ES2340095T3 - Procedimiento para producir paneles flexibles que comprenden laminados de cintas polimeros dispuestos unidireccionalmente. - Google Patents

Procedimiento para producir paneles flexibles que comprenden laminados de cintas polimeros dispuestos unidireccionalmente. Download PDF

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Abstract

Un panel flexible que comprende una pluralidad de laminados individuales, estando constituidos los laminados por al menos dos monocapas de cintas poliméricas unidas dispuestas unidireccionalmente, siendo la dirección de las cintas poliméricas la misma en cada monocapa y estando las cintas poliméricas de cada monocapa desfasadas respecto a las cintas de la monocapa adyacente, caracterizado porque los laminados están superpuestos uno sobre otro y asegurados unos a otros mediante puntos de unión o líneas de unión separados.

Description

Procedimiento para producir paneles flexibles que comprenden laminados de cintas poliméricas dispuestas unidireccionalmente.
La presente invención se refiere a paneles flexibles que comprenden laminados, estando constituidos los laminados por al menos dos monocapas de cintas poliméricas dispuestas unidireccionalmente y un procedimiento para fabricar dichos paneles. Los paneles flexibles de acuerdo con la invención pueden usarse para ropa antibalas.
La ropa antibalas puede comprender placas rígidas, por ejemplo placas metálicas, cerámicas o poliméricas, como piezas intercaladas en chalecos de protección antibalas. Con este tipo de ropa no se garantiza que el usuario tenga la libertad de movimiento necesaria para el ejercicio de sus funciones. Además de su peso relativamente alto, el hecho de que las piezas intercaladas del chaleco carezcan de flexibilidad los hace muy poco cómodos de lle-
var.
Existe como alternativa ropa de protección antibalas constituida por múltiples capas de estructuras textiles planas. Muy frecuentemente se usan tejidos de fibra de aramida en las capas protectoras individuales de la ropa antibalas. Además, se ha sugerido el uso en ropa antibalas de telas no tejidas y de otras estructuras planas textiles fabricadas con fibras de polietileno de gran tenacidad. Dicha ropa se denomina también ropa "antibalas blanda" y persigue disminuir el peso del blindaje corporal a la vez que se mejora su comodidad y se mantiene o incluso se mejora su actuación frente al impacto.
Es un objeto de la presente invención proporcionar un panel flexible y un procedimiento para fabricar un panel flexible para su uso en aplicaciones antibalas blandas que cumplan el actual deseo de disminuir el peso del blindaje corporal a la vez que se mejora su comodidad y se mantiene o incluso se mejora su actuación frente al impacto.
Este objeto se alcanza mediante un panel flexible que comprende una pluralidad de laminados individuales, estando constituidos los laminados por al menos dos monocapas de cintas poliméricas unidas, siendo la dirección de las cintas poliméricas la misma en cada monocapa y estando las cintas poliméricas de cada monocapa desfasadas respecto a las cintas de la monocapa adyacente, caracterizado porque los laminados están apilados uno sobre otro y asegurados unos a otros mediante puntos de unión o líneas de unión separados.
El objeto de la presente invención también se alcanza mediante un procedimiento para fabricar un panel flexible que comprende una pluralidad de laminados individuales, estando constituidos los laminados por al menos dos monocapas de cintas poliméricas unidas, siendo la dirección de las cintas poliméricas la misma en cada monocapa y estando las cintas poliméricas de cada monocapa desfasadas respecto a las cintas de la monocapa adyacente, caracterizado porque los laminados están superpuestos uno sobre otro y asegurados unos a otros mediante puntos de unión o líneas de unión separados.
Debido a los puntos de unión o a las líneas de unión separados, el panel permanecerá muy flexible, a diferencia de los paneles que están unidos por toda su superficie. Los paneles absorben la energía del impacto al que son sometidos con un alto grado de absorción de energía.
Los puntos de unión o las líneas de unión pueden estar localizados en los bordes del panel. De preferencia, los puntos de unión o las líneas de unión están localizados en el centro de los paneles. No obstante, es más preferente que los puntos de unión o las líneas de unión que aseguran los laminados apilados uno sobre otro no estén alineados en laminados adyacentes. La localización de los puntos o líneas de unión de dos laminados está, por lo tanto, desfasada respecto a los puntos o líneas de unión de los laminados adyacentes a los dos laminados. Así, puede obtenerse un panel muy flexible que, cuando se somete a una flexión, muestra una baja formación de arrugas de los laminados sometidos al radio de flexión menor, es decir, al radio de flexión interior. En una realización preferente del panel de acuerdo con la invención, los laminados están asegurados a laminados adyacentes de un modo alterno de puntos o líneas de unión en el centro del laminado y en los bordes del laminado.
Los laminados pueden asegurarse unos a otros por medio de un hilo, por ejemplo mediante cosido o tejido.
Como alternativa, los laminados pueden asegurarse unos a otros mediante remaches, preferentemente remaches fabricados de material polimérico.
Los laminados también pueden asegurarse unos a otros mediante juntas soldadas. La soldadura puede realizarse mediante soldadura ultrasónica o soldadura láser.
El panel de acuerdo con la presente invención puede usarse como pieza intercalada en chalecos de protección antibalas. No obstante, es preferente que los paneles sean de tal forma que pueda conformarse a partir de los mismos un blindaje corporal blando adaptado al cuerpo, es decir, chalecos antibalas blandos.
En la apariencia externa, el blindaje corporal puede diseñarse tomando como modelo blindajes corporales de la técnica anterior, por ejemplo en forma de un chaleco o una chaqueta.
Los laminados individuales de los que están comprendidos los paneles de acuerdo con la invención pueden tener un grosor de 10 \mum a 1500 \mum, preferentemente de 50 \mum a 1500 \mum, más preferentemente de 50 \mum a 1000 \mum, y lo más preferente de 50 \mum a 500 \mum.
En una realización preferente, los paneles comprenden al menos 2, preferentemente al menos 4 laminados individuales que están apilados uno sobre otro, más preferentemente al menos 10 laminados individuales y del modo más preferente al menos 50 laminados individuales. El panel de acuerdo con la invención puede comprender 100 o hasta 500 laminados individuales.
En la técnica anterior las cintas poliméricas sólo se han usado para materiales balísticos rígidos, denominados aplicaciones balísticas duras. Por ejemplo, el documento US 5,578,370 divulga un panel resistente al impacto adecuado para protección antibalas. Dicho panel está formado por un apilamiento de dos o más mallas superpuestas de elementos alargados entrecruzados. El apilamiento de dos o más mallas superpuestas se consolida calentando el apilamiento para formar una hoja de varias capas, es decir, un panel. El documento GB 1387701 divulga una tela de plástico no tejida formada disponiendo una pluralidad de cintas de plástico unidireccionales a través de un segundo grupo de cintas poliméricas dispuestas unidireccionalmente, y la posterior unión en los puntos de entrecruzamiento.
Las cintas que forman los laminados de los que están comprendidos los paneles están dispuestas en una relación paralela, es decir, lado con lado, y la dirección de las cintas es la misma en cada monocapa. Las monocapas de los laminados no están plegadas de forma transversal en ángulo unas con respecto a otras. El número de cintas por monocapa puede ser, por ejemplo, de hasta 10, de hasta 100, de hasta 1000, pero también de hasta 10.000 o más. Las monocapas están apiladas de modo que las cintas de cada capa están desfasadas respecto a las cintas de la monocapa adyacente superior o inferior a dicha capa. Así, las uniones entre cintas adyacentes de una monocapa están cubiertas por las cintas de la monocapa adyacente inferior y superior a dicha capa. Las cintas pueden estar dispuestas en paralelo unas a otras, solapándose cada cinta polimérica de una monocapa con la cinta polimérica que está situada de forma adyacente a la misma. Las cintas poliméricas que se usan en el procedimiento de acuerdo con la invención pueden ser monofilamentos hilados. El término monofilamento tal como se usa en el presente documento abarca cualquier filamento sencillo hilado individualmente, por ejemplo mediante hilado de fusión o hilado de gel.
Las cintas también podrían fabricarse en una extrusión en estado sólido (SSE) o ahusarse a partir de material sólido seguido de un estirado posterior.
Las cintas poliméricas usadas en el procedimiento de acuerdo con la invención también pueden fabricarse cortando o haciendo tiras una película polimérica. La película polimérica puede laminarse, estirarse o incluso sobreestirarse para lograr la resistencia a la tracción necesaria.
Los laminados se puede fabricar formando una primera monocapa de cintas poliméricas pretensando las cintas poliméricas y subsecuentemente situando las cintas poliméricas en tensión de un modo paralelo, unidireccional, formando al menos una segunda monocapa sobre la primera monocapa de modo similar a como se forma la primera monocapa, apilando de este modo las al menos dos monocapas de cintas poliméricas de una manera tal que la dirección de las cintas poliméricas sea la misma en cada monocapa y que las cintas poliméricas de cada monocapa estén desfasadas con respecto a las cintas de la monocapa adyacente superior o inferior a dicha monocapa y compactando las monocapas así apiladas de cintas poliméricas obteniendo un laminado.
Obsérvese que el laminado puede comprender más de 2, por ejemplo 3, 4 o hasta 25, incluso hasta 50 o hasta 100 monocapas de cintas poliméricas todas apiladas de un modo tal que la dirección de las cintas poliméricas sea la misma en cada monocapa y que las cintas poliméricas de cada monocapa estén desfasadas con respecto a las cintas de la monocapa adyacente superior o inferior a dicha monocapa.
La compactación de las monocapas apiladas que forman el estratificado se realiza de un modo conocido por un experto en la técnica, preferentemente aplicando presión y calor a las monocapas apiladas, por ejemplo mediante termolaminado.
Es preferente que las cintas que se usan en un procedimiento de acuerdo con la presente invención tengan una resistencia a la tracción de al menos 200 Mpa, más preferentemente que las cintas poliméricas tengan una resistencia a la tracción de al menos 400 MPa. Dependiendo del material polimérico y de la relación de estirado, las cintas poliméricas pueden mostrar una resistencia a la tracción de al menos 800 Mpa y de hasta 20 GPa.
La resistencia a la tracción de las cintas poliméricas se mide de acuerdo con la norma ASTM D638.
Las cintas se pueden seleccionar del grupo consistente en polietileno, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno, poliamida, poli(tereftalato de butadieno) y poli(tereftalato de etileno), poli(naftalato de etileno), poli(alcohol vinílico), poli(sulfuro de fenilideno), copolímeros de estos polímeros y sus mezclas.
Preferentemente, las cintas se unen por fusión con un material de resina termoplástico. Este material puede aplicarse a las cintas después de conformar la cinta, puede hilarse por fusión con las cintas como material de revestimiento o puede aplicarse a una película polimérica antes de cortarla en cintas. Otra posibilidad de aplicación del material de resina termoplástico es que una capa de sustrato del material de resina se disponga entre las monocapas formando el laminado. Se puede seleccionar un material de resina adecuado del grupo consistente en polietileno, polietileno de peso molecular ultraalto, polipropileno, poliamida, poli(tereftalato de butadieno) y poli(tereftalato de etileno), poli(naftalato de etileno), poli(alcohol vinílico), poli(sulfuro de fenilideno), copolímeros de estos polímeros y sus mezclas. Además se pueden usar copolímero de etileno - acrilato de alquilo (EAA), copolímero de etileno - acetato de vinilo (EVA), copolímero de etileno - acrilato de butilo (EBA), copolímero de etileno - acrilato de metilo (EMA), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietilenos de alta densidad (HDPE), polietilenos de baja densidad (LPDE). También es posible usar poliisobutileno (PIB) o poliuretano (PU) como material de revestimiento. Estos polímeros pueden ser muy flexibles y pueden mostrar una alta elongación. El material de resina termoplástico puede comprender uno de los materiales enumerados o mezclas de estos materiales.
Antes de aplicar el material de resina termoplástico sobre las cintas poliméricas, puede aplicarse un imprimador sobre la superficie de la cinta como promotor de adhesión. Este tratamiento de superficie mejora la unión entre la cinta y el material de resina termoplástico. Un imprimador adecuado puede ser, por ejemplo, polipropileno clorado. Un efecto adicional del imprimador es una menor fibrilación de las cintas en las subsiguientes etapas del procesamiento. Otro tratamiento de superficie que se puede usar para mejorar la unión incluye un tratamiento de plasma o de corona.
Como alternativa a la unión por fusión de las cintas poliméricas que forman las al menos dos monocapas de los laminados individuales, éstas también pueden unirse mediante un adhesivo sensible a la presión.
Las cintas poliméricas que comprenden sólo un material polimérico también pueden compactarse sin ningún material de resina o adhesivo adicional. Las monocapas se compactan en este caso en un intervalo de temperatura inmediatamente inferior a la temperatura de fusión de las cintas poliméricas. Un procedimiento tal se conoce en la técnica como "compactación en caliente".
El término cinta tal como se usa en el contexto de la presente invención significa elementos alargados flexibles de anchura y grosor esencialmente uniforme que pueden tener cualquier forma excepto una forma circular. La relación anchura/longitud de las cintas es al menos de 2, preferentemente al menos de 5 y de modo más preferente al menos de 20. Dichas cintas pueden estar situadas en una relación lado con lado con lados laterales de cintas adyacentes que son esencialmente paralelas. Las cintas pueden proceder de una película cortada en cintas. Las cintas pueden ser también monofilamentos. Las cintas que se usan en el procedimiento de acuerdo con la presente invención pueden tener varias secciones transversales, por ejemplo una sección transversal cuadrangular o una sección transversal triangular.
Para obtener laminados con la resistencia a la tracción requerida es preferente que las cintas poliméricas se estiren con una relación de estirado de al menos 1:5, más preferentemente que las cintas poliméricas se estiren con una relación de estirado de al menos 1:15. Son especialmente preferentes relaciones de estirado de 1:50 o superiores.
Las cintas cuadrangulares que son monofilamentos pueden tener una anchura de 1,5 mm a 10 mm y un grosor de 20 \mum a 1500 \mum. Las cintas cuadrangulares obtenidas cortando una película en cintas pueden tener una anchura de 2 mm a 300 mm y un grosor de 1 \mum a 1000 \mum, preferentemente de 4 \mum a 50 \mum. Las cintas con sección transversal triangular pueden tener una anchura y un grosor de 2 a 10 mm.
Los laminados usados para los paneles o para el procedimiento de fabricación de un panel pueden disponerse sobre otros de modo tal que las cintas poliméricas que constituyen el laminado están todas dispuestas en la misma dirección. En una realización preferente, al menos uno de los laminados situado sobre otro está girado con respecto al laminado adyacente inferior o superior a dicho laminado, de modo más preferente al menos uno de los laminados está girado 90º con respecto al laminado adyacente inferior o superior a dicho laminado, obteniendo así una resistencia a la tracción superior en la dirección transversal del panel. Los laminados también pueden estar apilados de una forma alternada a 0º y 90º. El panel puede comprender un número idéntico de laminados a 0º y giradas 90º. No obstante, también es suficiente si sólo el laminado superior y el inferior están girados 90º con relación a los otros laminados.
Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un uso especial de dicho panel.
Los paneles de acuerdo con la presente invención se pueden usar para fabricar bolsas de aire "airbags". Tal como se ha indicado, los paneles de acuerdo con la presente invención son especialmente adecuados para ropa protectora antibalas. Los paneles se pueden usar en aplicaciones de blindaje corporal blando, también denominadas balísticas blandas.
Para evitar el denominado efecto traumático, se prefiere de forma particular si el panel presente está provisto de un absorbente de choques sobre el lado del cuerpo del blindaje corporal.
Los paneles de acuerdo con la presente invención también pueden estar provistos de una o más capas o laminados resistentes a objetos puntiagudos. Las capas o laminados resistentes a objetos puntiagudos pueden estar provistos sobre uno o sobre ambos lados de la superficie. Las capas o laminados resistentes a objetos puntiagudos también pueden estar intercalados entre laminados individuales incluso de una forma alternada de laminados de acuerdo con la invención y de laminados o capas resistentes a objetos puntiagudos.
Los paneles de acuerdo con la presente invención también pueden estar provistos de una o más capas de fibras de aramida o polietileno de peso molecular ultraalto. Estas capas mejoran el comportamiento antibalas del panel y pueden estar provistas sobre uno o sobre ambos lados de la superficie. Las capas de fibras de aramida o de polietileno de peso molecular ultraalto también pueden estar intercaladas entre laminados individuales incluso de una forma alternada de laminados de acuerdo con la invención y capas de fibras de aramida o de polietileno de peso molecular ultraalto. Las capas de aramida están intercaladas preferentemente entre laminados individuales para evitar el deshilachado de las fibras de aramida.

Claims (7)

1. Un panel flexible que comprende una pluralidad de laminados individuales, estando constituidos los laminados por al menos dos monocapas de cintas poliméricas unidas dispuestas unidireccionalmente, siendo la dirección de las cintas poliméricas la misma en cada monocapa y estando las cintas poliméricas de cada monocapa desfasadas respecto a las cintas de la monocapa adyacente, caracterizado porque los laminados están superpuestos uno sobre otro y asegurados unos a otros mediante puntos de unión o líneas de unión separados.
2. Un panel de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos laminados están sujetos unos a otros mediante un hilo.
3. Un panel de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos laminados están sujetos unos a otros mediante remaches.
4. Un panel de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos laminados están sujetos unos a otros mediante juntas soldadas.
5. Un panel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el panel está provisto de una o más capas de fibras de aramida.
6. Un panel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el panel está provisto de una o más capas de polietileno de peso molecular ultraalto.
7. Uso de un panel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para ropa de protección antibalas.
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