferencial, uma pluralidade de camadas de fibras são combinadas, em que cada camada de fibras compreende fibras alinhadas unidirecionalmente em um arranjo de tal forma que ficam substancialmente paralelas umas às outras ao longo de uma direção comum de fibras. Uma "rede consolidada" descreve portanto uma combinação consolidada de camadas de fibras com a referida composição de matriz. Conforme é aqui utilizada, uma estrutura de "camada única" refere-se a uma estrutura composta por uma ou mais camadas de fibras individuais que foram consolidadas ou unificadas em uma única estrutura unitária. O termo "consolidação" significa que o material de matriz e cada camada de fibras individual são combinados através de secagem, esfriamento, aquecimento, pressão ou uma combinação dos mesmos, para formação da referida camada unitária única.

Conforme é aqui utilizada, uma "fibra de alta resistência e elevado módulo de tração" é uma fibra que possui uma tenacidade preferencial de pelo menos cerca de 7 g/denier ou mais, um módulo de tração preferencial de pelo menos cerca de 150 g/denier ou mais, ambos conforme medidos de acordo com a norma ASTM D2256 e preferencialmente uma energia-até-quebrar de pelo menos cerca de 8 J/g ou mais.

Conforme é aqui utilizado, o termo "denier" refere-se à unidade de densidade linear, igual à massa em gramas por 9000 metros de fibra ou fio. Conforme é aqui utilizado, o termo "tenacidade" refere-se ao esforço de tração expressado como força (gramas) por unidade de densidade linear (denier) de um espécime não submetido a esforço. O "módulo inicial" de uma fibra é a propriedade de um material que representa sua resistência à deformação. 0 termo "módulo de tração" refere-se à razão da alteração de tenacidade, expressa em gramas-força por denier (g/d) para a alteração de esforço, expressa como uma fração da extensão original da fibra (poleg/poleg).

Os materiais de fibra de elevado módulo de tração e alta resistência particularmente adequados incluem fibras de poliolefina de cadeia estendida, tais como fibras de polietileno de alto peso molecular altamente orientadas, particularmente fibras de polietileno de peso molecular ultra-elevado, ou fibras de polipropileno de peso molecular ultra-elevado. Também são adequadas fibras de álcool polivinilico de cadeia estendida, fibras de poliacrilonitrilo de cadeia estendida, fibras de para- aramida, fibras de polibenzazol, tais como fibras de polibenzoxazol (PBO) e polibenzotiazol (PBT) e fibras de copoliéster de cristal líquido. Cada um destes tipos de fibras é convencionalmente conhecido na técnica.

No caso do polietileno, as fibras preferenciais são de polietilenos de cadeia estendida possuindo peso molecular de pelo menos 500.000, preferencialmente pelo menos um milhão, e mais preferencialmente entre dois milhões e cinco milhões. Essas fibras de polietileno de cadeia estendida ("Extended Chain PolyEthylene" - ECPE) podem ser cultivadas em processos de extrusão em filamento em solução conforme as descrições feitas nas patentes norte-americanas de números US 44137.394 ou US 4.356.138, que são aqui incorporadas a título de referência, ou podem ser extrudadas em filamento de uma solução para formação de uma estrutura de gel, conforme a descrição feita nas patentes norte-americanas de números US 4.551.296 e US 5.006.390, que são igualmente aqui incorporadas a título de referência.

As fibras de polietileno mais preferenciais para utilização na invenção são fibras de polietileno comercializadas com a marca Spectra® da empresa Honeywell International, Inc.

As fibras Spectra® são bem conhecidas na técnica e são descritas, por exemplo, nas patentes norte-americanas de propriedade conjunta com o presente pedido, de números US 4.623.54 7 e US 4.748.064 concedidas a Harpell e outros. Em uma razão de onça por onça de peso, as fibras de alto desempenho Spectra® são dez vezes mais fortes que o aço, e simultaneamente suficientemente leves para flutuarem na água. As fibras também possuem outras propriedades-chave, incluindo resistência a impactos, umidade, abrasão, produtos químicos e perfurações.

As fibras de polipropileno adequadas incluem fibras de polipropileno de cadeia estendida altamente orientadas (ECPP) conforme descritas na patente norte-americana n° US 4.413.110, que é aqui incorporada a título de referência. As fibras de álcool polivinílico (PV-OH) adequadas são descritas, por exemplo, nas patentes norte-americanas de números US 4.440.711 e US 4.599.267, que são aqui incorporadas a título de referência. As fibras de poliacrilonitrilo (PAN) adequadas são divulgadas, por exemplo, na patente norte-americana n° US 4.535.027, que é aqui incorporada a título de referência. Cada um destes tipos de fibras é convencionalmente conhecido e todas são amplamente disponíveis comercialmente.

As fibras adequadas de aramida (poliamida aromática) ou para-aramida são comercialmente disponíveis e são descritas, por exemplo, na patente norte-americana n° US 3.671.542. Por exemplo, filamentos úteis de poli(p- fenileno tereftalamida) são produzidos comercialmente pela empresa Dupont com o nome comercial KEVLAR®. Também são úteis na prática da presente invenção fibras de poli(m- fenileno isoftalamida) produzidas comercialmente pela empresa Dupont com o nome comercial NOMEX®. As fibras de polibenzazol adequadas para a prática da presente invenção encontram-se disponíveis comercialmente e são divulgadas, por exemplo, nas patentes norte-americanas de números US 5.28 6.833, US 5.296.185, US 5.356.584, US 5.534.205 e US 6.040.050, cada uma das quais é aqui incorporada a título de referência. As fibras preferenciais de polibenzazol são fibras da marca ZYLON® da empresa Toyobo Co. As fibras de copoliéster de cristal líquido adequadas para a prática da presente invenção encontram-se disponíveis comercialmente e são divulgadas, por exemplo, nas patentes norte-americanas de números US 3.975.487; US 4.118.372 e US 4.161.470, cada uma das mesmas sendo aqui incorporada a título de referência.

Os outros tipos de fibra adequados para uso na presente invenção incluem fibras de vidro, fibras formadas de carbono, fibras formadas de basalto ou outros minerais, fibras M5® e combinações de todos os materiais acima, encontrando-se todos disponíveis comercialmente. As fibras M5® são fabricadas pela empresa Magellan Systems International de Richmond, Virgínia, E.U.A., e encontram-se descritas, por exemplo, nas patentes norte-americanas de números US 5.674.969, US 5.939.553, US 5.945.537, e US 6.040.478, cada uma das mesmas sendo aqui incorporada a título de referência. As fibras especificamente preferenciais incluem fibras M5®, fibras de polietileno Spectra®, fibras de poli(p-fenileno tereftalamida) e poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol). Mais preferencialmente, as fibras compreendem fibras de polietileno Spectra® de alta resistência e elevado módulo.

As fibras mais preferenciais para os propósitos da presente invenção são fibras de polietileno de cadeia estendida de alta resistência e elevado módulo de tração.

Conforme foi mencionado acima, uma fibra de elevada resistência e elevado módulo de tração é uma fibra que possui uma tenacidade preferencial de cerca de 7 g/denier ou mais, um módulo de tração preferencial de cerca de 150 g/denier ou mais e um valor preferencial de energia-até- quebrar de cerca de 8 J/g ou mais, cada um destes valores sendo medido de acordo com a norma ASTM D2256. Na configuração preferencial da invenção, a tenacidade das fibras deverá ser de cerca de 15 g/denier ou mais, preferencialmente cerca de 20 g/denier ou mais, mais preferencialmente cerca de 25 g/denier ou mais e ainda mais preferencialmente cerca de 30 g/denier ou mais. As fibras de acordo com a presente invenção possuem igualmente um módulo de tração preferencial de cerca de 300 g/denier ou mais, mais preferencialmente cerca de 400 g/denier ou mais, mais preferencialmente cerca de 500 g/denier ou mais, mais preferencialmente cerca de 1.000 g/denier ou mais e ainda mais preferencialmente cerca de 1.500 g/denier ou mais. As fibras de acordo com a presente invenção possuem igualmente um valor preferencial de energia-até-quebrar de cerca de 15 J/g ou mais, mais preferencialmente cerca de 25 J/g ou mais, mais preferencialmente cerca de 30 J/g ou mais e ainda mais preferencialmente possuem uma energia-até- quebrar de cerca de 40 J/g ou mais. Estas propriedades combinadas de alta resistência são passíveis de serem obtidas mediante emprego de processos bem conhecidos de obtenção de fibras cultivadas em solução ou processos de obtenção de fibras de gel. As patentes norte-americanas de números US 4.413.110, US 4.440.711, US 4.535.027, US 4.457.985, US 4.623.547, US 4.650.710 e US 4.748.064 discutem na generalidade . as fibras preferenciais de polietileno de cadeia estendida de alta resistência empregadas na presente invenção.

Os compósitos de tecido de acordo com a invenção podem ser preparados mediante utilização de uma variedade de materiais de matriz, incluindo tanto materiais de matriz elastoméricos de baixo módulo quanto materiais de matriz rígidos de alto módulo. O termo "matriz", conforme é aqui utilizado, é bem conhecido na técnica, e é utilizado para representar um material de união, tal como um material de união polimérico, que une as fibras entre si após a consolidação. O termo "compósito" refere-se a combinações consolidadas de fibras com o material de matriz. Os materiais de matriz adequados incluem não exclusivamente materiais elastoméricos de baixo módulo possuindo um módulo de tração inicial inferior a cerca de 6.000 psi (41,3 MPa), e materiais rígidos de alto módulo possuindo um módulo de tração inicial de pelo menos cerca de 300.000 psi (2068 MPa), cada um conforme medido a 37° C de acordo com a norma ASTM D638. Conforme é aqui utilizado de início a fim, a expressão módulo de tração significa o módulo de elasticidade conforme medido de acordo com a norma ASTM 2256 para uma fibra e de acordo com a norma ASTM D638 para um material de matriz.

Uma composição de matriz elastomérica pode compreender uma variedade de materiais poliméricos e não poliméricos. A composição de matriz elastomérica preferencial compreende um material elastomérico de baixo módulo. Para os propósitos da presente invenção, um material elastomérico de baixo módulo possui um módulo de tração, medido a cerca de 6.000 psi (41,4 MPa), ou menos de acordo com os procedimentos de teste da norma ASTM D638. Preferencialmente, o módulo de tração de elastômero é de cerca de 4.000 psi (27,6 MPa) ou menos, mais preferencialmente cerca de 2400 psi (16,5 MPa) ou menos, mais preferencialmente 1200 psi (8,23 MPa) ou menos, e mais preferencialmente é de cerca de 500 psi (3,45 MPa) ou menos. A temperatura de transição de vitrificação (Tg) do elastômero é preferencialmente inferior a cerca de 0°C, mais preferencialmente inferior a cerca de -40°C, e mais preferencialmente inferior a cerca de -50°C. O elastômero possui igualmente um valor preferencial de alongamento até a ruptura de pelo menos cerca de 50%, mais preferencialmente pelo menos cerca de 100%, e mais preferencialmente possui um valor de alongamento até a ruptura de pelo menos cerca de 300%.

Uma ampla variedade de materiais elastoméricos e formulações possuindo um baixo módulo pode ser utilizada como matriz. Exemplos representativos de elastômeros adequados têm suas estruturas, propriedades, formulações, juntamente com procedimentos de reticulação, sumariados na Enciclopédia Cientifica de Polímeros (Encyclopedia of Polymer Science), volume 5, na seção Elastomers-Synthetic (John Wiley & Sons Inc., 1964). Os materiais de matriz elastoméricos de baixo módulo preferenciais incluem polietileno, polietileno reticulado, polietileno clorosulfinado, copolímeros de etileno, polipropileno, copolímeros de propileno, polibutadieno, poliisopreno, borracha natural, copolímeros de etileno-propileno, terpolímeros de etileno-propileno-dieno, polímeros de polisulfito, elastômeros de poliuretano, policloropreno, cloreto de polivinila plastificado utilizando um ou mais plastificantes que são bem conhecidos na técnica (tal como dioctil ftalato), elastômeros de butadieno acrilonitrilo, poli(isobutileno-co-isopreno) , poliacrilatos, poliésteres, poliésteres insaturados, poliéteres, fluoroelastômeros, elastômeros de silicone, copolímeros de etileno, elastômeros termoplásticos, fenólicos, polibutirais, polímeros de epóxi, copolímeros de bloco estirênico, tais como tipos de estireno-isopreno-estireno ou estireno- butadieno-estireno, e outros polímeros e copolímeros de baixo módulo curáveis abaixo do ponto de fusão da fibra. São igualmente preferenciais misturas destes materiais, ou misturas de materiais elastoméricos com um ou mais termoplásticos.

São particularmente úteis os copolimeros de bloco de dienos conjugados e monômeros aromáticos de vinila. 0 butadieno e o isopreno são elastômeros de dieno conjugado preferenciais. 0 estireno, o vinil tolueno e o t-butil estireno são monômeros aromáticos conjugados preferenciais. Os copolimeros de bloco que incorporam poliisopreno podem ser hidrogenados para produção de elastômeros termoplásticos possuindo segmentos elastoméricos de hidrocarbonetos saturados. Os polímeros podem ser copolimeros de tri-bloco simples do tipo A-B-A, copolimeros de multi-blocos do tipo (AB)n (n= 2-10) ou copolimeros de configuração radial do tipo R-(BA)x (x= 3-150); em que A é um bloco de um monômero aromático de polivinila e B é um bloco de um elastômero de dieno conjugado. Muitos destes polímeros são produzidos comercialmente pela empresa Kraton Polymers de Houston, Texas, E.U.A., e são descritos no boletim "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81. 0 polímero de matriz mais preferencial compreende copolimeros de bloco de tip© estirânico comercializados com a marca Kraton® e produzidos comercialmente pela empresa Kraton Polymers.

Os materiais preferenciais de matriz rígidos de elevado módulo úteis na presente invenção incluem materiais tais como polímero de éster de vinil ou um copolímero de bloco de estireno-butadieno, e também misturas de polímeros tais como éster vinílico e dialil ftalato ou fenol formaldeído e polivinil butiral. Um material de matriz rígido particularmente preferencial para utilização na presente invenção é um polímero de cura térmica, preferencialmente solúvel em solventes saturados de carbono-carbono tais como metil etil cetona, e possuindo um elevado módulo de tração quando curados de pelo menos cerca de IxlO6 psi (6895 MPa) conforme medido de acordo com a norma ASTM D638. Os materiais matriciais rígidos particularmente preferenciais são aqueles descritos na patente norte-americana n° US 6.642.159, que é aqui incorporada a título de referência. Opcionalmente, pode igualmente ser utilizado um catalisador para cura da resina matricial. Os catalisadores adequados, a título de exemplo, incluem terc-butil perbenzoato, 2,5-dimetil-2,5-di-2- etilhexanoilperóxihexano, peróxido de benzoíla e combinações dos mesmos. Esses catalisadores são tipicamente utilizados em combinação com polímeros matriciais de cura térmica.

A rigidez, e propriedades de impacto e balísticas dos artigos formados dos compósitos de tecido de acordo com a presente invenção são proporcionados pelo módulo de tração do polímero matricial. Por exemplo, a patente norte- americana n° US 4.623.574 divulga que compósitos reforçados com fibras construídos com matrizes elastoméricas com módulos de tração inferiores a cerca de 6000 psi (41.300 kPa) (421,841 kgf/cm2) possuem propriedades balísticas superiores em comparação tanto com compósitos construídos com polímeros de módulos mais elevados, quanto em comparação com a mesma estrutura de fibras sem uma matriz. Entretanto, os polímeros matriciais de baixo módulo de tração também proporcionam compósitos de menor rigidez. Adicionalmente, era determinadas aplicações, particularmente naquelas em que um compósito deverá funcionar tanto em modo anti-balístico quanto em modo estrutural, é necessária uma combinação superior de resistência balística e rigidez. Desta forma, o tipo mais apropriado de polímero matricial a ser utilizado irá variar dependendo do tipo de artigo a ser formado dos tecidos de acordo com a invenção. Para ser obtida uma solução de compromisso entre as duas propriedades, uma composição de matriz adequada deverá combinar simultaneamente materiais de baixo módulo e de alto módulo para formação de uma única composição de matriz. Conforme foi discutido acima, a formação das fibras de alta resistência e as redes consolidadas de fibras da invenção são bem conhecidas na técnica, e são adicionalmente descritas, por exemplo, nas patentes norte- americanas de números US 4.623.574, US 4.748.064 e US 6.642.159.

Nas configurações preferenciais da invenção, o material com resistência balística compreende uma pilha de uma pluralidade de painéis distintos, isto é, mais de uma rede consolidada de camada única de fibras empilhadas em conjunto, uma sobre a outra. Conforme é aqui utilizado o termo painéis "distintos" descreve painéis separados e distintos, cada um dos quais poderá ou não ser idêntico aos outros, e em que uma combinação de painéis distintos posicionados uns sobre os outros forma uma pilha, em que essa pilha possui uma superfície de topo, uma superfície de fundo, e uma ou mais bordas. Nas configurações preferenciais da invenção, o material com resistência balística ou artigos com resistência balística compreendem desde cerca de 2 até cerca de 20 painéis distintos, mais preferencialmente desde cerca de 4 até cerca de 12 e mais preferencialmente desde cerca de 4 até cerca de 8 painéis distintos. As dimensões dos painéis podem geralmente variar conforme determinadas pela utilização desejada para os mesmos, com os painéis individuais em uma pilha sendo preferencialmente substancialmente similares em termos de dimensões e formatos. Um painel de pequenas dimensões pode ter dimensões de aproximadamente 10 polegadas χ 10 polegadas (25,4 cm χ 25,4 cm), ao passo que painéis de maiores dimensões poderão ter dimensões de aproximadamente 60 polegadas χ 120 polegadas (152,4 cm χ 304, 8 cm). Estas dimensões são exemplares e não pretendem ser limitativas.

Preferencialmente, cada painel da referida pilha compreende uma rede consolidada de fibras cuja rede consolidada de fibras compreende uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo substancialmente paralelo. Desta forma, a espessura do painel irá depender na generalidade do número de camadas de fibras incorporadas, juntamente com a espessura de camadas poliméricas externas opcionais e com a espessura dos primeiro e segundo invólucros fibrosos.

Na configuração preferencial da invenção, as fibras compreendem preferencialmente desde cerca de 70 até cerca de 95% por peso do compósito, mais preferencialmente desde cerca de 7 9 até cerca de 91% por peso do compósito, e mais preferencialmente desde cerca de 83 até cerca de 8 9% por peso do compósito, com a parte restante do compósito consistindo na referida composição de matriz ou uma composição da referida matriz e dos referidos filmes poliméricos. A composição de matriz pode incluir igualmente materiais de preenchimento tais como negro de fumo ou silica, pode ser estendida com óleos, ou pode ser vulcanizada por enxofre, peróxido, oxido de metal ou sistemas de cura por radiação, conforme é bem conhecido na técnica. A composição de matriz pode adicionalmente incluir agentes antioxidantes, tais como aqueles comercializados com a marca Irganox®, disponibilizados comercialmente pela empresa Ciba Specialty Chemicals Corporation da Suiça, particularmente o produto Irganox® 1010 ((tetracis- (metileno-(3,5-di-terbutil-4-hidrocinamato)metano)).

Em geral, os materiais com resistência balística de acordo com a invenção são formados mediante disposição das fibras de alta resistência em uma ou mais camadas de fibras. Cada camada pode compreender um arranjo de fibras ou fios individuais. A composição de matriz é preferencialmente aplicada às fibras de alta resistência anteriormente ou após a formação das camadas, com subseqüente consolidação da combinação de material de matriz-fibras entre si para formação de um complexo de múltiplas camadas. As fibras de acordo com a invenção podem ser revestidas com, impregnadas com, embutidas em, ou de outra forma aplicadas com a referida composição de matriz por técnicas bem conhecidas, tal como mediante aspersão ou revestimento por rolo de uma solução da composição de matriz sobre as superfícies de fibra, seguida por secagem. Outras técnicas para aplicação do revestimento às fibras poderão ser utilizadas, incluindo revestimento do precursor de alto módulo (fibra de gel) antes de as fibras serem submetidas a uma operação de alongamento em alta temperatura, alternativamente antes ou após a remoção do solvente da fibra (caso for utilizada a técnica convencional de formação de fibras por extrusão de gel). Essas técnicas são bem conhecidas.

A aplicação do material de matriz reveste preferencialmente pelo menos uma superfície das fibras ou fios com a composição de matriz selecionada, preferencialmente revestindo ou encapsulando substancialmente cada uma das fibras individuais. Após a aplicação do material de matriz, as fibras individuais em camada podem ser ou não ser unidas umas as outras anteriormente à consolidação, em que essa consolidação une uma multiplicidade de camadas de fibras ou fios mediante pressão mútua e fusão de tais fibras revestidas. Os compósitos de tecido da invenção compreendem preferencialmente uma pluralidade de camadas de fibras tecidas ou não tecidas que são consolidadas em uma rede de fibras consolidada de camada única. Na configuração preferencial da invenção, as camadas compreendem fibras não tecidas, em que cada camada de fibra individual da referida rede de fibra consolidada compreende preferencialmente fibras alinhadas em paralelo entre si ao longo de uma direção comum de fibras. Camadas sucessivas dessas fibras alinhadas unidirecionalmente podem ser submetidas a rotação com relação à camada anterior. Preferencialmente, as camadas de fibras individuais do compósito são dispostas em camadas cruzadas de tal forma que a direção de fibras das fibras unidirecionais de cada camada individual é feita rodar relativamente à direção de fibras das fibras unidirecionais de camadas adjacentes. Um exemplo é constituído por um artigo de cinco camadas com as segunda, terceira, quarta e quinta camadas feitas rodar +45°, -45°, 90° e 0° com relação à primeira camada, porém não necessariamente nessa ordem. Para os propósitos da presente invenção, as camadas adjacentes podem ser alinhadas em virtualmente qualquer ângulo entre cerca de 0° e cerca de 90° com relação à direção longitudinal de fibras de uma outra camada. Um exemplo preferencial inclui duas camadas ou uma orientação de 0°/90°. Esses alinhamentos unidirecionais rodados são descritos, por exemplo nas patentes norte-americanas de números US 4.457.985; US 4.748.064; US 4.916.000; US 4.403.012; US 4.623.573; e US 4.737.402. As redes de fibras podem ser construídas através de uma variedade de métodos bem conhecidos, tal como com os métodos descritos na patente norte-americana n° US 6.642.159, que é aqui incorporada a título de referência. Deverá ser entendido que as redes consolidadas de camada única de acordo com a presente invenção podem geralmente incluir qualquer número de camadas dispostas em cruzamento de camadas, tal como cerca de 2 até cerca de 1500, mais preferencialmente desde cerca de 10 até 1000, e mais preferencialmente desde cerca de 20 até cerca de 40 ou mais camadas conforme poderá ser desejado para diversas aplicações.

Em uma configuração particularmente preferencial da invenção, as fibras de acordo com a invenção são em primeiro lugar revestidas com uma composição de matriz elastomérica utilizando uma das técnicas acima, seguida pela disposição de uma pluralidade de fibras formando uma camada de fibras não tecidas. Preferencialmente, as fibras individuais são posicionadas adjacentes e em contato mútuo e são dispostas em arranjos de fibras de tipo foliar em que as fibras são alinhadas substancialmente em paralelo entre si ao longo de uma direção comum de fibras. Os métodos convencionais são preferencialmente seguidos para formação de pelo menos duas camadas de fibras unidirecionais em que as fibras são substancialmente revestidas com a composição de matriz em todas as superfícies das fibras. Subseqüentemente, as camadas de fibras são preferencialmente consolidadas em uma rede de fibras consolidadas de camada única. Isto pode ser realizado mediante empilhamento das camadas de fibras individuais umas sobre as outras, com subseqüente união das mesmas entre si com calor e pressão para cura térmica da estrutura em geral, fazendo o material de matriz fluir e ocupar quaisquer espaços vazios restantes. Conforme é convencionalmente conhecido na técnica, uma excelente resistência balística é obtida quando camadas de fibras individuais são dispostas em cruzamento de camadas de tal forma que a direção de alinhamento das fibras de uma camada tem uma rotação descrevendo um ângulo relativamente à direção de alinhamento das fibras de uma outra camada. Por exemplo, uma estrutura preferencial tem duas camadas de fibras de acordo com a invenção posicionadas conjuntamente de tal forma que a direção de fibras longitudinais de uma camada é perpendicular à direção de fibras longitudinais da outra camada.

Na configuração mais preferencial, duas camadas de fibras alinhadas unidirecionalmente são dispostas em cruzamento de camadas na configuração 0° / 90° e são então moldadas para formação de um precursor. As duas camadas de fibras podem ser continuamente dispostas em cruzamento de camadas, preferencialmente mediante corte de uma das camadas em extensões que podem ser dispostas sucessivamente através da largura da outra camada era uma orientação de 0°/90°, formando aquilo que é conhecido na técnica como "unitape". As patentes norte-americanas de números US 5.173.138 e US 5.766.725 descrevem aparelhos para disposição continua em cruzamento de camadas. A resultante estrutura contínua de duas camadas pode então ser enrolada em um rolo com uma camada de material de separação entre cada camada. Quando tudo estiver pronto para formação da estrutura de uso final, o rolo é desenrolado e o material de separação é destacado e retirado. O sub-conjunto de duas camadas é então fatiado em folhas distintas, empilhadas em múltiplas camadas e subseqüentemente submetidas a calor e pressão para formação do formato acabado e cura do polímero matricial, se necessário. Similarmente, quando uma pluralidade de fios são dispostos para formação de uma camada única, os fios podem ser dispostos unidirecionalmente e configurados em cruzamento de camadas de uma maneira similar, com subseqüente consolidação.

As condições adequadas de união para consolidação das camadas de fibras em uma única camada, rede consolidada, ou compósito de tecido, e acoplamento das camadas de filme polimérico opcionais incluem técnicas de laminação conhecidas convencionalmente. Um processo típico de laminação inclui a submissão das camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas a uma pressão umas contra as outras a uma temperatura de cerca de 110° C, sob uma pressão de cerca de 200 psi (1379 kPa) (14,061 kgf/cm2) durante cerca de 30 minutos. A consolidação das camadas de fibras de acordo com a invenção é preferencialmente realizada a uma temperatura de cerca de 200° F (-93° C) até cerca de 350° F (~177° C) mais preferencialmente a uma temperatura de cerca de 200° F (93,33° C) até cerca de 300° F (-14 9° C) e mais preferencialmente a uma temperatura de cerca de 200° F (93,33° C) até cerca de 280° F (-121° C), e a uma pressão desde cerca de 25 psi (~172 kPa) (1,757 kgf/cm2) até cerca de 500 psi (3447 kPa) (35, 153 kgf/cm2) ou mais elevado. A consolidação pode ser realizada em uma autoclave, conforme é convencionalmente conhecido na técnica.

Durante o aquecimento, é possível que a matriz seja tornada pegajosa ou flua sem se derreter totalmente. Entretanto, na generalidade, se o material de matriz for feito derreter-se, é requerida uma pressão relativamente reduzida para formação do compósito, ao passo que se o material da matriz for somente aquecido até um ponto de pegajosidade, é tipicamente requerida uma pressão maior. A etapa de consolidação pode geralmente requerer desde cerca de 10 segundos até cerca de 24 horas. Entretanto, as temperaturas, pressões e tempos são geralmente dependentes do tipo de polímero, do teor de polímero, do processo e do tipo da fibra.

A espessura das camadas individuais de tecido será correspondente à espessura das fibras individuais. Desta forma, as redes consolidadas de camada única preferenciais de acordo com a presente invenção terão uma espessura preferencial desde cerca de 25 μπι até cerca de 500 pm, mais preferencialmente desde cerca de 75 μπι até cerca de 385 μπι e mais preferencialmente desde cerca de 125 μπι até cerca de 255 μπι. Muito embora essas espessuras sejam preferenciais, deverá ser entendido que outras espessuras de filme poderão ser produzidas para atendimento de uma necessidade especifica sem entretanto se afastarem do escopo da presente invenção.

Após a consolidação das camadas de fibras, uma camada de polímero é preferencialmente acoplada a cada uma das superfícies anterior e posterior da rede consolidada de camada única, utilizando métodos convencionais. Quando é formada uma pilha de painéis, cada painel individual da pilha possui preferencialmente uma camada de polímero acoplada a cada uma de suas superfícies anterior e posterior. Esta camada de polímero impede que os painéis venham a aderir entre si anterior à moldagem dos painéis da pilha em conjunto. Os polímeros adequados para a referida camada polimérica incluem não exclusivamente polímeros termoplásticos e de cura térmica. Os polímeros termoplásticos adequados podem ser não exclusivamente selecionados do grupo que consiste em poliolefinas, poliamidas, poliésteres, poliuretanos, polímeros vinílicos, fluoropolímeros e copolímeros e misturas dos mesmos. Entre estas, são preferenciais as camadas de poliolefina. A poliolefina preferencial é ura polietileno. Exemplos não limitativos de filmes de polietileno compreendem polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno linear de baixa densidade (LLDPE), polietileno linear de média densidade (LMDPE), polietileno linear de densidade muito baixa (VLDPE), polietileno linear de densidade ultra-baixa (ULDPE), polietileno de alta densidade (HDPE). Destes, o polietileno mais preferencial é o LLDPE. Os polímeros de cura térmica adequados incluem não exclusivamente alilas de cura térmica, aminos, cianatos, epóxis, fenólicos, poliésteres insaturados, bismaleimidas, poliuretanos rígidos, silicones, ésteres vinílicos e seus copolímeros e misturas, tais como aqueles descritos nas patentes norte- americanas de números US 6.846.758, US 6.841.492 e US 6.642.159. Conforme é aqui descrito, um filme polimérico inclui revestimentos poliméricos.

As camadas de filme polimérico são preferencialmente acopladas à rede consolidada de camada única mediante utilização de técnicas de laminação bem conhecidas. Tipicamente, a laminação é realizada mediante posicionamento das camadas individuais umas sobre as outras em condições de calor e pressão suficientes para fazerem as camadas se combinarem formando um filme unitário. As camadas individuais são posicionadas umas sobre as outras, e a combinação é então tipicamente feita passar através do estreitamento de um par de rolos de laminação aquecidos, mediante utilização de técnicas bem conhecidas. 0 aquecimento de laminação pode ser realizado em temperaturas situadas em uma faixa desde cerca de 95°C até cerca de 175°C, preferencialmente desde cerca de 105°C até cerca de 175° C, em pressões situadas em uma faixa desde cerca de 5 psig (0,034 MPa) (0,351 kgf/cm2) até cerca de 100 psig (0,69 MPa) (7, 030 kgf/cm2), durante um tempo de cerca de 5 segundos até cerca de 36 horas, preferencialmente de cerca de 30 segundos até cerca de 24 horas. Na configuração preferencial da invenção, as camadas de filme polimérico compreendem preferencialmente desde cerca de 2% até cerca de 25% por peso do painel em geral, mais preferencialmente desde cerca de 2% até cerca de 17% por peso do painel em geral e mais preferencialmente desde 2% até 12%. A porcentagem por peso das camadas de filme polimérico irá geralmente variar dependendo do número de camadas de tecido que formam o filme de múltiplas camadas. Muito embora as etapas de consolidação e laminação da camada polimérica externa sejam aqui descritas como duas etapas separadas, elas podem alternativamente ser combinadas em uma única etapa de consolidação/laminação através de técnicas convencionais.

As camadas de filme polimérico são preferencialmente muito finas, possuindo espessuras de camada preferenciais de cerca de 1 pm até cerca de 250 pm, mais preferencialmente desde cerca de 5 pm até cerca de 25 pm e mais preferencialmente desde 5 pm até cerca de 9 pm. A espessura das camadas de tecido individuais será correspondente à espessura das fibras individuais. Desta forma., as redes consolidadas de camada única preferenciais de acordo com a presente invenção terão uma espessura preferencial de cerca de 25 um até cerca de 500 pm, mais preferencialmente de cerca de 75 pm até cerca de 385 pm e mais preferencialmente desde cerca de 125 pm até cerca de 255 pm. Muito embora essas espessuras sejam preferenciais, deverá ser entendido que outras espessuras de filme poderão ser produzidas para atendimento de uma necessidade especifica sem entretanto configurarem qualquer afastamento do escopo da presente invenção.

De acordo com a invenção, o painel ou pilha de painéis aqui descritos são reforçados mediante utilização de pelo menos uma de diversas técnicas. Em uma configuração preferencial, o painel ou pilha pode ser reforçado em uma ou mais bordas em que as fibras possam ter sido aparadas ou recortadas durante a fabricação. Por exemplo, o painel ou pilha de painéis podem ser reforçados por costura de pelo menos uma borda de um ou mais dos referidos painéis com um fio de alta resistência, ou mediante fusão das bordas do painel ou pilha de painéis para reforçar áreas que possam ter sido esgarçadas durante os procedimentos convencionais de recorte. Os métodos de ponteio e costura são bem conhecidos na técnica, incluindo métodos tais como costura de ponto cerrado, costura manual, costura de múltiplos fios, costura de bainha, costura plana, costura em corrente, costura em zigue-zague e similares. O tipo de fio utilizado para costurar utilizado nas configurações preferenciais da invenção pode variar amplamente, mas compreende preferencialmente fios das referidas fibras de alta resistência e alto módulo com uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais conforme descrito acima, e mais preferencialmente compreende fibras de aramida ou polietileno, mais preferencialmente compreendendo polietileno. Os fios podem compreender fios de filamento único ou múltiplos filamentos, e mais preferencialmente compreendem fios de múltiplos filamentos, conforme descritos na patente norte-americana n° US 5.545.455, que é aqui incorporada na integra a titulo de referência. A quantidade de costuras empregadas pode variar amplamente. Em geral, em aplicações de resistência à penetração, a quantidade de costuras empregadas é tal que as costuras compreendem menos que cerca de 10% do peso total das camadas fibrosas costuradas. Um único painel é preferencialmente costurado através de cada uma das camadas da rede consolidada de fibras. Uma pilha de painéis pode compreender uma multiplicidade de painéis individualmente costurados ou a pilha inteira pode ser costurada para unir entre si cada um dos painéis distintos.

Alternativamente, o painel ou pilha de painéis pode ser reforçado mediante fusão das bordas do um ou mais painéis distintos, ou mediante fusão das bordas da pilha inteira de painéis sob calor e pressão. As bordas podem ser fundidas, por exemplo, mediante utilização de um molde de borda ou de uma estrutura metálica sólida, por exemplo uma moldura de quadro de metal sólido. 0 molde de borda ou a moldura de metal sólida pode ser aquecida utilizando um forno ou mediante montagem em uma prensa com capacidade de aquecimento e refrigeração. 0 molde ou moldura metálica exercerá pressão e realizará moldagem somente com relação às bordas. As condições de derretimento, tais como temperaturas, pressões e duração, serão dependentes de fatores tais como o número de camadas de fibra ou painéis e suas espessuras. Essas condições poderiam ser prontamente determinadas por uma pessoa versada na técnica. Um painel ou pilha pode igualmente ser tanto costurado quanto derretido em uma ou mais bordas.

Adicionalmente à costura e/ou derretimento do painel ou pilha, o painel ou pilha de painéis podem ser reforçados mediante envolvimento do(s) referido(s) um ou mais painéis com um ou mais invólucros fibrosos tecidos ou não tecidos. Na configuração preferencial da invenção, o painel ou pilha de painéis é reforçado com um primeiro invólucro fibroso que circunda pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel, ou pelo menos uma parte da referida superfície de topo, da referida superfície de fundo e pelo menos uma borda da referida pilha. Adicionalmente, um segundo invólucro fibroso pode opcionalmente circundar o painel ou pilha de painéis sobre o primeiro invólucro fibroso. Conforme é aqui utilizado, quando é descrito que um primeiro invólucro fibroso e um segundo invólucro fibroso opcional "circunda" uma pilha de painéis, cada painel da referida pilha é considerado circundado, apesar de somente as superfícies externas dos painéis de topo e de fundo da pilha contatem os invólucros. Em uma outra configuração da invenção, um ou mais invólucros fibrosos adicionais podem ser adicionalmente embrulhados em torno do painel ou pilha, circundando o referido primeiro invólucro fibroso e o referido segundo invólucro fibroso. Na generalidade, com base na ameaça balística e/ou na espessura e tipo de cerâmica, poderão ser utilizados mais de dois invólucros fibrosos. Cada invólucro fibroso adicional circunda preferencialmente o painel ou pilha em uma direção de envolvimento transversal à direção de envolvimento do invólucro fibroso subjacente mais próximo.

Cada um dos primeiro e segundo invólucros fibrosos compreende preferencialmente uma rede consolidada de fibras, em que a rede consolidada de fibras compreende uma pluralidade de camadas de fibras em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras tendo urna tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição matricial sobre as mesmas; a pluralidade de camadas de fibras em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formação da rede consolidada de fibras. Os invólucros podem ser similares, idênticos, ou diferentes relativamente ao material que forma os painéis, e podem ser idênticos ou diferentes entre si.

Na configuração preferencial da invenção, ambos os primeiro e segundo invólucros fibrosos encontram-se presentes e são idênticos. Preferencialmente, o material dos invólucros compreende fibras revestidas SPECTRA® (HMPE), fibras de aramida, fibras de PBO, fibras de M5®, fibras de vidro tipo E e S, fibras de nylon, fibras de poliéster, fibras de polipropileno ou fibras naturais ou uma combinação das mesmas. 0 material de invólucro pode compreender adicionalmente um material SPECTRA® Shield, tecido revestido, feltro ou uma combinação de tecido e feltro. Os invólucros fibrosos compreendem preferencialmente estruturas de múltiplas camadas. Alternativamente, fibras revestidas simples podem formar invólucros em todas as direções dos painéis ou outros artigos. Na configuração preferencial da invenção, cada um dos primeiros e segundos invólucros compreende preferencialmente múltiplas camadas de camadas cruzadas de fibras alinhadas unidirecionalmente em um arranjo paralelo, e preferencialmente circunda o painel ou pilha de tal forma que a direção circundante do primeiro invólucro forma um ângulo relativamente à direção circundante do segundo invólucro. Mais preferencialmente, o primeiro invólucro fibroso e o segundo invólucro fibroso circundam o painel ou pilha em direções perpendiculares. Geralmente, ambos os referidos primeiro invólucro fibroso e segundo invólucro fibroso são preferencialmente incorporados se as camadas poliméricas não forem incorporadas. Se as camadas poliméricas forem incorporadas, não é necessariamente requerida a aplicação de um invólucro, desde que seja utilizada outra forma de reforço. Em geral, os invólucros não são requeridos quando as bordas são derretidas. Quando são incorporados, o primeiro invólucro fibroso e o segundo invólucro fibroso opcional deverão ser embrulhados em torno do painel ou pilha após o painel ou pilha ser moldado para um formato desejado. Geralmente, fibras simples ou múltiplas, isto é, na forma de uma fita, podem ser embrulhadas em um artigo de qualquer formato. O envolvimento é preferencialmente realizado mediante utilização de métodos que seriam prontamente entendidos por uma pessoa versada na técnica, tal como com máquinas de enrolar filamentos para artigos planos e simétricos de tipo tubular, ou máquinas de enrolamento polar para mísseis e outros formatos cônicos ou não simétricos.

O primeiro invólucro fibroso e o segundo invólucro fibroso opcional podem ser enrolados em torno do painel ou pilha e mantidos no lugar por tensão, ou podem ser acoplados ao painel (ou ao painel de topo da pilha) por meios de acoplamento adequados, por exemplo, com adesivos tais como polisulfitos, epóxis, fenólicos, elastômeros, e similares, ou por meios mecânicos, tais como grampos, rebites, parafusos ou similares. Opcionalmente, o painel ou pilha de painéis com resistência balística podem ser tanto costurados quanto embrulhados, em que as costuras são costuradas através do primeiro invólucro fibroso e do segundo invólucro fibroso opcional. 0 painel ou pilha com resistência balística pode também opcionalmente ter simultaneamente bordas fundidas reforçadas e ser subseqüentemente embrulhado com os referidos primeiro invólucro e segundo invólucro opcional. Adicionalmente, após o envolvimento, o painel (ou pilha) o referido primeiro invólucro fibroso e o referido segundo invólucro fibroso são preferencialmente unidos por consolidação. Por exemplo, após o envolvimento, uma pilha de 4 painéis é preferencialmente transferida para o interior de uma bolsa passível de vedação com subseqüente aplicação de um vácuo. A bolsa sob vácuo é então preferencialmente transferida para uma autocl^ve onde são aplicados calor (240°F) (115,55°C) e pressão (100 psi) (689,5 kPa) (7,030 kgf/cm2), com subseqüente refrigeração para a temperatura ambiente.

Em uma outra configuração, a invenção também proporciona um ou mais painéis com resistência balística incluindo pelo menos uma placa rígida acoplada ao(s) mesmo(s) para aperfeiçoamento do desempenho de resistência balística, com possibilidade adicional de reforço com uma ou mais das técnicas anteriormente mencionadas. Na tal placa rígida pode compreender uma cerâmica, um vidro, um compósito preenchido com metal, um compósito preenchido com cerâmica, um compósito preenchido com vidro, uma cerâmica metálica, um aço de alta dureza ("High Hardness Steel" - HHS), liga de alumínio de blindagem, titânio ou uma combinação dos mesmos, em que a placa rígida e os painéis de acordo com a invenção são empilhados mutuamente em uma relação de face-contra-face. Se for formada uma pilha de múltiplos painéis distintos, somente uma placa rígida é preferencialmente acoplada à superfície de topo da pilha em geral, ao invés de ser acoplada a cada painel individual da pilha. Três tipos mais preferenciais de cerâmicas incluem óxido de alumínio, carbureto de silício e carbureto de boro. Os painéis balísticos de acordo com a invenção podem incorporar uma única placa de cerâmica monolítica, ou podem compreender pequenas lajotas ou esferas de cerâmica suspensas em resina flexível, tal como um poliuretano. As resinas adequadas são bem conhecidas na técnica. Adicionalmente, múltiplas camadas ou fileiras de lajotas podem ser acopladas às placas da invenção. Por exemplo, uma multiplicidade de lajotas de cerâmica de 3 polegadas χ 3 polegadas χ 0,1 polegada (7,62 cm χ 7,62 cm χ 0,254 cm) podem ser montadas em um painel de 12 polegadas χ 12 polegadas (30,48 cm χ 30,48 cm) mediante utilização de um fino filme adesivo de poliuretano, preferencialmente com todas as lajotas de cerâmica sendo alinhadas de tal forma que não existe nenhum espaço de folga entre as lajotas. Uma segunda fileira de lajotas pode então ser acoplada ã primeira fileira de cerâmica, com um desalinhamento de tal forma que as uniões fiquem espalhadas. Isto prossegue até cobrir a blindagem inteira. Em geral, não são requeridos invólucros quando a placa de cerâmica se encontra presente, porém os mesmos são preferenciais. Para o melhor desempenho possível com o menor peso possível, é preferencial moldar os painéis ou a pilha com alta pressão antes de acoplar a placa rígida. Entretanto, para painéis de grandes dimensões, por exemplo de 4 pés χ 6 pés (1,219 m χ 1,829 m) ou 4 pés χ 8 pés (1,219 m χ 2,438 m), o painel ou pilha e a placa rígida podem ser moldados em um único processo de autoclave de baixa pressão.

Após a formação dos tecidos com resistência balística e resistência à deslaminação de acordo com a presente invenção, os mesmos podem ser utilizados em diversas aplicações. Os compósitos de tecido da presente invenção são particularmente úteis para formação de artigos de blindagem "dura" com resistência balística e resistência à deslaminação. 0 termo blindagem "dura" significa um artigo, tal como capacetes, placas de proteção ou painéis para veículos militares, ou blindagens protetoras, com suficiente resistência mecânica para manterem uma rigidez estrutural quando submetidos a uma quantidade significativa de esforço e com capacidade de manutenção autônoma de estado sem desabamento.

Os compósitos de tecido, ou materiais com resistência balística e resistência à deslaminação de acordo com a presente invenção podem ser moldados formando artigos submetendo-se o painel ou a pilha de painéis a calor e pressão. As temperaturas e/ou pressões às quais uma ou mais folhas da referida rede de fibras consolidada de camada única são expostas para moldagem variam dependendo do tipo de fibra de alta resistência que é utilizada. Por exemplo, podem ser construídos painéis de blindagem mediante moldagem de uma pilha das referidas folhas sob uma pressão de cerca de 150 até cerca de 400 psi (1.030 até 2.760 kPa) (10,546 até 28,122 kgf/cm2) preferencialmente cerca de 180 até cerca de 250 psi (1.240 até 1.720 kPa) (12,655 até 15,576 kgf/cm2) e uma temperatura de cerca de 104° C até cerca de 127° C. Os capacetes podem ser fabricados mediante moldagem de uma pilha das referidas folhas sob uma pressão de cerca de 1500 até cerca de 3000 psi (10,3 até 20,6 MPa) (105,460 até 210,920 kgf/cm2) e uma temperatura de cerca de 104° C até cerca de 127° C. Geralmente, as temperaturas de moldagem podem situar-se em uma faixa desde cerca de 20° C até cerca de 175° C, preferencialmente desde cerca de 100° C até cerca de 150° C, mais preferencialmente desde cerca de 110° C até cerca de 130° C. Também são adequadas as técnicas para formação de artigos descritas, por exemplo, nas patentes norte- americanas de números US 4.623.574, US 4.650.710, US 4.748.064, US 5.552.208, US 5.587.230, US 6.642.159, US 6.841.492 e US 6.846.758. As placas protetoras moldadas podem igualmente ser fabricadas através de técnicas e condições convencionalmente conhecidas.

As peças de vestuário de acordo com a invenção podem ser formadas mediante utilização de métodos convencionalmènte conhecidos. Preferencialmente, uma peça de vestuário pode ser formada mediante união dos tecidos resistentes à deslaminação de acordo com a invenção com um artigo de vestuário. Por exemplo, um colete pode compreender um colete de tecido genérico que é unido aos tecidos resistentes à deslaminação de acordo com a invenção, em que dessa forma um ou mais dos tecidos de acordo com a invenção são inseridos em bolsas dispostas estrategicamente. Isto permite maximizar a proteção balística, simultaneamente minimizando o peso do colete. Conforme são aqui. utilizados os termos "unindo" ou "unidos" destinam-se a incluir acoplamento, tal como por costura ou adesão e similares, bem como acoplamento sem fixação, ou justaposição com um outro tecido, de tal forma que os tecidos com resistência balística e resistência à deslaminação possam opcionalmente ser facilmente removíveis do colete ou outro artigo de vestuário. Os tecidos utilizados na formação de estruturas flexíveis tais como folhas flexíveis, coletes e outras peças de vestuário são preferencialmente formados de tecidos utilizando uma composição matricial de baixo módulo de tração. Artigos duros tais como capacetes e blindagens são preferencialmente formados de tecidos utilizando uma composição matricial de alto módulo de tração. As propriedades de resistência balística são determinadas mediante utilização de procedimentos de teste convencionais bem conhecidos na técnica. Por exemplo, estudos de análise de compósitos balísticos empregam vulgarmente um fragmento de aço não deformável de calibre 22 de peso, dureza e dimensões especificados (Mil-Spec. MIL-P-46593A(ORD)). Os testes podem igualmente ser realizados com balas de AK 47 (7, 62 mm x 39 mm) com penetrador de pino de aço doce (peso: 123 grãos) de acordo com os procedimentos da norma MIL-STD-662F, particularmente para montagem de um cano de disparo, telas de medição de velocidade e montagem de painel moldado para teste.

O poder de proteção de resistência à penetração de uma estrutura é normalmente expressado citando-se a velocidade de impacto na qual 50% dos projéteis penetram o compósito enquanto 50% são detidos pela blindagem, também conhecido como valor V50. Conforme é aqui utilizada, a expressão "resistência à penetração" do artigo é a resistência à penetração por uma ameaça designada, tal como objetos físicos incluindo balas, fragmentos, fragmentos de artefatos explosivos e similares, e objetos não físicos tais como a força de uma explosão. Para compósitos de densidade de área idêntica, que é o peso do painel do compósito dividido pela área superficial, quanto mais elevado for o valor V50, melhor será a resistência do compósito. As propriedades de resistência balística dos tecidos de acordo com a invenção irão variar dependendo de muitos fatores, particularmente do tipo de fibras utilizadas para fabricação dos tecidos.

Os tecidos de acordo com a invenção também apresentam uma boa resistência ao descascamento. A resistência ao descascamento é um indicador da resistência de união entre as camadas de fibra. Como regra geral, quanto mais baixo for o teor de polímero da matriz, menor será a resistência de união. Entretanto, abaixo de uma resistência de união crítica, o material balístico perde durabilidade durante o corte do material e a montagem dos artigos, tal como um colete, e produz também como resultado uma redução da durabilidade de longo prazo dos artigos. Na configuração preferencial, a resistência de descascamento para os materiais de fibra SPECTRA® em uma configuração SPECTRA® Shield (0°, 90°) é preferencialmente de pelo menos 0,17 lb/ft2 (0,83 kg/m2) de boa resistência a fragmentos, mais preferencialmente cerca de 0,188 lb/ft2 (0,918 kg/m2) e mais preferencialmente pelo menos cerca de 0,206 lb/ft2 (1, 006 kg/m2).

Os exemplos não limitativos a seguir servem para ilustrar a invenção:

EXEMPLO 1

Um painel de teste de controle de 12 polegadas χ 12 polegadas (30,48 cm χ 30,48 cm) foi moldado sob calor e pressão mediante empilhamento de 68 camadas de SPECTRA® Shield de acordo com uma orientação de fibras alternada de 0°, 90°. 0 processo de moldagem incluiu o pré-aquecimento da pilha de material durante 10 minutos a 240° F (115,6° C) , seguido pela aplicação de pressão de moldagem de 500 psi (3447 kPa) (35,153 kgf/cm2) durante 10 minutos em um molde mantido a 240° F (115,55° C) . Após 10 minutos foi iniciado um ciclo de esfriamento e o painel moldado foi retirado do molde quando o painel alcançou 150° F (65,56° C) . O painel foi resfriado adicionalmente para a temperatura ambiente sem nenhuma pressão de moldagem externa.

Para teste, foram seguidos os procedimentos da norma MIL-STD-662F para estabelecimento de um cano de disparo, telas de medição de velocidade . e montagem do painel moldado para teste. Uma bala de AK 47 (7,62 mm χ 39 mm) com penetrador de pino de aço doce (peso: 123 grãos) foi selecionada para medição da resistência balística do painel. Várias balas de AK 47 foram disparadas sobre o painel para medição do valor V5o, em que V50 é a velocidade em que 50% das balas são detidas e 50% das balas penetram o painel com uma velocidade de espalhamento de 125 fps (pés por segundo) (38,1 m/seg.). Foram tomados cuidados para não serem efetuados disparos sobre o painel a menos de duas polegadas (5,08 cm) de distância de qualquer uma das bordas grampeadas.

O painel começou a apresentar uma séria deslaminação e separação de camadas após a primeira bala ser dispara contra o painel. Foram tomados cuidados para disparar a bala seguinte sobre uma área que não estava deslaminada. Após o teste ser completado, o painel foi examinado quanto ao modo de falha e deslaminação.

EXEMPLO 2

Quatro painéis de 12 polegadas χ 12 polegadas (30,48 cm χ 30,48 cm) foram moldados sob calor e pressão. Cada painel consistiu em 17 camadas de SPECTRA® Shield, empilhadas e intercaladas entre folhas finas de filme de LLDPE seguindo uma orientação de fibras alternada de 0o, 90°. O processo de moldagem incluiu o pré-aquecimento de cada pilha de material durante 10 minutos a 240°F (115,55° C) seguido pela aplicação de uma pressão de moldagem de 500 psi (35,153 kgf/cm2) durante 10 minutos em um molde mantido a 240° F (115,55°C). Após 10 minutos foi iniciado um ciclo de resfriamento e os painéis moldados foram retirados de seus moldes quando os painéis alcançaram 150°F (65,55°C). Os painéis foram adicionalmente resfriados para a temperatura ambiente sem qualquer pressão de moldagem externa.

Os quatro painéis moldados foram empilhados uns sobre os outros e embrulhados com quatro camadas de SPECTRA® Shield. A primeira camada foi embrulhada em uma orientação de lado-para-lado seguida por uma outra camada de invólucro em uma direção transversal de topo para fundo do painel, seguida por um novo embrulhamento de lado-para- lado, seguido pelo embrulhamento de uma outra camada do topo para o fundo do painel. Após o embrulhamento, a pilha de 4 painéis foi transferida para o interior de uma bolsa passível de vedação e foi realizada uma aplicação de vácuo. A bolsa sob vácuo foi transferida para uma autoclave onde foram aplicados calor (240° F) (115,55° C) e pressão (100 psi) (7,030 kgf/cm2) durante 30 minutos, com um subseqüente ciclo de resfriamento. Após a pilha de 4 painéis alcançar a temperatura ambiente, a mesma foi retirada da autoclave e removida da bolsa.

Para teste, foram seguidos os procedimentos da norma MIL-STD-662F para estabelecimento de um cano de disparo, telas de medição de velocidade e montagem da pilha de 4 painéis embrulhada para teste. De forma similar ao Exemplo 1, uma bala de AK 47 foi selecionada para medição da resistência balística da pilha de 4 painéis totalmente embrulhada. Várias balas foram disparadas sobre o painel para medição do valor V50. Foram tomados cuidados para não serem efetuados disparos sobre o painel a menos de duas polegadas (5,08 cm) de distância de qualquer uma das bordas grampeadas.

O painel não apresentou nenhuma deslaminação grave ou separação de camadas após terem sido disparadas várias balas contra o painel.

EXEMPLO 3

Um painel de teste de controle de 12 polegadas χ 12 polegadas (30,4 8 cm χ 30,4 8 cm) foi moldado sob calor e pressão mediante empilhamento de 40 camadas de SPECTRA® Shield, seguindo uma orientação de fibras alternada de 0°, 90°. O processo de moldagem incluiu o pré-aquecimento da pilha de material durante 10 minutos a 240° F (115,55° C) , seguido pela aplicação de uma pressão de moldagem de 500 psi (35,153 kgf/cm2) durante 10 minutos em um molde mantido a 240° F (115,55° C). Após 10 minutos foi iniciado um ciclo de resfriamento e o painel moldado foi retirado de seus moldes quando o painel alcançou 150° F (65,55° C). O painel foi adicionalmente resfriado para a temperatura ambiente sem qualquer pressão de moldagem externa.

Em seguida, foram montadas lajotas de cerâmica de 3 polegadas x 3 polegadas x 0,1 polegada (7,62 cm x 7,62 cm x 0, 254 cm) sobre o painel mediante utilização de um filme adesivo fino de poliuretano. Foi tomado cuidado para que todas as lajotas de cerâmica ficassem alinhadas entre si, com as lajotas adjacentes em contato total sem nenhum espaço de folga entre as lajotas. Em seguida, uma fileira de lajotas foi instalada de uma maneira similar, com um desalinhamento de 1,5 polegada (3,81 cm) para que as juntas ficassem espalhadas em comparação com a fileira anterior de lajotas de cerâmica.

Para teste, foram seguidos os procedimentos da norma MIL-STD-662F para estabelecimento de um cano de disparo, telas de medição de velocidade e montagem da pilha de 4 painéis embrulhada para teste. De forma similar ao Exemplo 1, uma bala de AK 47 foi selecionada para medição da resistência balística do painel. Várias balas foram disparadas sobre o painel com as lajotas de cerâmica dispostas de face para as balas. Foi realizada a medição do valor V50 no painel. Foram tomados cuidados para não serem efetuados disparos sobre o painel a menos de duas polegadas (5,08 cm) de distância de qualquer uma das bordas grampeadas.

O painel começou a apresentar uma séria deslaminação e separação de camadas após a primeira bala ter sido disparada contra o painel. Foram tomados cuidados para disparar a bala seguinte contra uma área que não se encontrava deslaminada. Após o teste ser completado, o painel foi examinado quanto ao modo de falha e deslaminação.

EXEMPLO 4

Quatro painéis de 12 polegadas x 12 . polegadas (30,48 cm x 30,48 cm) foram moldados sob calor e pressão. Cada painel consistiu em 10 camadas de SPECTRA® Shield, empilhadas e intercaladas entre folhas finas de filme de LLDPE seguindo uma orientação de fibras alternada de O0, 90°. O processo de moldagem incluiu o pré-aquecimento de cada pilha de material durante 10 minutos a 240° F (115,55° C) , seguido pela aplicação de uma pressão de moldagem de 500 psi (35, 153 kgf/cm2) durante 10 minutos em um molde mantido a 240° F (115,55° C). Após 10 minutos foi iniciado um ciclo de resfriamento e os painéis moldados foram retirados de seus moldes quando os painéis alcançaram 150° F (65, 55° C). Os painéis foram adicionalmente resfriados para a temperatura ambiente sem qualquer pressão de moldagem externa. Os quatro painéis moldados foram empilhados uns sobre os outros e foram montadas no painel montado lajotas de cerâmica de 3 polegadas χ 3 polegadas χ 0,1 polegada (1,62 cm χ 7,62 cm χ 0,254 cm) com utilização de um filme adesivo fino de poliuretano. Foram tomados cuidados para que todas as lajotas de cerâmica ficassem alinhadas entre si, com contato total entre lajotas adjacentes sem espaços de folga entre lajotas. Em seguida, uma fileira de lajotas foi instalada de uma maneira similar, porém com um desalinhamento de 1,5 polegada (3,81 cm) de tal forma que as juntas ficassem espalhadas em comparação com a fileira anterior de lajotas de cerâmica.

O painel montado com cerâmica foi embrulhado com quatro camadas de SPECTRA® Shield. A primeira camada foi embrulhada em uma orientação de lado-para-lado seguida por uma outra camada de invólucro em uma direção transversal de topo para fundo do painel, seguida por um novo embrulhamento de lado-para-lado, seguido pelo embrulhamento de uma outra camada do topo para o fundo do painel. Após o embrulhamento, a pilha de 4 painéis foi transferida para o interior de uma bolsa passível de vedação e foi realizada uma aplicação de vácuo. A bolsa sob vácuo foi transferida para uma autoclave onde foram aplicados calor (240° F) (115,55° C) e pressão (100 psi) (7,030 kgf/cm2) durante 30 minutos, com um subseqüente ciclo de resfriamento. Após a pilha de 4 painéis alcançar a temperatura ambiente, a mesma foi retirada da autoclave e removida da bolsa. Para teste, foram seguidos os procedimentos da norma MIL-STD-662F para estabelecimento de um cano de disparo, telas de medição de velocidade e montagem da pilha de 4 painéis embrulhada para teste. De forma similar ao Exemplo 1, uma bala de AK 47 foi selecionada para medição da resistência balística do painel totalmente embrulhado. Várias balas foram disparadas sobre o painel com cerâmica de face para as balas, e foi realizada a medição do valor V50. Foram tomados cuidados para não serem efetuados disparos sobre o painel a menos de duas polegadas (5,08 cm) de distância de qualquer uma das bordas grampeadas.

O painel não apresentou nenhuma separação de camadas após terem sido disparadas várias balas de AK 47 contra o painel.

Os resultados dos Exemplos acima encontram-se sumariados na Tabela 1 abaixo: TABELA 1

<table>table see original document page 60</column></row><table> Muito embora a presente invenção tenha sido particularmente ilustrada e descrita com referência a configurações preferenciais, poderá ser prontamente apreciado por aqueles que são versados na técnica que podem ser realizadas diversas mudanças e modificações sem afastamento do espirito e escopo da invenção. É pretendido que as reivindicações sejam interpretadas para abrangerem a configuração divulgada, as alternativas que foram discutidas acima e todas as equivalências respectivas.

Claims (12)

1. MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; b) um primeiro invólucro fibroso circundando o painel, o referido primeiro invólucro fibroso circundando pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e c) um segundo invólucro fibroso opcional circundando o painel, o segundo invólucro fibroso circundando o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção circundante do primeiro invólucro fibroso.

2. Material com resistência balística, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma pluralidade de painéis distintos dispostos em uma pilha, em que essa pilha tem uma superfície de topo, uma superfície de fundo e uma ou mais bordas, e em que o referido primeiro invólucro fibroso e o segundo invólucro fibroso opcional envolvem pelo menos uma parte da referida superfície de topo, da referida superfície de fundo e pelo menos uma borda da referida pilha.

3. Material com resistência balística, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos uma borda do referido painel ser reforçada.

4. Material com resistência balística, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada borda do referido painel ser reforçada mediante costura do referido painel com pelo menos um fio, em que esse fio compreende fibras de alta resistência possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais.

5. Material com resistência balística, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos uma borda da referida pilha ser reforçada.

6. ARTIGO COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por ser formado do material com resistência balística referido na reivindicação 1.

7. ARTIGO COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por ser formado do material com resistência balística referido na reivindicação 2.

8. MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; b) pelo menos uma placa rígida acoplada à superfície anterior do referido painel; c) um primeiro invólucro fibroso envolvendo o painel, o referido primeiro invólucro fibroso envolvendo pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e d) um segundo invólucro fibroso opcional envolvendo o painel, o segundo invólucro fibroso envolvendo o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção de envolvimento do primeiro invólucro fibroso.

9. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) formação de pelo menos um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; b) moldagem do painel formando um artigo; c) envolvimento de um primeiro invólucro fibroso em torno do painel moldado, o referido primeiro invólucro fibroso envolvendo pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e d) envolvimento opcional de um segundo invólucro fibroso em torno do painel moldado, o segundo invólucro fibroso envolvendo o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção de envolvimento do primeiro invólucro fibroso.

10. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) formação de um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superficies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; b) moldagem do painel; c) acoplamento de pelo menos uma placa rígida à superfície anterior do referido painel moldado; d) envolvimento de um primeiro invólucro fibroso em torno do painel moldado, o referido primeiro invólucro fibroso envolvendo pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e e) envolvimento opcional de um segundo invólucro fibroso em torno do painel moldado, o segundo invólucro fibroso envolvendo o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção de envolvimento do primeiro invólucro fibroso.

11. MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; e em que uma ou mais bordas do referido painel são reforçadas mediante fusão de uma parte do referido painel na(s) referida(s) uma ou mais bordas; b) um primeiro invólucro fibroso opcional envolvendo o painel, o referido primeiro invólucro fibroso envolvendo pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e c) um segundo invólucro fibroso opcional envolvendo o painel, o segundo invólucro fibroso envolvendo o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção de envolvimento do primeiro invólucro fibroso.

12. MATERIAL COM RESISTÊNCIA BALÍSTICA, caracterizado por compreender: a) um painel possuindo uma superfície anterior, uma superfície posterior e uma ou mais bordas, em que o referido painel compreende: i) uma rede consolidada de fibras, a rede consolidada de fibras compreendendo uma pluralidade de camadas de fibras dispostas em cruzamento de camadas, cada camada de fibras compreendendo uma pluralidade de fibras dispostas em um arranjo; as referidas fibras possuindo uma tenacidade de cerca de 7 g/denier ou mais e um módulo de tração de cerca de 150 g/denier ou mais; as referidas fibras possuindo uma composição de matriz sobre as mesmas; a pluralidade de camada de fibras dispostas em cruzamento de camadas sendo consolidadas com a referida composição de matriz para formarem a rede consolidada de fibras; e ii) opcionalmente pelo menos uma camada de um filme polimérico acoplada a cada uma das referidas superfícies anterior e posterior da referida rede consolidada de fibras; b) um primeiro invólucro fibroso envolvendo o painel, o referido primeiro invólucro fibroso envolvendo pelo menos uma parte da referida superfície anterior, da referida superfície posterior e pelo menos uma borda do referido painel; e c) um segundo invólucro fibroso envolvendo o painel, o segundo invólucro fibroso envolvendo o primeiro invólucro fibroso em uma direção transversal à direção de envolvimento do primeiro invólucro fibroso.