ES2583182T3 - Casco para protección contra balas de armas de fuego - Google Patents

Abstract

Un casco moldeado de peso ligero que es resistente a penetración por balas de armas de fuego, comprendiendo dicho casco un armazón, comprendiendo dicho armazón desde fuera hacia dentro: una pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dichas capas fibrosas una red tejida de fibras abrasivas de alta tenacidad en una primera matriz de resina; una segunda pluralidad de capas fibrosas fijadas a dicha primera pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dicha segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida o tricotada de fibras de alta tenacidad, en una segunda matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina; y una tercera pluralidad de capas fibrosas fijadas a dicha segunda pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dicha tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina: en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad son seleccionadas del grupo que consta de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro y mezclas de las mismas; o en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad comprenden fibras inorgánicas que tienen una resistencia a la tracción de al menos aproximadamente 2.0 GPa.

Description

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DESCRIPCION

Casco para proteccion contra balas de armas de fuego Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a cascos de proteccion que son utiles para aplicaciones militares, cumplimiento de la ley y otras aplicaciones. En particular, esta invencion se refiere a aquellos cascos que proporcionan proteccion contra balas de armas de fuego.

Descripcion de la tecnica relacionada

Los cascos protectores son bien conocidos. Tales cascos han sido utilizados para aplicaciones militares y no militares. Ejemplos de estas ultimas incluyen usos en cumplimiento de la ley y otros tipos de cascos de seguridad. Los cascos protectores utilizados para usos militares y en cumplimiento de la ley, en particular, tienen que tener resistencia balfstica.

Los cascos tfpicos estan construidos para proteger contra fragmentos de balas de armas de fuego. La proteccion contra balas de armas de fuego requiere mejora sobre tales cascos a la vista de la energfa incrementada significativamente posefda por las balas de armas de fuego. Los cascos que protegen contra balas de armas de fuego debenan ser de peso relativamente ligeros y confortables de usar. Sin embargo, los cascos sugeridos anteriormente eran relativamente pesados.

Ejemplos de balas de armas de fuego contra las que se desea proteccion incluyen la bala NATO M80, la AK 47, la AK 74, la LPS rusa y la SS 109 europea y similares.

Los cascos militares mas populares actualmente estan formados de fibras de aramida, tipicamente en forma de varias capas de fibras de aramida junto con un material de resina, tal como una resina fenolica. Los cascos formados de fibras de aramida se describen, por ejemplo, en las patentes U. S. 4.199.388, 4.778.638 y 4.908.877.

Aunque tales cascos funcionan, en general, de forma satisfactoria, son muy pesados. Ademas, tales cascos no proporcionan proteccion mejorada contra balas de armas de fuego. Un problema con los cascos que son relativamente pesados es que son incomodos para el usuario. Esto puede dar lugar al no uso o uso limitado de tales cascos.

Ejemplos de cascos que estan disenados para proteger contra fragmentos de proyectiles (mas que balas de armas de fuego) se indican en la solicitud de patente U. S. publicad N° de serie 11/706.719, presentada el 15 de Febrero de 2007.

El documento WO-A-2005/001373 se refiere a la provision de un material resistente a las balas de armas de fuego, que se puede utilizar para formar una variedad de prendas y equipo incluyendo cascos. El material compuesto descrito en este documento comprende tres secciones de tela, en las que una seccion de tela tejida interior esta posicionada entre dos secciones de tela no tejida exteriores.

El documento GB-A-2253589 describe estructuras de laminados resistentes a la penetracion, que son utiles para uso en artfculos protectores incluyendo armazones de cascos. Las estructuras compuestas descritas en este documento combinan telas solo tejidas formadas de al menos dos tipos de fibras diferentes, en los que dos capas exteriores tejidas de un tipo de fibras rodean una capa media tejida de un tipo diferente de fibras.

El documento US 2.956.916 se refiere a la provision de cascos de seguridad resistentes al impacto y a la penetracion, que estan fabricados de tejido de algodon impregnado, tela de vidrio y una estera de fibras de vidrio aleatorias con una resina termoestable.

El documento WO-A-2007/005043 se refiere a la provision de artfculos reforzados con fibras que encuentran utilizacion en proporcionar resistencia a multiples balas de armas de fuego de alta velocidad, absorcion de impacto y resistencia a la penetracion. Se describen artfculos que son adecuados para uso en un numero de productos finales, que incluyen chalecos antibalas, cascos, y otras aplicaciones. Un numero de diferentes formas de realizacion de artfculos resistentes a las balas de armas de fuego y resistentes a la penetracion se describen en el documento WO- A-2007/005043, cada uno de los cuales comprende un laminado frontal que comprende una o mas capas y que tiene al menos una capa frontal que comprende una pluralidad de laminados de fibras inorganicas unidireccionales en una matriz polimerica. Los artfculos comprenden adicionalmente un segundo laminado unido en relacion cara-a- cara con el laminado frontal, comprendiendo el segundo laminado una o mas capas, comprendiendo cada capa una pluralidad de laminados de fibras polimericas en una red.

Sena deseable proporcionar un casco que tiene un peso reducido y tambien es resistente a penetracion por balas de

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armas de fuego.

Sumario de la invencion

De acuerdo con esta invencion, se proporciona un casco moldeado de peso ligero que es resistente a penetracion por balas de armas de fuego, comprendiendo el casco un armazon, comprendiendo el armazon desde fuera hacia dentro:

una pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo las capas fibrosas una red tejida de fibras abrasivas de alta tenacidad en una primera matriz de resina;

una segunda pluralidad de capas fibrosas fijadas a la primera pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo la segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida o tricotada de fibras de alta tenacidad en una segunda matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina; y

una tercera pluralidad de capas fibrosas fijadas a dicha segunda pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dicha tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina:

en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad son seleccionadas del grupo que consta de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro y mezclas de las mismas; o

en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad comprenden fibras inorganicas que tienen una resistencia a la traccion de al menos aproximadamente 2.0 GPa.

De acuerdo con una forma de realizacion preferida de la invencion, se proporciona un casco moldeado de peso ligero que es resistente a penetracion por balas de armas de fuego, comprendiendo el casco un armazon, comprendiendo el armazon desde fuera hacia dentro:

una primera pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo la primera pluralidad de capas fibrosas una red tejida de fibras de vidrio en una primera matriz de resina, comprendiendo la primera matriz de resina una resina termoestable;

una segunda pluralidad de capas fibrosas fijadas a la primera pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo la segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida de fibras de alta tenacidad en una segunda matriz, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras de polietileno, comprendiendo la segunda matriz de resina una resina termoestable o una resina termoplasticas; y

una tercera pluralidad de capas fibrosas fijadas a la segunda pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo la tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras de polietileno, comprendiendo la tercera matriz de resina una resina termoplastica,

teniendo el casco una densidad de area total desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 5 libreas por pie cuadrado (14,6 a 24,4 kg/m2), y es resistente a balas de armas de fuego que tienen energfas de al menos aproximadamente 1600 julios.

Ademas, de acuerdo con esta invencion, se proporciona un metodo para formar un armazon de un casco de peso ligero que es resistente a penetracion por balas de armas de fuego, comprendiendo el metodo las etapas de:

suministrar una primera pluralidad de capas fibrosas a un molde, comprendiendo las capas fibrosas una red tejida de fibras de alta tenacidad en una primera matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras abrasivas como se definen anteriormente, estando la primera pluralidad de capas fibrosas mirando hacia el interior en el molde;

suministrar una segunda pluralidad de capas fibrosas al molde, comprendiendo la segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida de fibras de alta tenacidad en una segunda matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina, cubriendo la segunda pluralidad de capas fibrosas la primera pluralidad de capas fibrosas, siendo compatibles la primera matriz de resina y la segunda matriz de resina, de tal manera que la primera y la segunda pluralidad de capas fibrosas se pueden adherir entre sf;

suministrar una tercera pluralidad de capas fibrosas al molde, comprendiendo la tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina, cubriendo la tercera pluralidad de capas fibrosas la segunda pluralidad de capas fibrosas; y

aplicar calor y presion a la primera pluralidad de capas fibrosas, a la segunda pluralidad de capas fibrosas y

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a la tercera pluralidad de capas fibrosas para formar de esta manera el armazon del casco;

en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad son seleccionadas del grupo que consta de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro, y mezclas de las mismas;

o en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad comprenden fibras inorganicas que tienen una resistencia a la traccion de al menos aproximadamente 2.0 GPa.

Se ha descubierto que los cascos moldeados de peso ligero, que son resistentes a penetracion por balas de armas de fuego, se pueden formar empleando una seccion exterior de capas de fibras formada de fibras abrasivas tejidas de alta tenacidad en una matriz de resina, una seccion media de capas de fibras formada de fibras de poliolefina tejidas o tricotadas de alta tenacidad en una segunda matriz de resina, y una seccion interior de capas de fibras formada de fibras de poliolefina no tejidas de alta tenacidad en una tercera matriz de resina. Las resinas en cada una de la primera, segunda y tercera secciones de capas de fibras pueden ser iguales o diferentes. Tales cascos tienen resistencia balfstica excelente y son particularmente utiles para prevenir la penetracion de balas de armas de fuego de alta energfa. Al mismo tiempo, los cascos son de peso ligero y, por lo tanto, son confortables de usar.

Descripcion detallada de la invencion

Los cascos protectores de esta invencion incluyen un armazon formado de una primera seccion exterior que comprende una pluralidad de capas de una red tejida de fibras abrasivas de alta tenacidad en una matriz de resina, una segunda seccion media que comprende una pluralidad de capas de una red tejida o tricotada de resinas de poliolefina de alta tenacidad en una matriz de resina, y una tercera seccion interior que comprende una pluralidad de capas de una red no tejida de fibras de poliolefina de alta tenacidad en una matriz de resina.

Para las finalidades de la presente invencion, una fibra es un cuerpo alargado, cuya dimension de la longitud es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. De acuerdo con ello, el termino fibra incluye monofilamento, multifilamento, cinta, tira, fibras cortadas y otras formas de fibras picadas, cortadas o discontinuas y similares que tienen seccion transversal regular o irregular. El termino “fibra” incluye una pluralidad de cualquiera de las anteriores o una combinacion de ellas. Un hilo es una cadena continua comprendida por muchas o fibras filamentos.

Cuando se utiliza aqrn, el termino “fibras de alta tenacidad” significa fibras que tienen tenacidades iguales o mayores que aproximadamente 7 g/d. Con preferencia, estas fibras tienen modulos de traccion iniciales de al menos aproximadamente 150 g/d y energfas-a-rotura de al menos aproximadamente 8 J/g cuando se mide por ASTM D2256. Cuan do se utiliza aqrn, los terminos “modulo de traccion inicial”, “modulo de traccion” y “modulo” significan el modulo de elasticidad medido por ASTM 2256 para un hilo y por ASTM D638 para un elastomero o material de la matriz.

Con preferencia, las fibras de alta tenacidad de la segunda y tercera secciones tienen tenacidades iguales o mayores que aproximadamente 10 g/d, mas preferentemente iguales o mayores que aproximadamente 15 g/d, incluso mas preferentemente iguales o mayores que aproximadamente 20 g/d, y mas preferentemente iguales o mayores que aproximadamente 25 g/d. Para fibras de polietileno de alta tenacidad, las tenacidades preferidas vanan de aproximadamente 20 a aproximadamente 55 g/d.

Las secciones transversales de fibras utilizadas en esta invencion pueden variar ampliamente. Pueden ser circulares, planas u oblongas en seccion transversal. Pueden ser de seccion transversal irregular o regular multilobular con uno o mas lobulos regulares o irregulares, que se proyectan desde el eje lineal o longitudinal del filamento. Se prefiere particularmente que las fibras sean de seccion transversal sustancialmente circular, plana u oblonga, mas preferentemente que las fibras sean de seccion transversal sustancialmente circular.

Los hilos de las fibras de alta tenacidad utilizados aqrn pueden ser de cualquier denier adecuado, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 50 a aproximadamente 5000 denier, mas preferentemente de aproximadamente 200 a aproximadamente 5000 denier, todavfa mas preferentemente de aproximadamente 650 a 3000 denier, y mas preferentemente de aproximadamente 800 a aproximadamente 1500 denier.

Con preferencia, al menos aproximadamente el 50 % en peso, mas preferentemente al menos aproximadamente el 75 % en peso y mas preferentemente todas o sustancialmente todas las fibras en la primera pluralidad de capas fibrosas son las fibras abrasivas de alta tenacidad. De manera similar, con preferencia, al menos aproximadamente el 50 % en peso, mas preferentemente al menos aproximadamente el 75 % en peso y mas preferentemente todas o sustancialmente todas las fibras en la segunda pluralidad de capas fibrosas son las fibras de poliolefina de alta tenacidad. Ademas, con preferencia, al menos aproximadamente el 50 % en peso, mas preferentemente al menos aproximadamente el 75 % en peso y mas preferentemente todas o sustancialmente todas las fibras en la primera pluralidad de capas fibrosas son las fibras de poliolefina de alta tenacidad.

De acuerdo con la invencion, el armazon del casco esta formado de capas de diferentes materiales resistentes

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baKsticos. El casco comprende al menos tres secciones o grupos de capas fibrosas. Estos son un grupo de capas dirigido hacia fuera, un grupo medio de capas, y un grupo de capas dirigido hacia dentro.

El grupo exterior de capas de fibras esta seleccionado de tal forma que tiene caractensticas abrasivas, de tal manera que deforma la bala, o descorteza la camisa de la bala y/o desestabiliza de otra manera la bala. El grupo exterior de capas fibrosas esta formado de una red tejida de fibras abrasivas de alta tenacidad. Estas fibras son fibras inorganicas que tienen una resistencia a la traccion de al menos aproximadamente 2.0 GPa, con preferencia al menos 30 aproximadamente 2,4 GPa, mas preferentemente al menos aproximadamente 3.4 GPa y mas preferentemente al menos aproximadamente 4.0 HPa; o estas fibras son fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro, y mezclas de las mismas. Ejemplos de tales fibras se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente U. S. publicada asignada comunmente N° de serie 10/957.773, presentada el 4 de Octubre de 2004 (que corresponde a la solicitud PCT publicada W02007/005043).

Varios tipos de fibras de vidrio se pueden utilizar aqrn, incluyendo las fibras de Tipos E y S. Ejemplos de telas de fibras de vidrio tejidas son las designadas como estilos 1528, 3731, 3733, 7500, 7532, 7533, 7580, 7624, 7628 y 7645, que estan disponibles de Hexcel of Anderson, Carolina del Sur, USA.

Un beneficio de utilizar fibras de vidrio como las fibras abrasivas es que el coste del casco se puede reducir significativamente, puesto que los costes de las fibras de vidrio solo son una fraccion comparados con el coste de las fibras de poliolefina.

El grupo exterior de capas fibrosas esta en forma de una pluralidad de capas de teja tejida. Se pueden emplear telas de cualquier patron tejido, tales como tejido plano, tejido de esterilla, tejido de sarga, saten, telas tejidas tridimensionales, y cualquiera de sus varias variaciones.

Las capas del grupo exterior de capas fibrosas comprenden tambien una matriz de resina. Ejemplos de los materiales de resina s describen a continuacion.

Como se ha mencionado anteriormente, las fibras en los grupos medio e interior de fibras comprenden fibras de poliolefina, con preferencia fibras de polietileno de alta tenacidad y/o fibras de polipropileno de alta tenacidad. Mas preferentemente, las fibras de polietileno son fibras de polietileno de alta tenacidad, tambien conocidas como fibras de polietileno de cadena extendida o fibras de polietileno de alto peso molecular altamente orientadas.

La patente U. S. 4.457.985 describe generalmente fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de polipropileno.

En el caso de fibras de polietileno, fibras adecuadas son aquellas de peso medio molecular en peso de al menos aproximadamente 150.000, con preferencia al menos aproximadamente un millon y mas preferentemente aproximadamente entre aproximadamente dos millones y aproximadamente cinco millones. Tales fibras de polietileno de alto peso molecular se pueden hilar en solucion (ver, la patente U. S. N° 4.137.394 y la patente U. S. N° 4.356.138), o un filamento hilado a partir de una solucion para formar una estructura de gel (ver la patente U. S. N° 4.413.110, publicacion alemana N° 3.004.699 y patente Gb N° 2051667), o las fibras de polietileno se pueden producir por un proceso de laminacion y embuticion (ver la patente U. S. N° 5.702.657). Cuando se utiliza aqrn, el termino polietileno significa un material polietileno predominantemente lineal que puede contener cantidades menores de ramificacion de cadena o comonomeros que no exceden de aproximadamente 5 unidades modificadoras por 100 atomos de carbono de la cadena principal, y que pueden contener tambien mezclados con ellos no mas que aproximadamente 50 por ciento en peso de uno o mas aditivos polimericos tales como alqueno-1- polfmeros, en particular polietileno de baja densidad, polipropileno o polibutileno, copolfmeros que contienen mono- olefinas como monomeros primarios, poliolefinas oxidadas, copolfmeros de poliolefina injertada u polioximetilenos, o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes de proteccion ultravioleta, colorantes y similares que se incorporan comunmente.

Las fibras de polietileno de alta tenacidad estan disponibles en el comercio y se venden bajo la marcha SPECTRA® por Honeywell International Inc. de Morristown, New Jersey, U.S.A. Tambien se pueden utilizar fibras de polietileno de otras fuentes.

Dependiendo de la tecnica de formacion, la relacion y las temperaturas de embuticion y otras condiciones, se pueden impartir una variedad de propiedades a estas fibras. La tenacidad de las fibras de polietileno es al menos aproximadamente 7 g/d, con preferencia al menos aproximadamente 15 g/d, mas preferentemente al menos aproximadamente 20 g/d, todavfa mas preferentemente al menos aproximadamente 25 g/d y mas preferentemente al menos aproximadamente 30 g/d. De manera similar, el modulo de traccion inicial de las fibras, medido por una maquina de ensayo de traccion Instron, es preferentemente al menos aproximadamente 300 g/d, mas preferentemente al menos aproximadamente 500 g/d, todavfa mas preferentemente al menos aproximadamente 1.000 g/d y mas preferentemente al menos aproximadamente 1.200 g/d. Estos valores maximos para modulo de traccion inicial y tenacidad se pueden obtener generalmente solo empleando procesos de crecimiento en solucion o hilado de gel. Muchos de los filamentos tienen puntos de fusion mas altos que el punto de fusion del polfmero a

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partir del cual se formaron. Por lo tanto, por ejemplo, polietilenos de alto peso molecular de aproximadamente 150.000, aproximadamente un millon y aproximadamente dos millones de peso molecular tienen puntos de fusion en masa de 138°C. Los filamentos de polietileno altamente orientados fabricados de estos materiales tienen puntos de fusion desde aproximadamente 7°C hasta aproximadamente 13°C mas altos. Por lo tanto, un incremento ligero en el punto de fusion refleja la perfeccion cristalina y orientacion cristalina mas alta de los filamentos en comparacion con el polfmero en masa.

De manera similar, se pueden utilizar fibras de polipropileno de alto peso molecular altamente orientadas de peso medio molecular en peso de al menos aproximadamente 200.000, con preferencia al menos aproximadamente un millon y mas preferentemente al menos aproximadamente dos millones. Tal polipropileno de cadena extendida se puede formar en filamentos razonablemente bien orientados por las tecnicas prescritas en las varias referencias referidas anteriormente, y especialmente por la tecnica de la patente U. S. N° 4.413.110. Tal polipropileno es un material mucho menos cristalino que el polietileno y contiene grupos metilo pendientes, los valores de tenacidad alcanzables con polipropileno sin en general sustancialmente menores que los valores correspondientes para polietileno. De acuerdo con ello, una tenacidad adecuada es con preferencia al menos aproximadamente 8 g/d, mas preferentemente al menos aproximadamente 11 g/d. El modulo de traccion inicial para polipropileno es con preferencia al menos aproximadamente 160 g/d, mas preferentemente al menos aproximadamente 200 g/d. El punto de fusion del polipropileno se eleva generalmente varios grados por el proceso de orientacion, de tal manera que el filamento de polipropileno tiene con preferencia un punto de fusion principal de al menos 168°C, mas preferentemente al menos 170°C. Los rangos particularmente preferidos para los parametros descritos anteriormente pueden proporcionar ventajosamente rendimiento mejorado en el artfculo final. Empleando fibras que tienen un peso medio molecular en peso de al menos aproximadamente 200.000 acoplados con los rangos preferidos para los parametros descritos anteriormente (modulo y tenacidad) se puede proporcionar un rendimiento ventajosamente mejorado en el artfculo final.

La red de fibras de poliolefina de fibras de alta resistencia de la seccion media de capas fibrosas esta en forma de una tela tejida o tricotada. Se prefieren telas tejidas y se pueden emplear telas de cualquier patron tejido, tales como tejido plano, tejido de esterilla, tejido de sarga, saten, telas tejidas tridimensionales, y cualquiera de sus varias variaciones. Se prefieren telas de tejido plano y son mas preferidas telas de tejido plano que tienen el mismo recuento de urdimbre y de trama.

En una forma de realizacion, la teja tejida tiene con preferencia entre aproximadamente 15 y aproximadamente 55 extremos por pulgada (de aproximadamente 5,9 a aproximadamente 21,6 extremos por cm) en ambas direcciones de urdimbre y de relleno, y mas preferentemente entre aproximadamente 17 y aproximadamente 45 extremos por pulgada (de aproximadamente 6,7 a aproximadamente 17,7 extremos por cm). Los hilos tienen con preferencia un denier desde aproximadamente 375 hasta aproximadamente 1300. El resultado es una tela tejida que pesa con preferencia entre aproximadamente 5 y aproximadamente 19 onzas por yarda cuadrada (de aproximadamente 169,5 a aproximadamente 644,1 g/m2), y mas preferentemente entre aproximadamente 5 y aproximadamente 11 onzas por yardas cuadrada (de aproximadamente 169,5 a aproximadamente 373,0 g/m2). Ejemplos de tales tejidos son los designados como tejido SPECTRA® estilos 902, 903, 904, 952, 955 y 960. Otros ejemplos inclrnan telas formadas a partir de tejidos de esterilla, tales como tela SPECTRA® estilo 912. Las telas siguientes estan disponibles, por ejemplo, de Hexcel. Como los tecnicos en la materia apreciaran, las construcciones de tela descritas aqu son ejemplares solamente y no estan destinadas para limitar la invencion a ello.

Donde se utilizan telas tricotadas en la seccion media de capas fibrosas (o en la seccion exterior de capas fibrosas) se pueden emplear diferentes estructuras de genero de punto. Las estructuras de genero de punto son construcciones compuestas de lazos entrelazados. Se prefieren estructuras tricotadas orientadas, ya que utilizan hilos incrustados rectos retenidos en posicion por puntadas tricotadas de denier fino. Los hilos son absolutamente rectos sin el efecto rizado encontrado en telas tejidas debido al efecto de entrelazamiento sobre los hilos. Estos hilos incrustados pueden estar orientados en una direccion monoaxial, biaxial o multiaxial dependiendo de los requerimientos tecnicos. Se prefiere que el equipo de tricotar espedfico utilizado en la incrustacion de los hilos que soportan la carga sea tal que los hilos no sean perforados transversalmente.

Las capas del grupo medio de capas de capas fibrosas comprenden tambien de la misma manera una matriz de resina. Ejemplos de materiales de resina se describen a continuacion.

Como se ha mencionado anteriormente, el grupo interior de capas fibrosas comprende fibras de poliolefina de alta tenacidad, mas preferentemente fibras de polietileno de alta tenacidad. Estas capas fibrosas estan en forma de redes no tejidas de fibras, tales como capas de fibras orientadas unidireccionalmente, o fibras que estan fieltradas en una orientacion aleatoria. Donde se emplean fibras orientadas unidireccionalmente, se utilizan con preferencia en una disposicion de capa en cruz, en la que una capa de fibras se extiende en una direccion y una segunda capa de fibras se extiende en una direccion de 90° desde las primeras fibras. Donde las capas individuales son fibras orientadas unidireccionalmente, las capas sucesivas son rotadas con preferencia relativamente entre sf, por ejemplo en angulos de 0°/90°, 0°/90°/0°/90° o 0°/45°/90°/45°/0° o en otros angulos. Donde las redes de fibras estan en forma de un fieltro, pueden ser fieltros punzados con agujas. Un fieltro es una red no tejida de fibras orientadas

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aleatoriamente, con preferencia al menos una de las cuales es una fibra discontinua, con preferencia una fibra cortada que tiene una longitud que vana de aproximadamente 0,25 pulgadas (0,64 cm) a aproximadamente 10 pulgadas (25,4 cm). Estos fieltros pueden estar formados por varias tecnicas conocidas en la tecnica, tales como por cargado o tendido en fluido, fusion por soplado e hilado extendido. La red de fibras es consolidada mecanicamente, tal como por puncion con agujas, adhesion de las puntadas, hidro-enmaranado, enmaranado con aire, hilado por adhesion, hilado por encaje o similar, qmmicamente tal como con un adhesivo, o termicamente con una fibra para adhesion por puntos o una fibra mezclada con un punto de fusion mas bajo. El metodo de consolidacion preferido es puncion con agujas sola o seguida de los otros metodos. El fieltro preferido es un fieltro punzado con agujas. Donde se emplean estructuras no tejidas en el primer grupo de fibras adhesivas, pueden tener construcciones similares a las mencionadas aqm.

Las capas del grupo interior de capas fibrosas comprenden de la misma manera tambien una matriz de resina. Ejemplos de materiales de resina se describen a continuacion.

Las capas fibrosas de cada una de las secciones exteriores, medias e interiores del armazon del casco incluyen una matriz de resina. La matriz de resina para las capas de fibras puede estar formada de una amplia variedad de materiales elastomericos y otros materiales que tienen caractensticas deseadas. En una forma de realizacion, los materiales elastomericos empleados en dicha matriz poseen modulo de traccion inicial (modulo de elasticidad) igual p menor que aproximadamente 6.000 psi (41,4 MPa), como se mide por ASTM D638. Mas preferido, el elastomero tiene un modulo de traccion inicial igual o inferior a aproximadamente 2.400 psi (16,5 MPa). Mas preferentemente, el material elastomerico tiene un modulo de traccion inicial igual o inferior a aproximadamente 1.200 psi (8,23 MPa). Estos materiales de resina son tipicamente de naturaleza termoplastica, pero se utilizan tambien materiales termoestables.

La matriz de resina puede ser seleccionada alternativamente para que tenga un modulo de traccion alto cuando se endurece, tal como al menos aproximadamente 1 x 106 psi (6895 MPa) medido por ASTM D638. Ejemplos de tales materiales se describen, por ejemplo, en la patente U.S. 6.642.159.

Una amplia variedad de materiales pueden utilizarse como la matriz de resina para cada una de las secciones exteriores, medias e interiores de capas fibrosas, incluyendo resinas termoplasticas y termoestables. Por ejemplo, se puede emplear cualquiera de los siguientes materiales: polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolfmeros de etileno-propileno, terpolfmeros de etileno-propileno-dieno, polfmeros de polisulfuro, poliuretanos termoplasticos, elastomeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado, policloropreno, cloruro de polivinilo plastificado utilizando dioctil ftalato u otros plastificantes bien conocidos en la tecnica, elastomeros de butadieno acrilonitrilo, poli (isobutileno-co-isopreno), poliacrilatos, poliesteres, polieteres, fluoroeslastomeros, elastomeros de silicona, elastomeros termoplasticos, y copolfmeros de etileno. Ejemplos de resinas termoestables incluyen aquellas que son solubles en disolventes saturados de carbono-carbono, tales como metil etil cetona, acetona, etanol, metanol, isopropil alcohol, ciclohexano, etil acetona y combinaciones de ellos. Entre las resinas termoestables estan esteres de vinilo, copolfmeros en bloques de etileno-butadieno, dialil ftalato, resinas fenolicas tales como fenol formaldehido, polivinil butiral, resinas epoxi, resinas de poliester, resinas de poliuretano termoestables y mezclas de ellas, y similares. Se incluyen aquellas resinas que se describen en la patente U.S. 6.642.159 mencionada anteriormente. Resinas termoestables preferidas incluyen resinas epoxi, resinas de uretano, resinas de poliester, resinas de vinil ester, resinas fenolicas, y mezclas de ellas. Resinas termoestables preferidas para telas de fibras de polietileno incluyen al menos una de vinil ester, dialil ftalato, y opcionalmente un catalizador para endurecer la resina de vinil ester. Otras resinas termoestables incluyen resinas de melanina, resinas de acrilato, resinas de silicona, resinas de poliurea y similares.

Un grupo preferido de resinas son resinas termoplasticas de poliuretano. Otro grupo preferido son materiales elastomericos que son copolfmeros en bloque de dienos conjugados y copolfmeros aromaticos de vinilo. Butadieno e isopreno son con preferencia elastomeros de dieno conjugados. Estireno, vinil tolueno y t-butil estireno son con preferencia monomeros aromaticos conjugados. Los copolfmeros en bloqueo que incorporan poliisopreno pueden ser hidrogenados para producir elastomeros termoplasticos que tienen segmentos saturados de elastomero de hidrocarburo. Los polfmeros pueden ser copolfmeros tri-bloques simples del tipo R-(BA)x (x=3-150), donde A es un bloque de un monomero aromatico de polivinilo y B es un bloque de un elastomero de dieno conjugado. Una matriz de resina preferida es un copolfmero en bloques de isopreno-estireno-isopreno, tal como Kraton® D1107 copolfmero en bloques de isopreno-estireno-isopreno disponible de Kraton Polymer LLC. Estas resinas pueden estar dispersadas en agua o en un disolvente organico. Un tipo de resina termoplastica de poliuretano es una mezcla de copolfmeros de resina de poliuretano dispersa en agua.

El material de resina puede ser combinado con sustancias de relleno tales como negro de carbon, sflice, etc. y se puede extender con aceites y vulcanizarse con azufre, peroxido, oxido de metal o sistemas que se endurecen por radiacion utilizando metodos bien conocidos por los tecnicos del caucho. Tambien se pueden utilizar mezclas de diferentes resinas.

Preferiblemente, la matriz de resina en cada una de la pluralidad de capas fibrosas o bien es la misma o es

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compatible con la matriz de resina en la otra pluralidad o pluralidades de capas fibrosas. Por “compatible” se entiende que las varias capas se pueden mezclar entre s^ por medios qmmicos o medios mecanicos. Por ejemplo, la qmmica de las resinas de varios grupos de capas es con preferencia compatible, de tal manera que varias capas se pueden procesar bajo la misma presion de moldeo, temperature y condiciones de duracion del moldeo. Esto asegura que el armazon del casco se pueda moldear en un ciclo eficiente. En una forma de realizacion, la resina del grupo exterior de capas fibrosas es compatible con la resina del grupo medio de capas fibrosas, de tal manera que esas capas se adhieren juntas. Con preferencia, la resina en el grupo exterior de capas fibrosas y la resina en el grupo medio de capas fibrosas son qmmicamente las mismas, y la resina en el grupo interior de capas fibrosas es qmmicamente diferente de las otras resinas.

Resinas preferidas para el grupo exterior de capas fibrosas son resinas termoestables, mas preferentemente resinas de vinil ester. Resinas preferidas para el grupo medio de capas fibrosas son resinas termoestables o termoplasticas, mas preferentemente resinas de vinil ester cuando se emplea una resina termoestable. Tambien son preferidas para el grupo medio de capas fibrosas resinas termoplasticas de poliuretano y/o copolfmeros en bloque de estireno- isopreno-estireno. Resinas preferidas para el grupo interior de capas fibrosas con resinas termoplasticas, mas preferentemente resinas termoplasticas de poliuretano y/o copolfmeros en bloque de estireno-isopreno-estireno.

La proporcion del material de resina de la matriz con respecto a la fibra en cada una de las tres secciones del armazon del casco puede variar ampliamente dependiendo. En general, el material de la matriz de resina forma con preferencia de aproximadamente 1 a aproximadamente 98 por ciento en peso, mas preferentemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 95 por ciento en peso, y todavfa mas preferido de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 por ciento en peso del peso total de las fibras y la matriz de resina en las capas. Los porcentajes anteriores se basan en las telas consolidadas. Mas preferentemente, la resina en el grupo exterior de capas fibrosas comprende de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 por ciento en peso del peso total de las capas fibrosas exteriores; la resina en el grupo medio de capas fibrosas comprende de aproximadamente 10 a aproximadamente 25 por ciento en peso del peso total de las capas fibrosas medias y la resina en el grupo interior de capas fibrosas comprende de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 por ciento en peso del peso total de las capas fibrosas interiores.

Con preferencia, cada una de la pluralidad de capas fibrosas es revestida o impregnada con la matriz de resina antes del moldeo, para formar telas prepreg. En general, las capas fibrosas de la invencion se forman con preferencia construyendo inicialmente una red de fibras (por ejemplo, comenzando con una capa de tela tejida, tricotada o no tejida) y luego revistiendo la red con la composicion de la matriz. Cuando se utiliza aqrn, el termino “revestimiento” se utiliza en un sentido amplio para describir una red de fibras, en la que las fibras individuales o bien tienen una capa continua de la composicion de la matriz que rodea las fibras o una capa discontinua de la composicion de la matriz sobre la superficie de las fibras. En el primer caso, se puede decir que las fibras estan totalmente incrustadas en la composicion de la matriz. Los terminos revestimiento e impregnacion se utilizan aqrn de forma intercambiable. Aunque es posible aplicar la matriz de resina a capas fibrosas libres de resina mientras esta en el molde, es menos deseable, puesto que puede ser diffcil controlar la uniformidad del revestimiento de resina.

La composicion de resina de la matriz se puede aplicar de cualquier manera adecuada, tal como una solucion, dispersion o emulsion, sobre las capas fibrosas. La red de fibras cubiertas de la matriz se seca a continuacion. La solucion, dispersion o emulsion de la resina de la matriz se puede pulverizar sobre los filamentos. Alternativamente, la estructura de capas fibrosas se puede revestir con la solucion, dispersion o emulsion acuosa o por medio de un rodillo de revestimiento o similar. Despues del revestimiento, la capa fibrosa revestida se puede pasar entonces a traves de un horno para secado, a traves del cual la capa o capas de la red de fibras revestida son sometidas a calor suficiente para evaporar el agua u otro lfquido en la composicion de la matriz. La red fibrosa revestida puede colocarse entonces sobre una cinta de soporte, que puede ser un papel o un sustrato de pelfcula, o las telas se pueden colocar inicialmente sobre una cinta de soporte antes de revestirla con la resina de la matriz. El sustrato y la matriz de resina, que contienen la capa o capas de tejido se pueden arrollar entonces en un rollo continuo de una manera conocida.

Las redes de fibras se pueden construir a traves de una variedad de metodos. En el caso de redes de fibras alineadas unidireccionalmente, se pueden suministrar haces de hilos de los filamentos de alta tenacidad desde una fileta y conducirse a traves de gmas y una o mas barras separadoras en un peine de colimacion antes de revestirlas con el material de la matriz. El peine de colimacion alinea los filamentos coplanarmente y de una manera sustancialmente unidireccional.

Despues del revestimiento de las capas de fibras con la matriz de resina, las capas se pueden pre-formar en una forma de casco, o bien con las capas fibrosas no unidas entre sf o bien solo ligeramente unidas entre sf para facilitar la manipulacion. Tal pre-formacion ayuda en el proceso de moldeo final.

El numero de capas en cada seccion de la pluralidad de capas fibrosas puede variar ampliamente, dependiendo del tipo de casco deseado, el rendimiento deseado y el peso deseado. Por ejemplo, el numero de capas en cada seccion de la pluralidad de capas fibrosas puede variar desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 100

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capas, mas preferentemente desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 85 capas, y mas preferentemente desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 65 capas. El numero de capas en cada seccion de la pluralidad de capas fibrosas puede ser diferente o puede ser el mismo. Las capas pueden ser de cualquier espesor adecuado. Por ejemplo, cada capa de una seccion de la pluralidad de capas fibrosas puede tener un espesor desde aproximadamente 1 milipulgada hasta aproximadamente 40 milipulgadas (25 a 1016 pm), mas preferentemente desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 30 milipulgadas (76 a 762 pm), y mas preferentemente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 20 milipulgadas (127 a 508 pm). El espesor de cada capa de cada pluralidad de redes fibrosas puede ser el mismo o diferente.

La densidad de area de cada capa en cada seccion de la pluralidad de capas fibrosas puede variar ampliamente, pero se selecciona usualmente para que el peso total del casco este dentro de un rango aceptable para comodidad y proteccion del usuario. Por ejemplo, la densidad de area de cada capa en la seccion exterior de la pluralidad de capas fibrosas puede variar preferentemente desde aproximadamente 5 hasta 35 aproximadamente oz/yd2 (de aproximadamente 169.5 hasta aproximadamente 1186,5 g/m2), mas preferentemente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 25 oz/yd2 (desde aproximadamente 169,5 hasta aproximadamente 847,5 g/m2. La densidad de area de cada capa en la seccion media de la pluralidad de capas fibrosas puede variar con preferencia desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 65 oz/yd2 (desde aproximadamente 169,5 hasta aproximadamente 2203,5 g/m2), mas preferentemente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 14 oz/yd2 (desde aproximadamente 169,5 hasta aproximadamente 474,7 g/m2). La densidad de area de cada capa en la seccion interior de la pluralidad de2 capas fibrosas puede variar con preferencia desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 90 oz/yd (desde aproximadamente 33,9 hasta 3051 g/m ), mas preferentemente desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 7 oz/yd2 (desde aproximadamente 33,9 hasta aproximadamente 237,3 g/m2). Las densidades de area de las capas fibrosas en cada una de las secciones externa, media e interna pueden ser las mismas o diferentes.

La relacion en peso de las capas puede varias, como se desee. El grupo exterior de capas fibrosas puede estar presente en una cantidad basada en el peso total del armazon de casco, desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 35 por ciento en peso, mas preferentemente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 15 por ciento en peso, y mas preferentemente no mas que aproximadamente 10 por ciento en peso. El grupo medio de capas fibrosas puede estar presente en cualquier cantidad, basada en el peso total del armazon de casco, basado en el peso total del armazon de casco, desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 65 por ciento en peso, mas preferentemente desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 50 por ciento en peso, y mas preferentemente no mas que aproximadamente 40 por ciento en peso. El grupo interior de capas fibrosas puede estar presente en una cantidad, basada en el peso total del armazon de casco, desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 96 por ciento en peso, mas preferentemente desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 90 por ciento en peso, y mas preferentemente al menos aproximadamente 60 por ciento en peso.

Como se ha mencionado anteriormente, los armazones de casco de esta invencion son de “peso ligero”. Por peso ligero se entiende que la densidad de area total es inferior a aproximadamente 5 libras por pie cuadrado (24,4 kg/m2). Preferentemente, la densidad de area total de los armazones de casco vana desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 5 libras por pie cuadrado (desde aproximadamente 14,6 hasta aproximadamente 24,4 kg/m2).

Un tipo de forma de casco que se ha empleado en aplicaciones militares se conoce por el acronico ACH (Casco de Combate Avanzado). Deseablemente, tales cascos (aunque no son resistentes a balas de armas de fuego) tienen un peso en el rango desde aproximadamente 900 hasta aproximadamente 1500 gramos, y mas preferentemente desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 1300 gramos.

Para formar los armazones de cascos de esta invencion, se colocan pilas de cada seccion de las capas fibrosas en un molde adecuado de cualquier forma deseada. Es deseable formar el armazon de las tres secciones en una etapa de molde individual para eficiencia. No obstante, si se desea, se pueden moldear primero una o dos de las secciones antes de que las otras secciones sean introducidas en el molde. El molde puede ser de cualquier forma deseada, tal como una forma de taza, una forma ovalada, etc.

Con preferencia, primero se coloca una pila de capas unidas sueltas o no unidas que forman la seccion exterior del armazon en el molde. Tal pila puede estar pre-formada aproximadamente en la forma deseada. A continuacion se coloca una pila de capas unidas sueltas o no unidas que forman la seccion media del armazon sobre la parte superior de las capas de la seccion exterior. Despues de esto, se coloca una pila de capas unidas sueltas o no unidas que forman la seccion interior del armazon sobre la parte superior de las capas de la seccion media. Donde se emplea telas orientadas unidireccionalmente como las capas de tela no tejidas de la seccion interior del armazon, dos o mas capas se colocan primero en estratos cruzados entre sf, tal como en angulos de 0°/90°, 00/900/00/900, etc. Estas estructuras de estratos cruzados (referidas comunmente como productos de proteccion)se introducen entonces en el molde. La pila de las secciones medias e internas del casco puede estar tambien pre-formadas aproximadamente en la forma deseada.

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No se requiere el uso de adhesivo entre las capas o secciones individuals de las fibras de alta tenacidad, puesto que la resina o resinas de las capas individuals proporcionan la adhesion requerida entre las capas. No obstante, se puede utilizar una capa o capas adhesivas separadas, si se desea.

Debena prestarse atencion para rellenar completa y uniformemente el molde y colocar todas las capas en la orientacion adecuada. Esto asegura la actuacion uniforme a traves del armazon de molde. Si el volumen combinado de las secciones fibrosas es mayor que el molde del casco puede manipular, no se cerrara el molde y, por lo tanto, no se puede moldear el casco. Si el volumen combinado de los materiales es inferior al volumen del molde, aunque se cierra el molde, el material no se puede moldear debido a la falta de presion de moldeo.

Una vez que el molde esta cargado correctamente con el numero y el tipo requeridos de capas fibrosas, el armazon de molde puede ser moldeado en las condiciones deseadas de moldeo. Estas condiciones pueden ser similares a las empleadas en capas separadas de moldeo de telas de aramida y capas separadas de telas de polietileno. Por ejemplo, la temperatura de moldeo puede variar desde aproximadamente 65 hasta aproximadamente 250 °F, mas preferentemente desde aproximadamente 90 hasta aproximadamente 330 °F, y mas preferentemente desde aproximadamente 120 hasta aproximadamente 320 °F. La presion de moldeo de sujecion puede variar, por ejemplo, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 500 toneladas (de 10,2 a 508 toneladas metricas), mas preferentemente desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 350 toneladas (de 50,8 a 356 toneladas metricas), y mas preferentemente desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 200 toneladas (de 102 a 203 toneladas metricas). Los tiempos de moldeo pueden variar desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 60 minutos, mas preferentemente desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 35 minutos, y mas preferentemente desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 minutos.

En las condiciones deseadas de moldeo, la resina o resinas presentes en las redes fibrosas se endurecen en el caso de las resinas termoestables. Esto da como resultado una adhesion fuerte de las capas individuales o grupos de capas en la forma de casco deseada como una pieza moldeada monolftica integral. Se cree que las resinas termoestables de cada conjunto de telas se adhieren en sus interfaces por reticulacion de las resinas. Para resinas termoplasticas, el casco es refrigerado por debajo de la temperatura de reblandecimiento de la resina y luego es extrafdo fuera del molde. Bajo calor y presion, las resinas termoplasticas fluyen entre las capas de telas, resultando, por lo tanto, una pieza moldeada monolftica integral. Durante la refrigeracion, se mantiene la presion de moldeo. El producto moldeado es extrafdo despues fuera del molde y la pieza es recortada, si es necesario.

Las telas usadas en la estructura compuesta son relativamente finas, pero muy robustas. El espesor preferido de las capas de tela individuales es desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 36 milipulgadas (25 a 911 |im), mas preferentemente desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 28 milipulgadas (76,2 a 711 |im), y mas preferentemente desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 23 milipulgadas (127 a 584 |im).

Como se ha mencionado anteriormente, los cascos de esta invencion son capaces de prevenir la penetracion de balas de armas de fuego. Tales balas de armas de fuego tienen niveles de energfa muy altos. Los cascos de esta invencion son capaces de prevenir la penetracion por balas de armas de fuego que tienen niveles de energfa de al menos aproximadamente 1600 julios, mas preferentemente balas de armas de fuego que tienen niveles de energfa desde aproximadamente 1600 hasta aproximadamente 4000 julios y mas preferentemente balas de armas de fuego que tienen niveles de energfa de aproximadamente 1700 a aproximadamente 3000 Julios.

La siguiente es una lista de varias balas de armas de fuego y sus niveles de energfa, con las velocidades y la energfa medidas en la boca. Se puede ver que las balas de armas de fuego tienen niveles de energfa mucho mas altos que las balas de pistolas y, por lo tanto, son mas diffciles de impedir que penetren los cascos.

TABLA 1 - Energia cinetica de las balas de armas de fuego

Bala

Masa, grano (g) Velocidad, mps Energfa, Julios

9 MM FMJ

124 (g) 373 +10 537

357

158(9,5g) 440+10 958

44 Mag

240(15g) 441+10 1510

AK 47

128(8g) 900+10 1960

NATO (M80)

(9,5g) 810+10 3000

AK74

(3,4g) 750+10 1700

LPS

179(11,6g) 804+10 3814

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Aunque los cascos de esta invencion son de peso ligero, debido a su construccion unica son capaces de prevenir la penetracion de balas de armas de fuego de alta energfa. Esta combinacion de peso y medios de resistencia balfstica deseables significa que los cascos senan utilizados mas facilmente por personal que tiene que ser protegido frente a amenazas de alto nivel de energfa.

La estructura del casco se puede adaptar para recibir una variedad de suplementos, si se desea. Por ejemplo, el casco se puede formar con muestras o canales incorporados para facilitar la fijacion de aparejo deseado.

Aunque no se vincula a ninguna teona particular, se cree que la seccion exterior, que contiene capas fibrosas de fibras abrasivas, actua para deformar la bala y su camisa. La seccion media que contiene capas de fibras de poliolefina de alta tenacidad tejidas o tricotadas descorteza la camisa de la bala o cascara exterior. La seccion interior que contiene capas de fibras de poliolefina no tejida de alta tenacidad deforma el resto de la bala y lo captura, previniendo de esta manera la penetracion a traves del casco.

Los siguientes ejemplos no limitativos se presentan para proporcionar una compresion mas completa de la invencion. Las tecnicas, condiciones, materiales, proporciones y datos relacionados espedficos indicados para ilustrar los principios de la invencion no debenan interpretarse como limitacion del alcance de la invencion. Todos los porcentajes son en peso, a no ser que se indique otra cosa.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Se formo un armazon de casco de tres secciones diferentes de fibras de alta tenacidad. Las capas exteriores se formaron de fibra de vidrio en una construccion tejida (Estilo 7628 de Hexcel, que es un tejido plano 17 x 12 extremos por pulgada (6,7 x 4,7 extremos por cm). Las capas individuales de fibras de vidrio tejidas fueron revestidas con una resina de vinil ester (resina Derakane 411-25 de Ashland Chemical) sumergiendo la tela tejida en un contenedor de la resina en disolvente de acetona y un agente de endurecimiento. Despues del secado, se encontro que las capas de fibras de vidrio tejidas teman 10 por ciento en peso de la resina de vinil ester. La densidad de area de cada capa era 200 g/m2. Un total de 2 capas de compuesto de fibras de vidrio tejidas se apilaron sueltas y se pre-formaron en la forma aproximada de un casco.

Las capas medias del armazon del casco se forman a partir de una fibra tejida de polietileno de alta tenacidad (Spectra® 900 de Honeywell International Inc.). Estas fibras tienen una tenacidad de 30 g/d. La tela tejida es estilo 903 de Hexcel que es una tela tejida plana 21 x 21 extremos por pulgada (8,3 x 8,3 extremos por cm). Capas individuales de fibras de polietileno tejidas fueron revestidas con la misma resina de vinil ester que se utilizo con las capas de fibras de vidrio sumergiendo la tela en un contenedor de la solucion de resina. Despues del secado, se encontro que las capas de fibras de polietileno tejidas teman 20 por ciento en peso de la resina de vinil ester. La densidad de area de cada capa era 296 g/m2. Un total de 2 capas de los compuestos de fibras de polietileno tejidas de alta tenacidad se apilados sueltas y se pre-formaron en la forma aproximada de un casco.

Las capas interiores del armazon de casco se formaron de fibras de polietileno de alta tenacidad orientadas (Spectra® 3000 de Honeywell International, Inc.) que teman un denier de 1300. Una red de las fibras orientadas unidireccionalmente se paso a traves de un bano de revestimiento que contema resina de poliuretano termoplastico en agua, y despues del secado se encontro que la resina comprendfa 16 por ciento en peso de la capa de tela no tejida. Cuatro capas de estas capas se colocaron en estratos cruzados en 00/900/00/900 y se laminaron juntas para formar un producto de proteccion de cuatro estratos. La densidad de area del compuesto de cuatro estratos era 257 g/m2. Un total de 67 capas de las capas de cuatro estratos se apilaron sueltas juntas, estando desviada la orientacion de las capas de fibras adyacentes 90° entre sf. Las capas de fibras se pre-formaron en la forma aproximada de un casco.

Las tres secciones del armazon de casco se introdujeron en un molde que tiene la forma deseada del casco (molde ACH), siendo colocadas primero las capas exteriores en el molde, seguido por las capas media y luego seguido por las capas interiores. La pila de capas se moldeo bajo una presion de sujecion de 190 toneladas (193 toneladas metricas), a 90° F 32°C) durante 15 minutos de calentamiento, seguido por una refrigeracion a 220 °F (104°C) durante 15 minutos. Despues de liberarlo del molde, los bordes del armazon de casco fueron recortados. La densidad total del area del armazon de casco era 3,75 libras por pie cuadrado (18,31 kg/m2).

El armazon de casco fue ensayado contra balas de armas de fuego (AK47, AK74 y NATO Ball) segun la Norma MIL- STD-662F y se encontro que resistfa la penetracion de tales balas de armas de fuego.

Ejemplo 2

Se preparo un casco como en el Ejemplo 1, excepto que la resina utilizada en las capas medias era el mismo tipo de resina termoplastica de poliuretano utilizada en las capas de la seccion interior. El contenido de resina de las capas

fibrosas medias era 20 por ciento en peso.

El armazon de casco fue ensayado como en el Ejemplo 1 y se observaron resultados similares.

Ejemplo 3

Se preparo un casco como en el Ejemplo 1, excepto que la resina en las capas interiores era un copolfmero en 5 bloque de estireno-isopreno-estireno (Kraton D-1107). El contenido de resina de las capas fibrosas internas era 17 por ciento en peso. El armazon de casco fue ensayado como en el Ejemplo 1, y se observaron resultados simulares.

Los cascos de esta invencion son de peso ligero y tienen todavfa resistencia excelente a las balas de armas de fuego. Los cascos tienen tambien resistencia excelente al impacto y rigidez estructural. Los cascos son utiles en aplicaciones militares y no militares, tales como cascos de cumplimiento de la ley, cascos deportivos y otros tipos de 10 cascos de seguridad.

Habiendo descrito la invencion con bastante detalle, se comprendera que tal detalle no tiene que ser estrictamente vinculante, sino que otros cambios y modificaciones pueden ocurrirse a los tecnicos en la materia, todos los cuales caen dentro del alcance de la invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas.

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Claims (9)

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   40

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   REIVINDICACIONES

   1. - Un casco moldeado de peso ligero que es resistente a penetracion por balas de armas de fuego, comprendiendo dicho casco un armazon, comprendiendo dicho armazon desde fuera hacia dentro:

   una pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dichas capas fibrosas una red tejida de fibras abrasivas de alta tenacidad en una primera matriz de resina;

   una segunda pluralidad de capas fibrosas fijadas a dicha primera pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dicha segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida o tricotada de fibras de alta tenacidad, en una segunda matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina; y

   una tercera pluralidad de capas fibrosas fijadas a dicha segunda pluralidad de capas fibrosas, comprendiendo dicha tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina:

   en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad son seleccionadas del grupo que consta de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro y mezclas de las mismas; o

   en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad comprenden fibras inorganicas que tienen una resistencia a la traccion de al menos aproximadamente 2.0 GPa.
2. 2. - El casco de la reivindicacion 1, en el que dicha segunda y tercera pluralidad de capas de fibras comprenden fibras de polietileno.
3. 3. - El casco de la reivindicacion 1 o 2, en el que dicha primera matriz de resina, dicha segunda matriz de resina y dicha tercera matriz de resina estan seleccionadas independientemente del grupo que consta de resinas termoplasticas y resinas termoestables, y en el que la densidad total del area de dicho armazon es de aproximadamente 3 libras por pie cuadrado hasta aproximadamente 5 libras por pie cuadrado (desde aproximadamente 14,6 kg/m2 hasta aproximadamente 24,4 kg/m2).
4. 4. - El casco de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primera matriz de resina y dicha segunda matriz de resina son qmmicamente las mismas y dicha tercera matriz de resina es qmmicamente diferente de dicha primera matriz de resina y dicha segunda matriz de resina.
5. 5. - El casco de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de area de dicha capas

   fibros2as de dicha primera p2luralidad de capas fibrosas es desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 35

   oz/yd (169,5 a 1186,5 g/m ), la densidad de area de dichas capas fibrosas de dicha segunda pluralidad de capas fibrosas es desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 65 oz/yd2 (169,5 a 2203 g/m2), y la densidad de area

   de dichas capas fibrosas 2de dicha tercera2 pluralidad de capas fibrosas es desde aproximadamente 1 hasta

   aproximadamente 90 oz/yd2 (33,9 a 3051 g/m2).
6. 6. - El casco de la reivindicacion 2, en el que dicha tercera pluralidad de capas fibrosas comprende capas de fibras orientadas unidireccionalmente que estan orientadas unas con respecto a las otras.
7. 7. - El casco de la reivindicacion 3, en el que dicha primera matriz de resina comprende una resina termoestable, dicha segunda matriz de resina comprende una resina termoestable o termoplastica, y dicha tercera matriz de resina comprende una resina termoplastica.
8. 8. - El casco de la reivindicacion 1, en el que dicha primera pluralidad de capas fibrosas comprende una red tejida de fibras de vidrio de alta tenacidad en una primera matriz de resina, comprendiendo dicha primera matriz de resina una resina termoestable;

   dicha segunda pluralidad de capas fibrosas comprende una red tejida de fibras de alta densidad en una segunda matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de polietileno, comprendiendo dicha segunda matriz de resina una resina termoestable o resina termoplastica; y

   dichas fibras de alta tenacidad en dicha tercera matriz de resina comprenden fibras de polietileno, comprendiendo dicha tercera matriz de resina una resina termoplastica;

   y en el que dicho casco tiene una densidad de area total desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 5 libras por pie cuadrado (14,6 a 24,4 k g/m2), es resistente a balas de armas de fuego que tienen energfas de al menos aproximadamente 1600 julios.
9. 9. - Un metodo para formar un armazon de un casco de peso ligero que es resistente a penetracion por balas de armas de fuego, comprendiendo el metodo las etapas de:

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   suministrar una primera pluralidad de capas fibrosas a un molde, comprendiendo las capas fibrosas una red tejida de fibras de alta tenacidad en una primera matriz de resina, comprendiendo las fibras de alta tenacidad fibras abrasivas; estando la primera pluralidad de capas fibrosas mirando hacia el interior en dicho molde;

   suministrar una segunda pluralidad de capas fibrosas a dicho molde, comprendiendo dicha segunda pluralidad de capas fibrosas una red tejida de fibras de alta tenacidad en una segunda matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina, cubriendo dicha segunda pluralidad de capas fibrosas dicha primera pluralidad de capas fibrosas, siendo compatibles dicha primera matriz de resina y la segunda matriz de resina, de tal manera que dicha primera y la segunda pluralidad de capas fibrosas se pueden adherir entre si;

   suministrar una tercera pluralidad de capas fibrosas a dicho molde, comprendiendo dicha tercera pluralidad de capas fibrosas una red no tejida de fibras de alta tenacidad en una tercera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras de alta tenacidad fibras de poliolefina, cubriendo dicha tercera pluralidad de capas fibrosas dicha segunda pluralidad de capas fibrosas; y

   aplicar calor y presion a dicha primera pluralidad de capas fibrosas, a dicha segunda pluralidad de capas fibrosas y a dicha tercera pluralidad de capas fibrosas para formar de esta manera dicho armazon del casco;

   en el que dichas fibras abrasivas de alta tenacidad son seleccionadas del grupo que consta de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carburo de silicio, fibras de carburo de boro, y mezclas de las mismas; o

   en el que dichas fibras abrasivas de alta densidad comprenden fibras inorganicas que tienen una resistencia a la traccion de al menos aproximadamente 2.0 GPa.