BRPI0710756A2 - folha de material multicamada e processo de preparaÇço - Google Patents

Abstract

FOLHA DE MATERIAL MULTICAMADA E PROCESSO DE PREPARAÇçO. A invenção é relaciona-se a uma lâmina de material multicamada compreendendo pilhas de monocamadas unidirecionais de poliolefinas de alto peso molecular ultra estirado. A direção da estiramento de duas monocamadas subseqúentes na pilha difere. Comumente a espessura de ao menos uma monocamada não excede 50 <sym>, e a força de ao menos uma monocamada esteja compreendida entre 1,2 GPa e 3 GPa. A invenção também se relaciona com um artigo de resistência balística consistido de folha de material multicamada e com o processo para preparação do artigo de resistência balística.

Description

FOLHA DE MATERIAL MULTICAMADA E PROCESSO DE PREPARAÇÃO

A invenção relaciona-se com folha de materialmulticamada compreendendo um empilhamento consolidado demonocamadas unidirecionais de poliolefinas de ultra altopeso molecular e estiradas, e o processo de preparação. Ainvenção também se relaciona a artigos de resistênciabalística compreendendo folha de material multicamada.

Um material laminado multicamada compreendendo umempilhamento consolidado de monocamadas unidirecionais depolietileno de ultra alto peso molecular enlongadoconhecido por EP 1627719A1. Esta publicação apresenta umfolha de material multicamada compreendendo uma variedadede monocamadas unidirecionais compreendendo essencialmentepolietileno de ultra alto peso molecular e essencialmentedesprovido de ligações matriciais, desta forma as direçõesdas tiragem de duas monocamadas subseqüentes na pilhadiferem. A espessura apresentada para monocamadas dematerial multicamada laminar é entre 30-120 μττι, comvariância preferencialmente de 50-100μm.

A folha de material multicamada conforme a EP1627719A1 utiliza polietileno de ultra alto peso molecular,essencialmente desprovido de ligações matriciais. Estacaracterística é necessária para obter as propriedadesantibalísticas desejadas. Ainda que o folha de materialmulticamada conforme a EP 1627719A1 apresente performancebalística satisfatória, esta performance pode ser melhorada

O objetivo da presente invenção é fornecer uma folhade material multicamada tendo propriedades antibalísticasmelhoradas quando comparado com materiais conhecidos

Este objetivo é alcançado conforme a invenção porprovidenciar uma folha de material multicamadacompreendendo uma pilha consolidada de multicamadasunidirecionais de poliolefina de ultra alto peso molecularestiradas, onde a direção de tiragem de duas monocamadassubseqüentes na pilha diferem, onde a espessura de ao menosuma monocamada não exceda 50 μτη, e onde a força de ao menosuma monocamada seja ao menos l,2GPa, 2.5GPa ou 3.OGPa.

Preferivelmente a força de pelo menos uma monocamada écompreendida entre 1.2 Gpa e 3 Gpa, mais preferencialmenteentre 1.5 e 2.6 Gpa, e mais preferencialmente entre 1.8 e2.4 GPa Foi surpreendente descobrir que esta combinação emparticular de características garante uma melhora nodesempenho antibalístico sobre a folha de materialmulticamada conhecido. Mais particularmente, quando adesempenho balístico do folha de material multicamadaconforme EP 1627 719A1 é em escala de 100%, um desempenhoantibalístico de mais de 13 0% foi obtido com a folha dematerial multicamada conforme esta invenção. Uma vantagemadicional do material laminado conforme esta invenção é quenão é mais preciso usar polietileno de ultra alto pesomolecular essencialmente desprovido de ligações matriciaispara obter o desejado nível de propriedades antibalísticas.

Um folha de material multicamada preferencial conformeesta invenção é caracterizado na espessura de ao menos umamonocamada não exceda 25pm ou 2 9 pm para força damonocamada de ao menos 1.2GPa, 2.5 GPa ou 3.0 GPa epreferencialmente para força de monocamadas compreendidasentre 1.2 GPa e 3 GPa, mais preferencialmente entre 1.5 e2.6 GPa, e mais preferencialmente entre 1.8 e 2.4 GPa. Ummaterial laminado ainda mais preferido conforme estainvenção é caracterizado na espessura de ao menos umamonocamada compreendida entre 3 e 29 μπι, maispreferencialmente entre 3 e 25 μπι, para monocamadas deforça de ao menos 1.2 GPa, 2.5 GPa ou 3.0 GPA epreferencialmente para monocamadas de força compreendidaentre 1.2 GPa e 3 GPa, mais preferencialmente entre 1.5 e2.6 GPa, e mais preferencialmente entre 1,8 e 2.4 GPa.Outro material laminado preferido conforme esta invenção écaracterizado pela espessura de ao menos uma monocamada sermaior que 5 μπι, preferencialmente 7 μπι, maispreferencialmente 10 μπι e não excedendo 50 μπι paramonocamadas de força de ao menos 1.2 GPa, 2. 5GPa ou 3.0GPa, mais preferido entre 1.5 e 2.6 GPa, e mais preferidoentre 1.8 e 2.4 GPa.

Apesar de não ser necessário conforme a invenção quetodas as monocamadas tenham as faixas de variações deespessura e força conforme reivindicado, uma folha dematerial multicamada onde todas as monocamadas tenhamfaixas de variações de espessura e força reivindicados éparticularmente preferida.

Monocamadas unidirecionais podem ser obtidas de fitasou filme orientados. Com fitas unidirecionais e monocamadasé pretendido no contexto para esta aplicação de fitas emonocamadas as quais mostram uma orientação preferida dacadeia do polímero em uma direção, isto é, na direção doestiramento. Tais fitas e monocamadas podem ser produzidaspor estiramento, preferencialmente estiramento uniaxial, eexibirão propriedades mecânicas anisotrópicas.

A folha de material multicamada desta invençãopreferencialmente consiste de polietileno com ultra altopeso molecular. Este polietileno . de ultra alto pesomolecular pode ser linear ou ramificado, entretantopreferencialmente o polietileno linear é usado. Polietilenolinear é aqui entendido por significar polietileno commenos de 1 cadeia lateral por 100 átomos de carbono, epreferencialmente com menos que 1 cadeia lateral por 300átomos de carbono; uma cadeia lateral ou ramificadageralmente contendo ao menos 10 átomos de carbono. Cadeiaslaterais podem adequadamente ser mensuradas por FTIR em umacompressão de 2 mm espessura um filme moldado, conformemencionado na EP 0269151. O polietileno linear pode aindaconter até 5 % mol de um ou mais de outros alcenos que sãocopolimerizados conjuntamente, tais como propeno, buteno,penteno, 4-metil-penteno, octeno. Preferencialmente, opolietileno linear tem alta massa molar com uma viscosidadeintrínseca (IV, como determinado em soluções em DECALIN à135°C) de ao menos 4 dl/g, mais preferencialmente ao menos8 dl/g, a mais preferencial é ao menos 10 dl/g. Estepolietileno é também referenciado como polietileno de ultraalto peso molecular, UHMWPE. Viscosidade intrínseca é umamedida de peso molecular que mais facilmente pode serdeterminado que parâmetros de massa molar real tais como Mne Mw. Um filme de polietileno deste tipo apresentapropriedades antibalísticas particularmente boas.

As fitas conforme este invenção podem ser preparadasna forma de filmes. Um processo preferido para formaçãodestes filmes ou fitas consiste em alimentar um pó dopolímero entre uma combinação de infindáveis regiões,comprimindo-moldando os polímeros particulados emtemperatura inferior ao ponto de fusão e rolando o polímerocomprimido-moldado resultante seguido do enlongamentó. Estetipo de processo encontra-se descrito na EP 0733460A2, oqual é incorporado neste ponto para referência. Sedesejado, antes de alimentar e comprimir-moldar o pó dopolímero, o pó do polímero pode ser misturado com umcomposto orgânico líquido adequado que tenha ponto deebulição maior que o ponto de fusão do dito polímero.

Moldagem por compressão pode também ocorrer por retençãotemporária do pó do polímero entre as infindáveis zonasenquanto este é transportado. Isto pode, por exemplo, serfeito providenciando placas de prensagem e/ou roletes emconexão com as infindáveis zonas. Preferencialmente UHMWPEé usado neste processo. Estes UHMWPE necessita ser estiradoem estado sólido.

Um outro processo preferido para formação de filmesconsiste de alimentar um polímero em uma extrusora,extrusando o filme em temperatura acima do ponto de fusãodaí estirando o filme de polímero extrusado. Se desejado,antes da alimentação do polímero na extrusora, o polímeropode ser misturado com composto orgânico líquido adequado,disto formando um gel, este sendo o caso preferencialquando é usado polietileno de ultra alto peso molecular.

Preferencialmente os filmes de polietileno sãopreparados via este processo de gel. Uma rotação em um geladequado é descrita por exemplo na GB-A-2042414, GB-A-2051667, EP 0205960 A e WO 01/73173 Al, e na " AdvancedFibre Spinning Technology", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ.Ltd (1994), ISBN 185573 182 7. Resumindo, o processo derotação de gel compreende a preparação de uma solução depoliolefina de alta viscosidade intrínseca, extrusando asolução em um filme em temperatura acima da temperatura dedissolução, resfriando o filme abaixo da temperatura degelatinização, desta forma ao menos parcialmentegelatinizando o filme, e antes estirando o filme, durantee/ou depois de ao menos parcialmente removidos ossolventes.

Estiramento, preferencialmente estiramento uniaxial, eo filme produzido pode ser conduzido por meios conhecidosna arte. Tais meios compreendem esticamento por extrusão eesticamento por tensão em unidades viáveis. Para atingiraumento da resistência mecânica e à tensão, estiramentopode ser conduzido via múltiplos passos. Em caso dopreferido filme de polietileno com ultra alto pesomolecular, o estiramento é tipicamente conduzidouniaxialmente em um número de etapas de estiramento. Aprimeira etapa de estiramento compreende estiramento paraum fator de esticamento 3. Múltiplos estiramentos podemtipicamente resultar em um fator de esticamento de 0 9 paratemperaturas até 120°C, um fator de esticamento de 25 paratemperaturas até 140°C, e um fator de esticamento de 50para temperaturas até e superiores a 150°C. Pelos múltiplosestiramentos em temperaturas aumentadas, fatores deesticamento de 50 ou mais podem ser alcançados. Esteresulta em fitas de alta força, onde aqui as fitas depolietileno de ultra alto peso molecular, a forçareivindicada varia de 1. 2GPa a 3 GPa e pode ser maisfacilmente obtida.

As fitas estiradas resultantes podem ser usadas destaforma para produzir monocamadas, ou elas podem ser cortadas nas extensões desejadas, ou espalhadas ao longo da direçãodo estiramento. A extensão das fitas preferencialmente émais que 2 mm, mais preferencialmente mais que 5 mm eprincipalmente preferencialmente mais que 30, 50, 75 ou 100mm. A densidade de área de fitas ou monocamadas pode servariada sobre uma larga faixa, ou seja, entre 3 e 200 g/m2Densidade de área é preferencialmente entre 5 e .12.0. g/m2 ,mais preferida entre 10 e 80 g/m2 e principalmentepreferida entre 15 e 60 g/m2 . Para UHMWPE, a densidade deárea é preferencialmente menor que 50 g/m2 e maispreferencialmente menos que 29 g/m2 ou 25 g/m2.

Uma folha de material multicamada preferida conformeesta invenção é caracterizada em ao menos uma monocamadacompreendendo uma variedade de fitas unidirecionais depoliolefinas estiradas, alinhadas na mesma direção, aquicomo adjacentes fitas sem sobreposição. Isto providenciauma folha de material multicamada com muito mais simplesconstrução que a construção apresentada em EP 1627719A1. Defato o material multicamada apresentado em EP 1627719A1 éproduzido pelo posicionamento de várias fitas depolietileno de ultra alto peso molecular adjacentes entresi aqui como fitas sobrepostas sobre alguma área de contatonas bordas longitudinais. Preferencialmente esta área éadicionalmente coberta com filme polimérico. 0 materialmulticamada da presente empacotamento preferido não exigeesta elaborada construção para boa performanceantibalística.

Em alguns empacotamentos a monocamada pode incluir umligante o qual seja aplicado localmente para fixar eestabilizar as varias fitas unidirecionais de forma que aestrutura da monocamada seja retida durante manipulação efabricação da laminação unidirecional. Ligantes viáveis sãodescritos na EP 0191306B1, EP 1170925A1, EP 0683374B1 e EP1144740A1. A aplicação de ligante durante a formação damonocamada estabiliza com vantagens a fita, permitindo aobtenção de ciclos de produção mais rápidos.

Outra folha de material particularmente preferidaconforme a invenção consiste de ao menos uma monocamada,preferencialmente todas as monocamadas, construídas comvarias fitas unidirecionais de polímero estirado, alinhadosde modo que eles formem uma estrutura entrelaçada. Taisfitas podem ser fabricadas aplicando técnicas de tecelagem,tais como entrelaçamento, enfeite, etc. de pequenas tirasde poliolefinas estiradas de ultra alto peso molecular epolietileno de ultra alto peso molecular em particular. Astiras tem os mesmos valores de espessura e força que osrequeridos pela invenção.

A folha de material multicamada conforme a invençãopreferencialmente compreende ao menos 2 monocamadasunidirecionais, preferencialmente ao menos 4 monocamadasunidirecionais, mais preferencialmente ao menos 6monocamadas unidirecionais, e ainda mais preferencialmenteao menos 8 monocamadas unidirecionais e o maispreferencialmente ao menos 10 monocamadas unidirecionais. 0aumento do número de monocamadas unidirecionais no folha dematerial multicamada da invenção simplifica a fabricação deartigos formados com estes materiais laminados, desta sejamplacas antibalísticas.

A invenção também relaciona o processo de preparaçãode folha de material multicamada do tipo de reivindicação,

O processo conforme a invenção consiste das etapas:(a) Providenciar uma variedade de fitas de polietileno deultra alto peso molecular estirados conforme a invenção,alinhados tais que cada fita seja orientada paralelamentedo fitas adjacentes, e que as fitas adjacentes estejamparcialmente sobrepostas.

(Td) Posicionamento da variedade de fitas de polietileno deultra alto peso molecular estirados no substrato de modo aformar a primeira monocamada

(c) Posicionamento uma variedade de fitas de polietileno deultra alto peso molecular estirado conforme a invenção naprimeira monocamada, assim formando uma segunda monocamada,onde a direção da segunda monocamada faz um ângulo α comrespeito ao primeiro, e

(d) Comprimir, sobre elevada temperatura, a assim formadapilha para consolidar as monocamadas desta forma.

Através da compressão das monocamadas unidirecionaiselas são suficientemente interconectadas uma a outra,significando que as monocamadas unidirecionais não separam-se sob condições normais de uso tais como temperaturaambiente. Com o processo reivindicado, um folha de materialmulticamada tendo monocamadas da espessura.

A folha de material multicamada conforme a invenção éparticularmente útil na fabricação de artigos deresistência balística, tais como vestimentas ou placasarmaduradas. Aplicações balísticas compreendem aplicaçõesameaça balística contra projéteis de vários tipos,incluindo perfurantes de armadura, também chamados AP,projéteis com dispositivos explosivos improvisados epartículas duras, tais como fragmentos e estilhaços.

0 artigo de resistência balística conforme a invençãocompreende ao menos 2 monocamadas unidirecionais,preferencialmente ao menos 10 monocamadas unidirecionais,mais preferencialmente ao menos 20 monocamadasunidirecionais,ainda mais preferencialmente ao menos 30 ou40 monocamadas unidirecionais e principalmentepreferencialmente ao menos 80 monocamadas unidirecionais. Adireção torcida de duas monocamadas subseqüentes na pilhadifere por um ângulo. O ângulo α é preferencialmente 40 e135°, mais preferencialmente entre 65 e 115° eprincipalmente preferencialmente entre 80 e 100°.

Preferencialmente o artigo de resistência balísticaconforme a invenção compreende uma laminação adicional dematerial inorgânico selecionado de um grupo consistindo decerâmica, metal, preferencialmente aço, alumínio, magnésio,titânio, níquel, cromo e ferro e suas ligas, vidro egrafite, ou combinações destes. Particularmente preferidosão metais. Neste caso de metal na folha de metalpreferencialmente tem um ponto de fusão em ao menos 350°,mais preferencialmente em 500°, principalmentepreferencialmente ao menos 600°. Metais viáveis incluemalumínio, magnésio, titânio, cobre, níquel, cromo, berílio,ferro e cobre incluindo suas ligas tais como aço e açoinoxidável e ligas de alumínio com magnésio (desta formachamados séries alumínio 5000), e ligas de alumínio comzinco e magnésio ou com zinco, magnésio e cobre (destaforma chamados séries alumínio 7000). Nas ditas ligas aquantidade de alumínio, magnésio, titânio e ferropreferencialmente é ao menos 50 %p. Preferencialmentelaminas metálicas compreendendo alumínio, magnésio,titânio, níquel, cromo, berílio, ferro incluindo suasligas. Mais preferencialmente as laminas metálicas baseadasem alumínio, magnésio, titânio, níquel, cromo, ferro e suasligas. Isto resulta em um artigo antibalístico leve com boadurabilidade. Ainda mais preferencialmente o ferro e suasligas em laminas metálicas tendo uma dureza brinell de aomenos 500. Principalmente preferencialmente a lâminametálica baseada em alumínio, magnésio, titânio e suasligas. Isto resulta em um artigo antibalístico levíssimocom altíssima durabilidade. Durabilidade nesta aplicaçãosignifica a vida útil de uma composição sob condições deexposição ao calor, umidade, luz e radiação UV. Ainda quelâminas de material aprimoradas possam ser posicionadas emqualquer lugar na pilha de monocamadas, o artigo deresistência balística preferido é caracterizado em que omaterial laminado avançado seja posicionado na saída dapilha de monocamadas, principalmente preferencialmente aomenos na face acertada.

O artigo de resistência balística conforme a invençãopreferencialmente compreende lâminas aprimoradas domaterial inorgânico descrito acima tendo espessura demáximo 100 mm. Preferencialmente a máxima espessura dalaminas aprimoradas com material inorgânico seja 75 mm,mais preferencialmente 50 mm, e principalmentepreferencialmente 25 mm. Isto resulta no melhor equilíbrioentre peso e propriedades antibalística. Preferencialmenteno evento que o material inorgânico aprimorado laminadoseja uma lamina metálica, a espessura da lamina aprimorada,preferencialmente uma lamina metálica, é ao menos 0,25 mm,mais preferencialmente ao menos 0,5 mm, e principalmentepreferencialmente ao menos 0,75 mm. Isto resulta numa aindamelhor performance antibalística.

A lâmina aprimorada de material inorgânico podeopcionalmente ser pré-tratada de forma a melhorar a adesãocom o folha de material multicamada. Pré-tratamentosviáveis de lâminas aprimoradas incluem tratamentos"mecânicos, isto é decapagem ou limpeza da superfície porareia ou desgaste, ataque químico com ácido nítrico elaminação com filme de polietileno.

Em outra configuração do artigo de resistênciabalística uma camada fixadora, ou seja um adesivo, pode seraplicado entre a lâmina aprimorada e o folha de materialmulticamada. Tal adesivo pode compreender uma resina epóxi,uma resina de poliéster, uma resina de poliuretano ou umaresina vinil-éster. Preferencialmente, a camada fixantecompreende menos de 3 0%p do artigo de resistênciabalística,mais precisamente menos de 20%p, ainda maispreferencialmente menos de 10%p e ainda maispreferencialmente menos que 5%p do artigo de resistênciabalística.

Em outra configuração preferida, a camada fixante podeainda compreender uma trama ou camada não-tramada de fibrainorgânica, a saber fibra de vidro ou fibra de carbono.Também é possível fixar a lâmina aprimorada do folha dematerial multicamada por meios mecânicos, tais comoparafusos, grampos e anel. No evento do artigo deresistência balística conforme a invenção ser usado emaplicações balísticas onde a ameaças contra projéteis APpodem ser encontradas a lâmina aprimorada preferencialmentecompreende uma lâmina metálica revestida com uma camadacerâmica. Neste caminho um artigo antibalístico é obtidocom a seguinte estrutura laminada: camada cerâmica/lâminametálica/ao menos duas lâminas unidirecionais com a direçãodas fibras na lâmina unidirecional em um ângulo α para adireção da fibra na lâmina unidirecional adjacente.

Materiais cerâmicos viáveis incluem óxido de alumina, óxidode titânio, oxido de silício, carbeto de silício e carbetode boro. A espessura da camada cerâmica depende do nível deameaça balística mas geralmente varia entre b2 mm e 3 0 mm.Este artigo de resistência balística é preferencialmenteposicionado de tal forma que a camada cerâmica volte-separa a ameaça balística. Isto dá a melhor proteção contraprojéteis AO e fragmentos duros.

A invenção também relaciona um processo de fabricaçãodo artigo de resistência balística compreendendo as etapas:(a) Empilhamento de ao menos um folha de materialmulticamada conforme a invenção e uma lâmina aprimorada dematerial inorgânico selecionada do grupo consistindo decerâmica, aço, alumínio, titânio, vidro e grafite, oucombinações destes, e

(b) Consolidação das laminas empilhadas sob elevadatemperatura e pressão.

Um processo preferido para fabricação do artigo deresistência balística compreende as etapas:

(a) Empilhamento de ao menos um folha de materialmulticamada compreendendo uma pilha consolidada demonocamadas unidirecionais de poliolefina de ultra altopeso molecular estirada, onde a direção da estiramento deduas monocamadas subseqüentes da pilha diferem, onde aespessura de ao menos uma monocamada não exceda 50μτη, maispreferencialmente não exceda 29μτη ou ainda taispreferencialmente não exceda 25μπι, e onde a força de aomenos uma monocamada seja ao menos 1.2GPa, 2.0, 2.5 ou 3.0GPA (ou mais preferencialmente compreendida entre 1.2 GPa e3 GPa), e uma lâmina aprimorada de material selecionado dogrupo compreendendo cerâmica, aço, alumínio, titânio, vidroe grafite, ou combinações destes, e

(b)Consolidação das lâminas empilhadas sob elevadatemperatura e pressão.

Consolidação para todos os processos descritos acimapode viavelmente realizado em uma prensa hidráulica.

Consolidação intenciona ser um meio para que as monocamadasestejam relativamente firmes fixadas umas as outras paraformar uma unidade. A temperatura durante a consolidaçãogeralmente é controlada através da temperatura da prensa.

Uma temperatura mínima geralmente é escolhida de forma queuma velocidade razoável de consolidação seja obtida. A esterespeito 80° é um viável limite inferior de temperatura,preferencialmente este limite inferior seja ao menos 100°,mais preferencialmente ao menos 120°, principalmente maispreferencialmente ao menos 140°. Uma temperatura máxima éescolhida abaixo da temperatura na qual as monocamadas depolímero estirado perdem suas altas propriedades mecânicasdevido a fusão. Preferencialmente a temperatura seja aomenos 10°, preferencialmente ao menos 15° e ainda maispreferencialmente ao menos 20° abaixo da temperatura defusão do polímero monocamada estirado. NO caso damonocamada do polímero estirado não exibir uma temperaturade fusão clara, a temperatura na qual o polímero monocamadaestirado começa a perder suas propriedades mecânicas deveser lida ao invés da temperatura de fusão. No caso dopreferido polietileno de ultra alto peso molecular, atemperatura abaixo 149°, preferencialmente abaixo 145°geralmente será escolhida. A pressão durante a consolidaçãoé preferencialmente de ao menos 7MPa, maispreferencialmente de ao menos 15 MPa, e ainda maispreferencialmente ao menos 20 MPa e principalmentepreferencialmente ao menos 35 MPa. Neste caminho um artigoantibalístico rígido é obtido. O tempo ótimo paraconsolidação geralmente varia de 5a 120 minutos,dependendo das condições tais como temperatura, pressão eespessura das partes e pode ser verificado através rotinasde experimentação. No evento de artigos antibalísticoscurvados serem produzidos pode ser uma vantagem primeiropré-formar a lamina aprimorada do material na formadesejada, seguindo da consolidação com monocamadas e/oumulticamadas de material laminado.

Preferencialmente, de forma a obter uma elevadaresistência balística, resfriamento após moldagem viacompressão a altas temperaturas é conduzida sob pressão damesma forma. Pressão é preferencialmente mantida ao menosaté a temperatura ser suficientemente baixa para prevenirrelaxação. Esta temperatura pode ser estabelecida poralguém habilidoso na arte. Quando o artigo balísticoresistente compreendendo monocamadas de polietileno deultra alto peso molecular é fabricado, temperaturas decompressão típicas variam de 90 a 150°C, preferencialmentede 115 a 130°. Pressões de compressão típicas variam entre10 a 40 MPa, mais preferencialmente 11 a 35 MPa e aindamais preferencialmente 11 a 25 MPa, mais preferencialmente12 a 16 MPa, onde tempos de compressão são tipicamenteentre 20, preferencialmente 40 minutos a 180 minutos.

A folha de material multicamada e artigo antibalísticoda presente invenção são particularmente vantajosos sobremateriais antibalísticos previamente conhecidos uma vez queeles providenciam um nível aumentado de proteção que osartigos conhecidos a um peso baixo. Além da resistênciabalística, propriedades incluem no caso estabilidadetérmica, tempo de prateleira, resistência à deformação,capacidade ligante para com outros materiais laminados,capacidade de assumir formas, e assim por diante.

Métodos de testes são referidos na presente aplicação(exceto se indicado o contrário), são os seguintes:-Viscosidade intrínseca (IV) é determinada conforme métodoPTC -17 9 (Hercules Inc. Ver. Abr. 29, 1982) a 135°C emdecalina, o tempo de dissolução sendo 16 horas, com DBPCcomo anti-oxidante na quantidade de 2g/l em solução. Porextrapolação a viscosidade é mensurada em diferentesconcentrações até concentração zero.

-Propriedades tensoras (mensuradas a 25°): força tensora(ou força), coeficiente de tensão (ou coeficiente) eelongação e quebra (ou eab) são definidos e determinados emfios muitifilamentados conforme especificado na ASTM D885M,usando um comprimento nominal padrão e fibra de 500 mm, umavelocidade transversal de 50%/min. Na base da mensuração dacurva tensão-deformação o modulo é determinado como ogradiente entre 0,3 e 1% de deformação. Para calculo docoeficiente e força, as forças tensoras mensuradas sãodivididas por título, sendo determinado pesando 10 metrosde fibra, valores em GPa são calculados assumindo umadensidade de 0.97 g/cm3. Propriedades tensoras de filmesfinos são mensuradas em conformidade com Isso 1184(H).A invenção é agora explicada ainda mais pelo uso dosseguintes exemplos e experimentos comparativos, sem serlimitado até aqui.

Exemplo e experimentos comparativos

Exemplo - Produção da fita

Um polietileno de ultra alto peso molecular comviscosidade intrínseca de 20 foi misturado para tornar-seuma suspensão de 7%p com decalina. A suspensão foialimentada numa extrusora e misturada a um a temperatura de170° para produzir um gel homogêneo. O gel foi entãoalimentado através de uma matriz com fenda, o gel foiesfriado em banho de água, assim criando uma fita-gel. Afita gela foi esticada por um fator de 3.8 após o qual afita foi seca em um forno consistindo de duas partes a 50°e 80° até que a quantidade de decalina fosse inferior a 1%.

A fita gel seca foi esticada subseqüentemente em um formo a140°, com um taxa de esticamento de 5.8, seguida por umasegunda etapa de esticamento em um formo á temperatura de150° para atingir uma espessura final de 18 micrometros.

Testando o desempenho da fita

As propriedades tensoras da fita foram testadas porestiramento da fita a uma freqüência de 38estiramentos/metro para formar uma estrutura estreita que étestada como um fio normal. Destes adicionais estão emconformidade com a ASTM D885M, usando um comprimentonominal padrão de fibra de 500 mm, uma velocidadetransversal de 50%/min e 2714 apertos, do tipo de garrapara fibra D5618C

Exemplo: Produção de painéis de armadura de fitasUma primeira camada de fita foi posicionada, com fitasparalelas adjacentes umas as outras. Uma segunda camada defitas paralelas foi posicionada sobre a primeira camada,sendo que as direções das fitas da segunda camada estavamperpendiculares a direção das fitas da primeira camada.Subseqüentemente, uma terceira camada foi posicionada sobrea segunda camada, novamente perpendicular a segunda camada,A terceira camada foi posicionada com uma pequena defasagem(cerca de 5mm) comparando-sé com a primeira camada. Estadefasagem foi aplicada para minimizar uma possívelacumulação de bordas de fitas em uma certa localização. Umaquarta camada foi posicionada perpendicular a terceiracamada, com uma pequena defasagem comparando-se com asegunda camada. O procedimento foi repetido até umadensidade de área (AD) de 2.57 kg/m2 foi atingida. Aspilhas de camadas de fitas foi movido para uma prensa emprensado a temperatura de 1450C e uma pressão de 3 00 Barpor 65 minutos. Resfriamento foi realizado sob pressão atéque uma temperatura de 80° foi atingida. Nenhum agentefixante foi aplicado nas fitas. Contudo, as pilhas foramfundidas em uma placa rígida e homogênea de 800x400 mm.

Testes de desempenho de painéis armadurados

As placas armaduradas foram sujeitadas a testes detiro realizados com projéteis 9 mm parabellum. Os testesforam realizados com o propósito de determinar a V50 e/ouenergia absorvida (E-abs) . V50 é a velocidade na qual 50%dos projéteis penetrarão na placa armadurada. Osprocedimentos para teste foram como se segue. 0 primeiroprojétil foi disparado a uma antecipada velocidade V50. Avelocidade real foi mensurada pouco antes do impacto. Se oprojétil foi parado, um próximo projétil foi disparado auma velocidade aproximadamente 10% superior. Se esteperfurava, o próximo projétil foi disparado com umavelocidade cerca de 10% menor. A velocidade real do impactosempre foi mensurada. V50 foi a média dos 2 mais altosparados e dos dois mais baixos perfurados. A performance daarmadura foi também determinada via calculo da energiacinética do projétil a V50 e dividindo este pelo AD daplaca (E-abs).

<table>table see original document page 20</column></row><table>

Experimento comparativo A foi realizado em lâminasformadas com fibras unidirecionais de polietileno de ultraalto peso molecular disponível comercialmente (UHMWPE). Asfibras foram impregnadas e fixadas juntas com 20%p depolímero termoplástico. A força das monocamadas noexperimento comparativo A foi 2.8 GPa, o qual é a força dasfibras vezes a fibra contida na monocamada. As monocamadasdo experimento comparativo foram comprimidas a cerca de125° sob 165 bar de pressão por 65 minutos para produziruma lâmina com a densidade de área requerida. A espessuradas monocamadas após compressão foi de 65 microns.

Os resultados confirmam que o material laminadomulticamada com monocamadas não excedendo 50μπι e tendo umamonocamada de força de ao menos 1.2GPa produzinesperadamente performance anti-balística aprimoradacomparada com lâminas armaduradas produzidas pela lâminasmulticamadas baseada em fibras UD convencionais. Emparticular, o material multicamada laminar da presenteinvenção produziu um valor E-abs significativamentesuperior que uma amostra comparada na arte prévia.

Claims (23)

1. Folha de material multicamada caracterizada porcompreender uma pilha consolidada de monocamadasunidirecionais de poliolefina de ultra alto peso molecularestirada, onde a direção da estiramento de duas monocamadassubseqüentes da pilha diferem, onde a espessura de ao menosuma monocamada não exceda 50μπι, e onde a força de ao menosuma monocamada seja ao menos 1.2GPa.

2. Material laminado, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a força de ao menos umamonocamada esteja compreendida entre 1.2GPa e 3GPa.

3. Material laminado, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a força de ao menos umamonocamada seja ao menos 3GPa.

4. Material laminado, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a espessura de ao menos umamonocamada seja maior que IOpm.

5. Material laminado, de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizado pelo fato de que a espessura de aomenos uma monocamada não exceda 29μπι.

6. Material laminado, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a espessura de ao menos umamonocamada esteja compreendida entre 3 e 29pm.

7. Material laminado, de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizado pelo fato de que a força de ao menosuma monocamada esteja compreendida entre 1.5 e 2.6 GPa.

8. Material laminado, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a força de ao menos umamonocamada esteja compreendida entre 1.8 e 2.4 GPa.

9. Material laminado, de acordo com quaisquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelofato de que a poliolefina compreende polietileno de ultraalto peso molecular.

10. Material laminado, de acordo com quaisquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopelo fato de que a força por razão de espessura é ao menos-4xl013 N/m 3.

11. Material laminado, de acordo com quaisuer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10,caracterizado pelo fato de que a direção de estiramento deduas monocamadas subseqüentes na pilha difira por um ânguloα entre 45 e 135°, e mais preferencialmente entre 80 e-100° .

12. Material laminado, de acordo com quaisquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que ao menos uma monocamadacompreende uma variedade de fitas unidirecionais depoliolefina estirada, alinhadas na mesma direção, ondefitas adjacentes não se sobreponham completamente.

13. Material laminado, de acordo com quaisquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato de que ao menos uma monocamadacompreende uma variedade de fitas unidirecionais depoliolefinas estiradas, alinhadas tal que formem uma tramade tecido.

14. Artigo de resistência balística caracterizado porcompreender um material laminado, de acordo com quaisquerum das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.

15. Artigo de resistência balística, de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato de quecompreendeao menos 10 monocamadas unidirecionais.

16. Artigo de resistência balística, de acordo com areivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de quecompreende uma lâmina aprimorada de material selecionado deum grupo consistindo de cerâmica, aço, alumínio, magnésio,titânio, níquel, crorno e ferro e suas- ligas, vidro egrafite, ou combinações destes.

17. Artigo de resistência balística, de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma lâminaaprimorada de material é posicionada no exterior da pilhade monocamadas e ao menos uma na face atingida.

18. Artigo de resistência balística, de acordo com areivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que aespessura da lâmina aprimorada com material inorgânico é deno máximo 50 mm.

19. Artigo de resistência balística, de acordo comquaisquer uma das reivindicações 13, 14 ou 15,caracterizado pelo fato de que uma camada fixante estápresente entre a lâmina de material aprimorado e a lâminade material conforme qualquer uma das reivindicações 1, 2,-3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, a camada fixante compreendendouma trama ou não na fibra inorgânica.

20. Processo de fabricação de artigo de resistênciabalística caracterizado pelo fato de que compreende:(a)Folha de material multicamada empilhado conformequalquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9ou 10 e lâmina de material selecionado de grupo consistidode cerâmica, aço, alumínio, titânio, vidro e grafite, oucombinações destes, e(b)Consolidação das lâminas empilhadas sob temperaturae pressão.

21. Processo para preparação de fita de polietilenocaracterizado pelo fato de que compreende: extrusão de umasolução de polietileno tendo uma viscosidade intrínseca(mensurada em decalin a 135°) entre cerca de 4dl/g e 40dl/g através de uma abertura-tendo--altura de ao menos 200micrômetros e tendo uma razão de comprimento largura de aomenos 200; esticando o produto fluido acima da temperaturana qual o gel será formado; esfriando o produto fluido emum banho consistindo de um líquido imiscível para formar umproduto gel, esticando o produto gel, removendo o solvendodo produto gel e, opcionalmente esticando o produto gel, arazão total de esticamento sendo ao menos 20.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que a solução compreende entre 5e 30%p de polietileno e uma razão total de esticamento deao menos 40.

23. Fita ou filme de polietileno caracterizado pelofato de que é possível de obter via método conformequalquer uma das reivindicações 20, 21 ou 22.