BRPI0807921B1

BRPI0807921B1 - Artigo moldado resistente à balística e processo para a obtenção de tal artigo

Info

Publication number: BRPI0807921B1
Application number: BRPI0807921-8A
Authority: BR
Inventors: Antonius Van Es Martin; Van Elburg Johann; Adrianus Cornelis Roovers William
Original assignee: Dsm Ip Assets B.V.
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2018-07-10
Also published as: JP2010517828A; WO2008098771A1; EA015767B1; BRPI0807921A2; EP2109530A1; PL2109530T3; EA200901122A1; EP2109530B1; US20100170021A1; CN101616788A

Description

(54) Título: ARTIGO MOLDADO RESISTENTE À BALÍSTICA E PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE TAL ARTIGO (51) Int.CI.: B29C 70/44; B29C 70/20 (30) Prioridade Unionista: 16/02/2007 EP 07003314.7 (73) Titular(es): DSM IP ASSETS B.V.

(72) Inventor(es): MARTIN ANTONIUS VAN ES; JOHANN VAN ELBURG; WILLIAM ADRIANUS CORNELIS ROOVERS

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ARTIGO MOLDADO RESISTENTE À BALÍSTICA E PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE TAL ARTIGO [001] A invenção se refere a um artigo moldado resistente à balística contendo uma pilha comprimida de monocamadas, cada monocamada contendo fibras de reforço unidirecionalmente orientadas. A invenção também se refere a um processo para a fabricação do artigo moldado. O artigo moldado resistente à balística pode, por exemplo, ser usado como um capacete resistente à balística, como uma inserção em vestimentas a prova de munição, como blindagem em veículos militares e em painéis balísticos resistentes.

[002] Um artigo moldado resistente à balística e um processo para sua fabricação são conhecidos da US 4.613.535. Essa publicação revela a fabricação de um artigo empilhando folhas compreendendo monocamadas de fibras de reforço sobre uma camada rígida seguida pela moldagem por compressão em uma prensa. Nas folhas, as fibras de reforço são embutidas em uma matriz termoplástica, a matriz tendo um módulo de menos que 41 MPa. A camada rígida pode ser produzida impregnando um tecido de fibras de reforço com uma resina epóxi para propósito geral seguida pela cura sob pressão. Em particular, de acordo com US 4.613.535 um artigo moldado resistente à balística é obtido empilhando folhas que compreendem monocamadas de fibras de polietileno de alta performance (HPPE) unidirecionais em uma matriz sobre a camada rígida curada, e comprimindo todo o conjunto entre as duas placas em uma prensa hidráulica.

[003] Desvantagem do processo de acordo com a US

4.613.535 é que ele produz artigos moldados, e em particular artigos moldados curvados, tal como um capacete, tendo

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2/24 propriedades balísticos resistentes mostrando uma variação relativamente grande sobre sua superfície. Em outras palavras a resistência balística varia para uma extensão relativamente grande com a posição sobre a parte moldada (curvada). Isso é indesejável, já que um projétil pode por acaso acertar um alvo sobre o artigo moldado com muito menos que a performance média. O nível de proteção balística é geralmente expresso por meio do V50. V50 é a velocidade dos projéteis atirados no artigo moldado em que 50% dos projéteis penetram completamente o artigo moldado. Embora em princípio qualquer projétil possa ser usado para testar as propriedades balísticas resistentes, o V50 é aqui e daqui em diante entendido para significar o V50 sobre impacto de uma munição do tipo Ak-47 Mild Steel Core (MSC) point, a menos que de outra forma especificado. Tais munições, disponíveis de vários fornecedores tal como Sellier & Belliot, têm dimensões de 7, 62 x 39 mm com um Mild Steel Core (MSC) e são na técnica freqüentemente - em resumo - referidas como ‘munições AK47'. Artigos moldados com formas curvadas, tais como capacetes em particular, são conhecidos pelas dificuldades encontradas em produzir esses com menor variação em propriedades balísticas resistentes.

[004] Objetivo da presente invenção é fornecer um artigo moldado resistente à balística, e um processo para fabricação, segundo a qual a performance balística do artigo varia menos com posição sobre o artigo moldado que o artigo moldado conhecido.

[005] Esse objetivo é alcançado com um processo para a fabricação de um artigo moldado resistente à balística compreendendo as etapas de

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a) formar uma pilha empilhando 2 ou mais folhas que compreendem monocamadas de fibras de reforço unidirecionais e preferivelmente um aglutinante;

b) fornecer meios de pressurização isostáticos;

c) colocar a pilha nos meios de pressurização isostáticos;

d) consolidar a pilha em temperatura elevada e pressão isostática em um artigo moldado, seguida pela remoção do artigo moldado dos meios de pressurização isostáticos.

[006] Com o processo de acordo com a invenção, um artigo moldado é produzido com menos variação em performance balística entre posições sobre o artigo moldado, que artigos moldados produzidos com o processo de acordo com US 4.613.535. Artigos moldados podem, por exemplo, mostrar variação na densidade da área sobre suas superfícies. O processo de acordo com a invenção tem a vantagem adicional que tal variação na densidade da área não resulta em uma variação indesejavelmente grande em performance antibalística, a qual é o caso para artigos produzidos com os processos conhecidos.

[007] Além disso, ao projetar artigos antibalísticos, tal como um capacete, por exemplo, um fator de segurança é normalmente usado. Tal um fator de segurança é multiplicado com o desvio padrão de valores experimentalmente obtidos, e o resultado subtraído da média para obter o valor projetado. Já que o processo de acordo com a invenção produz artigos moldados com menos variação em propriedades antibalísticas - e, portanto, um desvio padrão menor - que o processo do estado da técnica, um artigo

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4/24 moldado de acordo com a invenção fornece um produto com um valor Vo maior. Vo é a velocidade máxima de uma munição atingindo um alvo sem penetrar nesse alvo. Isso é visto como uma melhor e mais confiável performance antibalística. Uma vantagem adicional é que devido a maior confiança, custo pode ser economizado, por exemplo, usando menos material. Especialmente no caso de superfícies curvadas, uma confiança muito maior é obtida.

[008] Meios de pressurização isostática são aqui intencionados para significar meios de pressurização os quais são capazes de submeter um corpo a igual pressão de cada lado. Em uma modalidade preferida do processo de acordo com a invenção, os meios de pressurização isostáticos compreendem um recipiente preenchido com um líquido de pressurização, e meios para pressurizar o líquido para o nível de pressão consolidado desejado. O recipiente pode, por exemplo, ser fornecido na forma uma autoclave, conhecido por si, cuja autoclave é, de acordo com a invenção, preenchida com um líquido de pressurização adequado, tal como óleo e/ou água, da qual água é preferida porque ela está facilmente disponível e não é perigosa. Meios adequados para pressurizar o líquido, por exemplo, incluem uma bomba, a qual pode fornecer o líquido sob pressão ao recipiente. A pessoa versada na técnica pode facilmente prever outras soluções dentro do escopo da invenção. O uso da água não limita praticamente a faixa de temperatura disponível para consolidar a pilha, já que consolidação é realizada em pressões altas a muito altas, em que o nível da temperatura de ebulição da água é significativamente acima de 100°C.

[009] Uma vantagem adicional do processo de acordo

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5/24 com a invenção é que artigos moldados podem ser produzidos em uma fração do custo de processos conhecidos, em que processos conhecidos fazem uso de uma autoclave como meio de pressurização, ou de placas de pressão, tal como é o caso do processo descrito na US 4.613.535.

[010] No processo de acordo com a invenção o termo monocamada de fibras de reforço unidirecionais se refere a uma camada de fibras de reforço unidirecionalmente orientadas e preferivelmente um aglutinante que basicamente mantém as fibras de reforço juntas. Uma folha compreendendo monocamadas de fibras de reforço unidirecionais e preferivelmente um aglutinante compreende pelo menos 2 monocamadas, segundo a qual cada monocamada compreende fibras unidirecionalmente alinhadas, e segundo a qual a direção da fibra é uma monocamada que está em um ângulo para a direção da fibra em uma monocamada adjacente. Na pilha, a direção da fibra em monocamadas subseqüentes pode estar em uma forma 0/90° ou em forma -45/+45°. O termo fibras de reforço unidirecionalmente orientadas se refere a fibras de reforço em um plano que são essencialmente orientadas em paralelo. Fibra de reforço aqui significa um corpo alongado cuja dimensão de comprimento é maior que as dimensões transversais da largura e espessura. O termo fibra de reforço inclui um monofilamento, um fio de multifilamentos, uma fita, uma tira, uma corda, um fio de fibra descontínua e outros objetos alongados tendo uma seção transversal regular ou irregular. Qualquer fibra natural ou sintética pode em princípio ser usadas como fibra de reforço. Uso pode ser feito, por exemplo, de fibras de metal, fibras de semimetal, fibras inorgânicas, fibras orgânicas ou suas

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6/24 misturas. Para aplicação das fibras em artigos moldados balísticos resistentes, é essencial que as fibras sejam balisticamente eficazes, as quais, mais especificamente, requer que elas tenham uma alta resistência à tração, um alto módulo de elasticidade e/ou uma alta absorção de energia. Tais fibras são no contexto desse pedido também referidas como fibras antibalísticas. É preferido para as fibras de reforço na monocamada da invenção ter uma resistência à tração de pelo menos cerca de 1,2 GPa e um módulo de elasticidade de pelo menos 40 GPa. Essas fibras de reforço podem ser fibras de reforço orgânicas ou inorgânicas.

[011] Fibras de reforço inorgânicas adequadas, por exemplo, são fibras de vidro, fibras de carbono e fibras cerâmicas. Fibras de reforço orgânicas adequadas com tal uma alta resistência à tração, por exemplo, fibras de poliamida aromática (fibras de aramida assim chamadas), especialmente tereftalamida de poli-p-fenileno, polímero cristalino líquido e fibras de polímeros tipo escada, tais como polibenzimidazois ou polibenzoxazois, especialmente poli (1,4-fenileno-2,6-benzobisoxazol) (PBO), ou poli(2,6diimidazo[4,5-b-4',5'-e]piridinileno-1,4-(2,5fenileno)dihidroxi) (PIPD, também conhecido como M5) e fibras, por exemplo, poliolefinas, álcool polivinílico, e poliacrilonitrila que são altamente orientadas, tais como obtidas, por exemplo, por um processo de tecelagem. As fibras de reforço, preferencialmente, têm uma resistência à tração de pelo menos 1,6 GPa, mais preferivelmente pelo menos 2 GPa, ainda mais preferivelmente pelo menos 2,5 GPa ou o mais preferido pelo menos 3 GPa. A vantagem dessas fibras é que elas têm resistência à tração muito alta, de modo que elas

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7/24 são em particular muito adequadas para uso em artigos balísticos resistentes de peso leve.

[012] Poliolefinas adequadas são em particular homopolímeros e copolímeros de etileno e propileno, os quais também contêm pequenas quantidades de um ou mais outros polímeros, em particular outros alceno-1-polímeros.

[013] Bons resultados são obtidos se polietileno linear (PE) é selecionado como a poliolefina. Polietileno linear é aqui entendido para significar polietileno com menos de 1 cadeia lateral por 100 átomos de carbono e, de preferência com menos de 1 cadeia lateral por 300 átomos de carbono; uma cadeia lateral ou ramificação geralmente contendo pelo menos 10 átomos de carbono. O polietileno linear pode ainda conter até 5% em mol de um ou mais outros alcenos que são copolimerizáveis com ele, tais como propeno, buteno, penteno, 4-metilpenteno, octeno. Preferivelmente, o polietileno linear de alta massa molar com uma viscosidade intrínseca (VI, conforme determinado por meio de soluções em decalina a 135°C) de pelo menos 4 dl/g; mais preferivelmente pelo menos de 8 dl/g. Tal Polietileno é também referido como polietileno de ultra-alta massa molar. Viscosidade intrínseca é uma medida do peso molecular que pode ser mais facilmente determinado que os parâmetros reais da massa molar como Mn e Mw. Há várias relações empíricas entre IV e Mw, mas tal relação é altamente dependente da distribuição de peso molecular. Baseado na equação Mw = 5,37 x 104 [VI] 1,37 (ver EP-A1 0.504.954) um VI de 4 ou 8 dl/g, seria equivalente a cerca de 360 Mw, ou 930 kg/mol, respectivamente.

[014] Fibras de polietileno de alta performance (HPPE) consistindo de filamentos de polietileno que foram

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8/24 preparados por um processo de tecelagem, como descrito, por exemplo, em GB 2.042.414 A ou WO 01/73173, são preferivelmente usadas como fibra de reforço ou antibalística. Isso resulta em uma performance antibalística muito boa por unidade de peso. Um processo de tecelagem consiste essencialmente na preparação de uma solução de polietileno linear com uma alta viscosidade intrínseca, tecer a solução em filamentos em uma temperatura acima da temperatura de dissolução, esfriar dos filamentos para abaixo da temperatura de gelificação, de tal que gelificação ocorre, e estirar os filamentos, antes, durante ou após a remoção do solvente.

[015] O termo aglutinante se refere a um material que aglutina ou mantém as fibras de reforço juntas na folha que compreende monocamadas de fibras de reforço unidirecionalmente orientadas, o aglutinante pode incluir as fibras de reforço na sua totalidade ou em parte, de tal forma que a estrutura da monocamada seja retida durante manuseio e fabricação de folhas pré-formada. O aglutinante pode ser aplicado em diversas formas e maneiras, por exemplo, como uma película (por sua fusão pelo menos parcialmente cobrindo as fibras antibalísticas), como uma faixa de ligação transversal ou como fibras transversais (transversal em relação às fibras unidirecionais), ou por impregnação e/ou incorporação de fibras de um material da matriz, por exemplo, com um polímero fundido, uma solução ou uma dispersão de material polimérico em um líquido. Preferivelmente, o material da matriz é homogeneamente distribuído por toda a superfície da monocamada, enquanto que uma tira de ligação ou fibras de ligação podem ser aplicadas localmente.

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Aglutinantes adequados são descritos nos exemplos EP 0.191.306 B1, EP 1.170.925 A1, EP 0.683.374 B1 e EP 1.144.740

A1 .

[016] Em uma modalidade preferida, o aglutinante é um material da matriz polimérica, e pode ser um material termorrígido ou um material termoplástico, ou uma mistura dos dois. O alongamento sob ruptura do material da matriz de preferência é maior do que o alongamento das fibras. O aglutinante de preferência tem um alongamento de 2 a 600%, mais preferivelmente um alongamento de 4 a 500%. Materiais termoplásticos e termorrígidos da matriz adequados são enumerados, por exemplo, em WO 91/12136 A1 (páginas 15-21). No caso do material da matriz ser um polímero termorrígido, ésteres de vinila, poliésteres insaturados, resinas epóxi ou fenólicas são preferencialmente selecionados como material da matriz. No caso do material da matriz ser um polímero termoplástico, poliuretanos, polivinilas, poliacrílicos, poliolefinas e copolímeros em bloco termoplásticos elastoméricos tais como copolímeros em bloco de poliisopropeno-polietileno-butileno-poliestireno ou poliestireno-poliisopreno-poliestileno são preferivelmente selecionados como material da matriz. Preferivelmente o aglutinante consiste de um polímero termoplástico, cujo aglutinante de preferência completamente reveste os filamentos individuais de ditas fibras de reforço em uma monocamada, e cujo aglutinante tem um módulo de elasticidade (determinado de acordo com a norma ASTM D638, a 25°C) de pelo menos 250 MPa, mais preferivelmente pelo menos 400 MPa. Tais resultados de um aglutinante em alta flexibilidade de uma folha compreendendo uma monocamada, e de uma elevada

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10/24 rigidez suficiente em uma pilha consolidada.

[017] Preferivelmente, a quantidade de aglutinante na monocamada é no máximo 30% em massa, mais preferivelmente no máximo 25, 20, ou mesmo no máximo 15% em massa. Isso resulta na melhor performance balística. A quantidade do aglutinante preferivelmente é pelo menos 0,2% em peso, mais preferivelmente pelo menos 0,5% em peso, ainda mais preferivelmente pelo menos 1% em peso e o mais preferido pelo menos 3% em peso.

[018] No processo de acordo com a invenção uma pilha é formada pelo empilhamento de 2 ou mais folhas compreendendo monocamadas de fibras anti-balísticas unidirecionais e um aglutinante segundo a qual na pilha, a direção da fibra em uma monocamada está de preferência em um ângulo α em relação a direção da fibra em uma camada adjacente, segundo o qual α está preferivelmente entre 5 e 90° e mais preferivelmente entre 45 e 90° e o mais preferido entre 75 e 90°. O artigo resistente à balística de acordo com a invenção compreende pelo menos 2 folhas compreendendo monocamadas de fibras antibalísticas unidirecional e de preferência um aglutinante. Preferivelmente o artigo resistente à balística de acordo com a invenção compreende, pelo menos, pelo menos, 40 monocamadas unidirecionais, mais preferivelmente pelo menos 80 monocamadas unidirecionais, ainda mais preferivelmente pelo menos 120 monocamadas unidirecional e o mais preferido pelo menos 160 monocamadas unidirecionais.

[019] Em uma modalidade preferida do processo, a pilha obtida é colocada em um revestimento flexível que é substancialmente impermeável ao líquido de pressurização, antes da etapa (d), segundo a qual a consolidação da pilha

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11/24 ocorre. Ao envolver a pilha no tal revestimento flexível, a pressão desenvolvida pelo líquido de pressurização é transmitida isotropicamente as superfícies da pilha, incluindo sua superfície superior, superfície inferior e superfície lateral. Esta modalidade preferida distribui a pressão mais homogeneamente sobre o artigo moldado, substancialmente independente da variação da densidade da área do material. Uma vantagem adicional é que os artigos obtidos pelo método inventado também mostram uma translucência mais homogênea. Translucência pode ser facilmente detectada iluminando o artigo moldado a partir de um lado com uma fonte luminosa adequada.

[020] Uma outra modalidade da presente invenção se refere ao caso em que a ‘fibra de reforço' é uma fita ou uma tira e a fita ou tira é formada em uma folha do material.

Tal folha do material pode ser devidamente utilizada no processo de acordo com a invenção, e tal folha do material pode compreender tecidos tecidos de qualquer estrutura.

[021] Estruturas de tecido tecido adequadas podem incluir tafetá, sarja, cesto, cetim, cetim pé-de-galinha e outros. Particularmente preferida é uma folha do material, segundo o qual o tecido tecido tem uma estrutura de tafetá. Tal uma estrutura oferece uma folha do material estável, que é facilmente processada no processo de acordo com a invenção. Também, essa modalidade apresenta uma excelente performance antibalística. Outra modalidade preferida da folha do material compreende um tecido tecido com uma estrutura de sarja de preferência com uma freqüência de entrelaçamento variando de 3 - 30:1, e mais preferivelmente entre 7 - 21:1. Uma freqüência de entrelaçamento de x:1 significa que

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12/24 entrelaçamento de urdidura (fita ou tira) x trama (fita ou tira).

[022] A fita ou tira preferivelmente é feita de uma poliolefina, mais preferivelmente de um polietileno linear, mais ainda preferivelmente de um polietileno de alta performance.

[023] Largura da fita ou tira de preferência é pelo menos 5 mm, mais preferivelmente pelo menos 10 mm, mais ainda preferivelmente pelo menos 20 mm, o mais preferido pelo menos 30 mm. Em princípio, não existe limitação para a largura, mas para efeitos práticos, será geralmente inferior a 500 mm, de preferência menos de 250 mm.

[024] Espessura das fitas ou tiras de preferência é pelo menos 5 pm, mais preferivelmente pelo menos 8 pm, ainda mais preferivelmente pelo menos 16 pm, o mais preferível pelo menos 20 pm. Espessura das fitas ou tiras de preferência é no máximo 120 pm, mais preferivelmente no máximo 50 pm, ainda mais preferivelmente no máximo 29 pm.

[025] A densidade da área dos artigos moldados depende do nível de proteção desejado, e pode variar entre as amplas faixas. De preferência, a densidade da área está entre 2 a 40 kg/m2. Abaixo de 2 kg/m2, o nível de proteção é menos ideal para a maioria dos perigos, enquanto que acima de 40 kg/m2 o peso total do artigo moldado freqüentemente irá ser muito alto, especialmente para a proteção do corpo, tais como capacetes. O faixa entre 5 e 10 kg/m2 é uma faixa preferida para a proteção contra armas de mão e similares, e tais artigos podem ser produzidos em pressões relativamente baixas, por exemplo, abaixo de 7 MPa, e até mesmo abaixo de

MPa.

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13/24 [026] De acordo com outro processo preferido da invenção, a pilha é colocada em um molde, antes da etapa (d), segundo a qual a consolidação da pilha ocorre, e molde é pelo menos parcialmente pressurizado pelos meios de pressurização. O molde compreende pelo menos uma parte do molde na forma do artigo conformado - quer em conformidade com a superfície superior e/ou na superfície inferior da pilha - e/ou uma parte periférica do molde. As partes fixa do molde não transmitem a pressão do líquido de pressurização para a superfície correspondente da pilha. Preferivelmente, o processo de acordo com a invenção usa um molde, projetado de modo a que as superfícies laterais da pilha não são substancialmente pressurizadas. Isso pode ser mais preferivelmente realizado por um molde que compreende pelo menos uma parte do molde na forma do artigo conformado, e uma parte periférica do molde que é fixa, o que não transmite a pressão dos meios de pressurização sobre as superfícies laterais da pilha. Nesta modalidade preferida, a pressão isostática é em grande parte transmitida para a superfície superior do molde apenas.

[027] Ao usar um molde macho ou fêmea, e após a pilha ter sido posicionada sobre o molde, a pilha é revestida com um revestimento flexível, e selada em torno da borda periférica do molde, de tal forma que nenhuma entrada de água substancialmente ocorre. Subseqüentemente a pilha é colocada em um meio de pressurização isostático, tal como um recipiente, e consolidada sob temperatura e pressão em um artigo moldado, ou seja, um artigo moldado curvado fornecendo líquido pressurizado para o recipiente. No caso do material da matriz ser um polímero termoplástico, consolidação é

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14/24 realizada pelo resfriamento da pilha após a fusão do polímero termoplástico. No caso do material da matriz ser um polímero termorrígido, consolidação é realizada pelo aquecimento e reagindo o polímero termorrígido. Subseqüentemente a pilha é resfriada. Depois de consolidar, a pilha consolidada é obtido, pela qual significa que as monocamadas estão firmemente ligadas uma a outra na pilha. Isso impede delaminação sob uso normal.

[028] De acordo com a invenção, a temperatura durante a consolidação é controlada pela temperatura do líquido de pressurização. Isso elimina a necessidade de um molde aquecido, o que reduz os custos de forma significativa. Além disso, se estiver usando um molde em uma modalidade preferida do processo, tal um molde pode ser feito muito menos resistente, pois o molde é carregado menos severamente que ao utilizar as placas de pressão, por exemplo. Embora não seja necessário, o uso de um molde aquecido no processo da invenção pode ter vantagens.

[029] Compressão em uma temperatura elevada é intencionada para significar que o artigo moldado é submetido à pressão dada por um tempo de compressão particular em uma temperatura de compactação acima do ponto de fusão ou de amolecimento do material da matriz plástica e abaixo do ponto de amolecimento e fusão das fibras. O tempo de compressão e temperatura de compressão requeridos dependem do tipo de fibra e do material aglutinante opcional e da espessura do artigo moldado e podem ser facilmente determinados por uma pessoa versada na técnica. A temperatura durante a fusão ou reação, geralmente é escolhida abaixo da temperatura em que a fibra antibalística perde suas altas propriedades

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15/24 mecânicas devido, por exemplo, a fusão. De preferência, a temperatura é pelo menos 15°C, mais preferivelmente pelo menos 10°C e ainda mais preferivelmente pelo menos 5°C abaixo da temperatura de fusão da fibra. No caso da fibra de reforço não apresentar uma temperatura de fusão clara, a temperatura em que a fibra começa a perder suas propriedades mecânicas deve ser lida em vez da temperatura de fusão. A temperatura na qual a fibra começa a perder suas propriedades mecânicas nesse pedido é referida como temperatura de amolecimento. No caso do exemplo de fibras de HPPE, geralmente tendo uma temperatura de fusão de 155°C, uma temperatura de compressão de preferência abaixo de 145°C, mais preferivelmente abaixo de 135°C, geralmente será a escolhida. A temperatura mínima geralmente é escolhida de forma que uma velocidade razoável de consolidação é obtida. A este respeito, 50°C é um limite de temperatura inferior adequado, de preferência este limite inferior é de pelo menos 75°C, mais preferivelmente pelo menos 95°C, mais preferivelmente pelo menos 115°C.

[030] A pressão durante a consolidação da preferência é pelo menos 10 MPa, mais preferivelmente pelo menos 13 MPa, ainda mais preferivelmente pelo menos 20 MPa e mais preferivelmente pelo menos 25 MPa. Desta forma, uma melhor performance antibalística é alcançada. O processo de acordo com a invenção facilmente permite produzir tais níveis de pressão de alta a muito alta. O uso da pressurização isostática significa não somente permite a obtenção de uma boa resistência balística, mas o nível de proteção em particular mostra uma menor variação no volume do artigo moldado. A diferença com o processo conhecido é particularmente aparente para os artigos moldados com

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16/24 conformações intrincadas (curvas).

[031] O tempo ideal para a consolidação geralmente varia de 5 a 120 minutos, dependendo das condições, tais como temperatura, pressão e espessura da parte e pode ser verificado através da experimentação de rotina.

[032] Resfriamento sob pressão é intencionado para significar que a pressão é (pelo menos em parte) mantida durante o resfriamento pelo menos até um nível de temperatura em que a estrutura do artigo moldado pode não mais relaxar sob pressão atmosférica de modo que sua performance antibalística não pode diminuir. Esta temperatura é facilmente comprovada por uma pessoa versada na técnica. Preferencialmente o resfriamento é realizado enquanto mantém a pressão de consolidação. Isso gera uma performance antibalística maior. No caso das fibras de polietileno, o resfriamento é feito até que o artigo moldado alcance uma temperatura de no máximo 80°C, de preferência, no máximo 65°C, mais preferivelmente no máximo 50°C. Tão logo o artigo moldado atingir esta temperatura o recipiente e/ou o molde pode ser aberto e o artigo moldado é liberado do recipiente e/ou molde. Possíveis restos são subseqüentemente cortados do artigo moldado. Além disso, o artigo moldado pode ainda ser processado através de técnicas mecânicas conhecidas como serragem, trituração, perfuração para as dimensões finais desej adas.

[033] Em outra modalidade o artigo resistente à balística de acordo com a invenção compreende uma camada adicional, aqui referida com outra folha, de material selecionado do grupo que consiste de cerâmica, metal, de preferência aço, alumínio, titânio, magnésio, níquel, cromo

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17/24 e ferro ou suas ligas, vidro e grafite, ou combinações dos mesmos. A outra folha de material pode ser incorporada na pilha e formada com a pilha. Também é possível usar a outra folha de material como parte do molde, desde que tenha rigidez suficiente. Um material particularmente preferido para a outra folha é de metal. Nesse caso, o metal na folha de metal, de preferência, tem um ponto de fusão de pelo menos 350°C, mais preferivelmente pelo menos 500°C, mais preferivelmente pelo menos 600°C. Metais adequados incluem alumínio, magnésio, titânio, cobre, níquel, cromo, berílio, ferro e cobre, incluindo suas ligas, como, por exemplo, aço e aço inoxidável e de ligas de alumínio com magnésio (chamado de alumínio de série 5000), e ligas de alumínio com zinco e magnésio ou com zinco, magnésio e cobre (chamado de alumínio de série 7000). Em ditas ligas a quantidade de, por exemplo, alumínio, magnésio, titânio e ferro, de preferência, é pelo menos 50% em peso. Folhas de metal preferidas compreendendo alumínio, magnésio, titânio, níquel, cromo, berílio, ferro, incluindo as suas ligas. Mais preferivelmente a folha de metal é baseada em alumínio, magnésio, titânio, níquel, cromo, ferro e suas ligas. Isso resulta em um artigo antibalística leve com uma boa durabilidade. Ainda mais preferivelmente o ferro e suas ligas na folha de metal tem uma dureza de Brinell de pelo menos 500. Mais preferivelmente a folha de metal é baseada em alumínio, magnésio, titânio e suas ligas. Isso resulta no artigo antibalístico mais leve com maior durabilidade. Durabilidade nesse pedido significa o tempo de vida de um compósito sob condições de exposição ao calor, umidade, luz e radiação de ultravioleta. Embora a outra folha de material possa ser posicionada em qualquer

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18/24 lugar na pilha de monocamadas, o artigo resistente à balística preferido é caracterizado em que a outra folha de material é posicionada na parte externa da pilha de monocamadas, mais preferivelmente pelo menos na sua face de ataque.

[034] O artigo resistente à balística acordo com a invenção compreende de preferência uma outra folha do material descrito acima tendo uma espessura de no máximo 75 mm. De preferência, a espessura máxima da outra folha de material é, no máximo, 50 mm, mais preferivelmente, no máximo, 25 mm, ainda mais preferivelmente, no máximo, 10 mm e o mais preferido no máximo 5 mm. Isso resulta em um melhor equilíbrio entre o peso e as propriedades antibalísticas. De preferência, também, a espessura da outra folha, de preferência, uma folha de metal, é pelo menos 0,25 mm, mais preferivelmente pelo menos 0,5 mm, e mais preferivelmente pelo menos 0,75 mm. Isso resulta em ainda uma melhor performance antibalística.

[035] A outra folha pode opcionalmente ser prétratada, a fim de melhorar a aderência com a folha do material de multicamadas. Pré-tratamento adequado da outra folha inclui ainda tratamento mecânico, por exemplo, encrespamento ou limpeza de sua superfície lixando ou triturando, por ataque químico com, por exemplo, ácido nítrico e laminando película de polietileno.

[036] Em outra modalidade do artigo resistente à balística uma camada de ligação, por exemplo, um adesivo, pode ser aplicada entre a outra folha e folha do material de multicamadas. Tal adesivo pode incluir uma resina epóxi, resina de poliéster, uma resina de poliuretano ou resina de

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19/24 viniléster. A camada de ligação de preferência, tem um baixo peso, em relação ao peso total do artigo moldado. Preferencialmente, o peso da camada de ligação é menor que 30%, mais preferivelmente menor que 20%, mais ainda preferivelmente menor que 10%, e o mais preferido menor que 5% do peso total do artigo moldado. Em outra modalidade preferida, a camada de ligação pode ainda compreender um uma camada de tecido ou não tecido de fibra inorgânica, por exemplo, fibra de vidro ou fibra de carbono. Também é possível ligar a outra folha a folha do material por meios mecânicos, tais como, por exemplo, parafusos, grampos e conectores de agulha. No caso em que o artigo resistente à balística acordo com a invenção é utilizado em aplicações balísticas onde o perigo contra as chamadas munições Armou piercing (AP) podem ser encontradas a outra folha preferivelmente compreende uma folha de metal revestida com uma camada de cerâmica. Desta forma, um artigo antibalístico é obtido com uma estrutura em camadas da seguinte forma: camada de cerâmica/folha/metal/pelo menos duas folhas unidirecionais com a direção das fibras de reforço na folha unidirecional em um ângulo α com a direção das fibras de reforço em uma folha unidirecional adjacente. Materiais de cerâmica adequados incluem, por exemplo, óxido de alumina, óxido de titânio, óxido de silício, carbeto de silício e carboneto de boro. A espessura da camada de cerâmica depende do nível de perigo balístico, mas geralmente varia entre 2 mm e 30 mm. Este artigo resistente à balística é de preferência posicionado de tal forma que a camada de cerâmica faceia o perigo balístico.

[037] Durante a formação da pilha no processo de

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20/24 acordo com a invenção, opcionalmente, pelo menos, uma camada de tecido de fibra antibalística pode ser colocada em 2 ou mais folhas compreendendo monocamadas de fibras unidirecionais antibalísticas e, de preferência, um aglutinante. Esta camada de tecido de uma fibra antibalística é de preferência posicionada de tal forma na pilha de que o tecido está mais próximo de uma face de ataque do artigo moldado obtido com o processo. A face de ataque do artigo moldado é o lado do produto que faceia o impacto balístico.

[038] De preferência no processo de acordo com a invenção, as fibras unidirecionais antibalísticas na camada de tecido são baseadas no mesmo tipo de polímero. Isso produz um artigo moldado com menor chance de delaminação entre a pilha e o tecido. Mais preferivelmente, esta fibra antibalística é baseada em polietileno.

[039] Em uma modalidade preferida do processo de acordo com a invenção a fibra antibalística em pelo menos uma das camadas mais próxima à face de ataque está incorporada em uma matriz termorrígida. Mais preferivelmente a segunda fibra antibalística na camada de tecido é incorporada em uma matriz termorrígida. Desta forma, um artigo de forma mais rígida é obtido. Esta matriz termorrígida é escolhida do grupo de polímeros termorrígidos como listados acima.

[040] O processo de acordo com a invenção também pode ser conduzido na mesma maneira favorável com uma pilha de tecido em vez de uma pilha de camadas de fibras unidirecionais balísticas. Mais preferido, entretanto, é o processo de acordo com a invenção com monocamadas de fibras unidirecionais antibalísticas uma vez que tal processo

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21/24 resulta em um produto com uma alta performance antibalística.

[041] Além disso, o processo de acordo com a invenção produz capacetes com um peso expresso como densidade da área de menos de 25 kg/m2 com um V0 contra munições AK47 MSC de mais de 650 m/s. De preferência, tal capacete é baseado em fibra de polietileno. Tal capacete fornece a melhor proteção contra munições AK47. Mais preferivelmente a invenção produz capacetes com um peso menor que 20 kg/m2, mais preferivelmente menor que 18 kg/m2 e ainda mais preferivelmente menor que 16 kg/m2 e o mais preferido menor que 14 kg/m2 e tendo um V0 contra munições AK47 MSC de mais de 650 m/s, mais preferivelmente tendo um V0 de mais de 660 m/s.

[042] O processo de acordo com a invenção fornece um artigo moldado com menor variação em performance balística entre as posições sobre o artigo moldado curvado que artigos moldados produzidos por um processo de acordo com U.S 4.613.535. Conseqüentemente a presente invenção também se refere a um artigo moldado curvado obtido pelo processo de acordo com a invenção. Artigos moldados curvados obteníveis pelo processo de acordo com a invenção incluem, por exemplo, capacetes, casca do capacete, painéis curvados, cones e cúpulas. Nesta aplicação curvado em um objeto curvado significa que se tal objeto curvado é colocado sobre uma superfície plana, pelo menos uma parte do objeto curvado projeta-se pelo menos 3 centímetros acima de dita superfície plana. Mais preferivelmente, pelo menos uma parte do objeto curvado projeta-se pelo menos 5 centímetros acima de dita superfície plana, ainda mais preferivelmente pelo menos uma parte do objeto curvado projeta-se pelo menos 8 centímetros

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22/24 acima de dita superfície plana, preferivelmente pelo menos uma parte do objeto curvado projeta-se pelo menos 12 centímetros acima de dita superfície plana.

[043] Os artigos moldados curvados obtidos pelo processo de acordo com a invenção são muito adequados para uso na fabricação de artigos antibalísticos.

[044] A presente invenção irá agora ainda ser elucidada através dos seguintes exemplos e experimentos comparativos, sem ser limitada aos mesmos.

EXEMPLO [045] Uma pilha foi produzida com 200 monocamadas compreendendo fibras unidirecionalmente alinhadas, em que a direção da fibra é uma monocamada que está em um ângulo de 90° em relação a uma monocamada adjacente. Cada monocamada compreendendo fibras de polietileno tecidas tendo uma resistência de 35 cN/dtex e 19% em peso de uma matriz de poliuretano e em que a densidade da área da monocamada é de 63 g/m2. A pilha completa foi posicionada entre duas partes do molde em forma de um capacete e pré-formada em uma prensa padrão em temperatura ambiente. A pilha pré-formada foi então posicionada de cima para baixo em uma parte fêmea do molde na forma de capacete a ser produzida. A pilha e molde feminino foram então revestidos com um material deformável elástico, tal como para torná-lo substancialmente impermeável. O conjunto foi então colocado em uma hidroclave, preenchida de água. A temperatura da água era de cerca de 120-130°C. A chaminé foi retida na hidroclave até que a temperatura no centro da pilha ser cerca de 115-125°C, e a pilha foi mantida nessa temperatura durante 15 min. A pressão da água era cerca de 20 MPa. Depois de consolidar a pilha,

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23/24 ela foi resfriada para uma temperatura de 60°C na mesma pressão da água, e finalmente removida da hidroclave e desmoldada.

EXPERIMENTO COMPARATIVO A [046] Uma pilha foi produzida com 200 monocamadas compreendendo fibras unidirecionalmente alinhadas, em que a direção da fibra é uma monocamada que está em um ângulo de 90° em relação a uma monocamada adjacente. Cada monocamada compreendendo fibras de polietileno tecido com uma resistência de 35 cN/dtex e 19% em peso de uma matriz de poliuretano e em que a densidade da área da monocamada é de 63 g/m2. A pilha completa foi posicionada entre duas partes do molde de aço em forma de um capacete e pressurizada em uma prensa padrão. A temperatura do molde era cerca de 125130°C. A pilha foi retida no molde até que a temperatura no centro da pilha fosse de 120°C. Subseqüentemente, a pressão foi aumentada para uma pressão de cerca de 20 MPa, e a pilha foi mantida sob essa pressão e temperatura por 15 min. Em seguida, a pilha foi resfriada para uma temperatura de 60°C com a mesma pressão de compressão.

PROCEDIMENTO DE TESTE [047] Os capacetes obtidos foram disparados de acordo com o procedimento previsto em NIJ 01.08.01. A determinação de V50 foi feita de acordo com Stanag 2920. Uso foi feito de uma munição referida como AK-47 Mild Steel Core (MSC) point (ou seja, dimensões 7,62 x 39 mm, fabricada pela Sellier & belliot, República Tcheca).

RESULTADOS [048] Os valores V50 obtidos, incluindo suas variações padrão são apresentados na Tabela 1. Os valores de

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V50 declarados foram calculados da densidade da área total do artigo moldado resistente à balística . Também declarados são os valores de V0, calculados para um determinado fator de segurança, e indicativos da velocidade em que todas munições irão parar pelo capacete.

Parâmetro / Amostra	Exemplo I	Exemplo Comparativo A
V50 (m/s)	691	808
Desvio padrão em V50 (m/s)	4,9	40,3
Fator de segurança	4	4
V0 (m/s)	672	647

Tabela 1: Resultados de testes antibalísticos [049] Os resultados indicam que os painéis produzidos na hidroclave têm um desvio padrão muito menor que os painéis produzidos pelo processo de moldagem por compressão conhecido. Isto significa que o processo de acordo com a invenção produz capacetes com um valor de V0 maior em um determinado peso do produto. Devido ao fato de que a pressão é aplicada isostáticamente pelo menos uma superfície do artigo moldado, uma performance uniforme é obtida. O capacete de acordo com a invenção, portanto, fornece uma melhor e mais confiável proteção a uma certa velocidade de munições que o capacete conhecido.

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Claims

Reivindicações

1. Processo para a fabricação de um artigo moldado resistente à balística, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de

a) formar uma pilha através do empilhamento de 2 ou mais folhas compreendendo monocamadas de fibras de polietileno lineares unidirecionais com uma viscosidade intrínseca de pelo menos 8 dl/g medidos em decalina a 135°C e no máximo 30% em peso de um material da matriz que consiste de um polímero termoplástico com um módulo de elasticidade de pelo menos 250 MPa, determinado de acordo com a norma ASTM D638, a 25°C, e em que, na pilha, a direção da fibra de reforço está em um ângulo α em relação a direção da fibra em uma monocamada adjacente,

b) fornecer meios de pressurização isostática;

c) colocar a pilha nos meios de pressurização isostática;

d) consolidar a pilha em uma temperatura e pressão elevadas de pelo menos 10MPa em um artigo moldado resistente à balística.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de pressurização isostática compreendem um recipiente preenchido com um líquido de pressurização, e meios para pressurizar o líquido para o nível de pressão de consolidação desejada.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que antes da etapa d), a pilha é colocada em um revestimento flexível, que é substancialmente impermeável ao líquido de pressurização.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das

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2/3 reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a pilha é colocada no molde antes de pressurizar, pelo menos parcialmente, o molde através dos meios de pressurização na etapa d).
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o molde é projetado de forma que as superfícies laterais da pilha não são substancialmente pressurizadas.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o molde compreende pelo menos uma parte do molde na forma do artigo moldado, e uma parte periférica do molde que é fixa, tal que não transmite a pressão dos meios de pressurização nas superfícies laterais da pilha.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o artigo é um artigo curvado.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa d) é realizada em uma pressão de pelo menos 13 MPa.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa d) é realizada a uma pressão de pelo menos 20 MPa.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a etapa d) é realizada a uma temperatura de pelo menos 10 °C abaixo da temperatura de fusão, respectivamente temperatura de amolecimento da fibra.
11. Artigo moldado resistente a balística caracterizado por ser obtido através do processo conforme

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3/3 definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
12. Artigo moldado resistente à balística, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos 40 monocamadas unidirecionais ou pelo menos 20 folhas do material.
13. Artigo moldado resistente à balística, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende uma folha adicional de material selecionado do grupo que consiste de cerâmica, aço, alumínio, titânio, magnésio, níquel, cromo e ferro ou suas ligas, vidro e grafite, ou combinações dos mesmos.
14. Artigo moldado resistente à balística, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a folha adicional de material é posicionada na parte externa da pilha de monocamadas pelo menos em sua face de ataque.
15. Artigo moldado resistente à balística, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que uma camada de ligação está presente entre a folha adicional de material e a pilha de monocamadas, a camada de ligação compreendendo uma camada de tecido ou não tecido de fibra inorgânica.
16. Artigo moldado resistente à balística, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que é curvado.
17. Artigo moldado resistente à balística curvado, caracterizado pelo fato de que é tal como um capacete com um peso menor que 25 kg/m² com um V0 contra munições AK47 MSC de mais que 650 m/s.

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