ES2626706T3 - Rendimiento balístico potenciado de fibras poliméricas - Google Patents

Abstract

Un compuesto de resistencia balística que comprende al menos una capa de fibras interconectadas, comprendiendo, dichas fibras, fibras de polietileno extensibles, y teniendo dichas fibras opcionalmente un material aglutinante polimérico sobre las mismas, recubriendo sustancialmente dicho material aglutinante opcional las superficies exteriores de cada una de las fibras e interconectando dichas fibras, que son fibras que comprenden fibras de un filamento y/o fibras de múltiples filamentos, teniendo dichas fibras un diámetro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un módulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongación a rotura de al menos un 2% y una densidad de área de fibra de al menos 5 gramos/m2.

Description

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DESCRIPCION

Rendimiento baUstico potenciado de fibras polimericas Antecedentes de la invencion

Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a materiales de resistencia balfstica que tienen resistencia mejorada y pesos mas ligeros. Mas particularmente, la invencion se refiere a telas de resistencia balfstica mejoradas producidas a partir de fibras de polietileno extensibles, de alto modulo que tienen un diametro de fibra reducido y propiedades de resistencia ffsica mejoradas, sin necesidad de modificacion de otras propiedades tales como la qmmica de fibras, el tipo de resina aglutinante y el contenido de resina aglutinante.

Descripcion de la tecnica relacionada

Los artfculos de resistencia balfstica que contienen fibras de alta resistencia que tienen excelentes propiedades contra proyectiles son bien conocidos. Los artfculos tales como chalecos antibalas, cascos, paneles de vehnculos y miembros estructurales de equipo militar tfpicamente se fabrican de telas que comprenden fibras de alta resistencia. Las fibras de alta resistencia convencionalmente incluyen fibras de polietileno, fibras de aramida tales como poli(fenilendiamina tereftalamida), fibras de grafito, fibras de nailon, fibras de vidrio y similares. Para muchas aplicaciones, tales como chalecos o partes de chaleco, las fibras pueden usarse en una tela tejida o tricotada. Para otras aplicaciones, las fibras pueden encapsularse o incrustarse en un material de matriz polimerica para formar telas ngidas o flexibles tejidas o no tejidas.

Hay varios parametros que afectan al rendimiento de un material de resistencia balfstica y diversas construcciones de resistencia balfstica se sabe que son utiles para la formacion de artfculos de blindaje duros o blandos, tales como cascos, paneles y chalecos. Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 4.403.012, 4.457.985, 4.613.535, 4.623.574, 4.650.710, 4.737.402, 4.748.064, 5.552.208, 5.587.230, 6.642.159, 6.841.492 y 6.846.758 describen compuestos de resistencia balfstica que incluyen fibras de alta resistencia hechas de materiales tales como polietileno de cadena prolongada de peso molecular ultra alto. Estos materiales compuestos presentan grados variables de resistencia a la penetracion por impacto a alta velocidad de proyectiles, tales como balas, obuses, metralla y similares.

Los parametros particulares que afectan el nivel de proteccion balfstica y la eficacia del material de resistencia balfstica incluyen la construccion de la fibra, la superficie de la fibra, la resina aglutinante y el contenido de resina aglutinante. Sin embargo, las fibras son la estructura de un material balfstico que tiene el impacto mas significativo sobre la eficacia de una tela en la defensa contra la penetracion de fragmentos y balas. Los filamentos y las fibras de polietileno de alto peso molecular, de alto modulo son materiales particularmente deseables para formar dichas estructuras compuestas porque tienen un rendimiento muy elevado de resistencia al peso. Tienen un modulo de elasticidad y una firmeza suficientemente altos para ofrecer una proteccion balfstica superior a un usuario y un peso suficientemente bajo para producir materiales que son deseables de usar.

Se conocen muchas tecnicas diferentes para la fabricacion de filamentos y fibras de polietileno de alta firmeza. Tfpicamente, dichas fibras de polietileno de alta firmeza se fabrican por hilado en una solucion que contiene polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) hinchado con un disolvente adecuado en filamentos de polietileno de peso molecular ultra alto, seguido de enfriamiento de los filamentos en solucion a un estado de gel, despues retirando el disolvente de hilado. Uno o mas de los filamentos en solucion, los filamentos en gel y los filamentos libres de disolvente se estiran o se extienden hasta un estado altamente orientado en una o mas fases. En general, dichos filamentos se conocen como filamentos de polietileno "hilados en gel". El proceso de hilado en gel no propicia la formacion de laminas de cadena plegada y favorece la formacion de estructuras de cadena "prolongada" que transmiten de forma mas eficaz las cargas de tension. Los filamentos hilados en gel tambien tienden a tener puntos de fusion mas altos que el punto de fusion del polfmero a partir del cual se formaron. Por ejemplo, el polietileno de alto peso molecular de aproximadamente 150.000, de aproximadamente un millon y de aproximadamente dos millones de peso molecular generalmente tienen puntos de fusion de 138°C. Los filamentos de polietileno altamente orientados hechos de estos materiales tienen puntos de fusion de aproximadamente 7°C a aproximadamente 13°C mayores. Este ligero incremento en el punto de fusion refleja la perfeccion cristalina y la mayor orientacion cristalina de los filamentos en comparacion con el polfmero en bruto.

Se han descrito diversos metodos para formar filamentos de polietileno hilados en gel, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 4.413.110; 4.430.383; 4.436.689; 4.536.536; 4.545.950; 4.551.296; 4.612.148; 4.617.233; 4.663.101; 5.032.338; 5.246.657; 5.286.435; 5.342.567; 5.578.374; 5.736.244; 5.741.451; 5.958.582; 5.972.498; 6.448.359; 6.746.975; 6.969.553; 7.078.099 y 7.344.668. Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 4.413.110, 4.663.101 y 5.736.244 describen la formacion de precursores de polietileno en gel y el estiramiento de xerogeles de baja porosidad obtenidos de los mismos para formar fibras de alto modulo, de alta firmeza. Las patentes de Estados Unidos 5.578.374 y 5.741.451 describen el estiramiento posterior de una fibra de polietileno que ya se ha orientado

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por extension a una temperature y tasa de extension particulares. La patente de Estados Unidos 6.746.975 describe hilos de multiples filamentos de alto modulo de alta firmeza formados a partir de soluciones a traves de extrusion a traves de una extrusora de hilos de multiples orificios en una corriente de gas de flujo tangencial para formar un producto fluido. El producto fluido se gelifica, se estira y se conforma en un xerogel. Los xerogeles se someten entonces a un estiramiento de dos fases para formar los hilos de multiples filamentos deseados.

La patente de Estados Unidos 7.078.099 describe hilos extensibles de multiples filamentos de polietileno hilados en gel, que tienen una perfeccion mayor de la estructura molecular. Los hilos se producen por un proceso de hilado en gel mejorado y se extienden en condiciones especiales para conseguir hilos de multiples filamentos que tienen un alto grado de orden molecular y cristalino. La patente de Estados Unidos 7.344.668 describe un proceso para extender hilos de multiples filamentos de polietileno hilados en gel esencialmente libres de diluyente en un horno de conveccion de aire forzado y los hilos extendidos producidos por el mismo. Las condiciones del proceso de relacion de extension, tasa de estiramiento, tiempo de residencia, longitud del horno y velocidad de suministro se seleccionan en relacion especifica entre sf para conseguir una eficacia y productividad potenciadas.

Sin embargo, con la constante ampliacion del alcance de las amenazas balfsticas y la rapida expansion de las personas que sienten la necesidad de protegerse de dichas amenazas, existe una necesidad continua en la tecnica para reducir el peso de los materiales de resistencia balfstica sin reducir la eficacia de los materiales en la defensa contra las amenazas balfsticas. La invencion proporciona una solucion a esta necesidad en la tecnica, incorporando una pluralidad de fibras de un filamento de alta resistencia, de bajo denier por filamento, una pluralidad de fibras de multiples filamentos de alta resistencia, de bajo denier, o una combinacion de pluralidad de fibras de un filamento de alta resistencia, bajo denier y una pluralidad de fibras de multiples filamentos de alta resistencia, de bajo denier en una construccion de tela especializada para formar capas de fibras delgadas y finas y telas que tienen una excelente dispersion de las fibras, resistencia potenciada y densidad de area de fibra adecuada sin alterar el peso global de la tela. Estas telas mejoradas proporcionan al usuario final la opcion de seleccionar telas que tienen un rendimiento balfstico mejorado sin aumentar el peso de la tela, o un peso reducido del tejido sin una reduccion correspondiente en el rendimiento balfstico. Cada una de las patentes analizadas en este documento representan los avances en el estado de la tecnica, pero ninguna satisface las necesidades reunidas por la presente invencion.

Sumario de la invencion

La invencion proporciona un compuesto de resistencia balfstica que comprende al menos una capa de fibras interconectadas, teniendo dichas fibras tienen opcionalmente un material aglutinante polimerico sobre las mismas, recubriendo sustancialmente dicho material aglutinante opcional las superficies exteriores de cada una de las fibras e interconectando dichas fibras, que son fibras que comprenden fibras de un filamento y/o fibras multiples filamentos, teniendo dichas fibras un diametro de menos de 4,6 denier por 9000 m de filamento (denier por filamento; dpf; denier/filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2.

La invencion tambien proporciona una tela de resistencia balfstica formada de una pluralidad de capas de fibras de polietileno interconectadas, comprendiendo dicha tela una pluralidad de capas de fibras no tejidas, comprendiendo cada capa de fibras comprendiendo una pluralidad de fibras dispuestas en una serie sustancialmente paralela, comprendiendo, dichas fibras, fibras de un filamento y/o fibras de multiples filamentos, teniendo dichas fibras un diametro de menos de 4,6 denier por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a ruptura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2, teniendo dichas fibras un material aglutinante polimerico sobre las mismas, recubriendo sustancialmente dicho material aglutinante

las superficies exteriores de cada una de las fibras e 2nterconectando dichas fibras, donde cada capa de fibras no tejidas tiene una densidad de area de fibra de 5 g/m a 35 g/m , y donde la tela tiene una densidad de area de menos de 75 g/m2.

La invencion proporciona ademas un metodo de produccion de un material de resistencia balfstica a partir de una pluralidad de capas de fibras de polietileno de alta resistencia, comprendiendo el metodo:

a) formar al menos dos capas de fibras, comprendiendo cada capa de fibras una pluralidad de fibras alineadas en una serie unidireccional sustancialmente paralela;

b) extender una o mas de dichas fibras en condiciones suficientes para reducir el diametro de las fibras, produciendo fibras extensibles que tienen un diametro de menos de 4,6 denier por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2;

c) despues de completarse ambas etapas a) y b), recubrir dichas fibras con un material aglutinante polimerico de modo que dicho material aglutinante recubra sustancialmente las superficies exteriores de cada una de las fibras e interconecte dichas fibras; y despues de ello

d) consolidar dichas capas de fibras para formar un material de resistencia balfstica.

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Descripcion detallada de la invencion

La invencion proporciona materiales de resistencia baKstica que tienen resistencia mejorada y relaciones de peso mas ligero fabricando telas de resistencia balfstica a partir de fibras de alto modulo, altamente extensibles que tienen un diametro de fibra reducido y propiedades de resistencia ffsica mejoradas. Las telas y artfculos formados a partir de las mismas mantienen una resistencia superior a la penetracion de balas sin cambiar otras propiedades tales como la qmmica de las fibras, tipo de resina aglutinante y el contenido de resina aglutinante.

Para los fines de la invencion, los artfculos que tienen una resistencia superior a la penetracion de balas describen los que muestran propiedades excelentes contra proyectiles deformadles, tales como balas y contra la penetracion de fragmentos, tales como metralla. La invencion proporciona compuestos de resistencia balfstica formados a partir de una o mas capas de fibras que comprenden fibras de un filamento de bajo denier por filamento, fibras de multiples filamentos de bajo denier por filamento o una combinacion de fibras de un filamento de bajo denier por filamento y fibras de multiples filamentos de bajo denier por filamento para formar al menos una capa de fibras interconectadas. Los compuestos de resistencia balfstica pueden ser telas tejidas o no tejidos y las fibras que forman dichas telas pueden estar opcionalmente recubiertas con un material aglutinante polimerico.

Como se usa en este documento, el termino "compuesto" se refiere a combinaciones de fibras opcionalmente con un recubrimiento de aglutinante/matriz. Este es conocido convencionalmente en la tecnica. Como se usa en este documento, una "capa" de fibras describe una disposicion sustancialmente plana de fibras interconectadas por tejido o interconectados en una estructura no tejida. Como se usa en este documento, una "hebra" de fibras o "hebra individual" es una disposicion de fibras que no se solapan o parcialmente solapantes que estan alineadas en una unica serie unidireccional sustancialmente paralela. Este tipo de disposicion de fibras tambien es conocido en la tecnica como un "unitape" (cinta unidireccional) y se pueden combinar multiples hebras para formar una tela no tejida. Por ejemplo, se pueden formar hebras de multiples de fibras en telas no tejidas comprendiendo una pluralidad de hebras de fibras solapantes, apiladas que se consolidan en elemento monolftico de una unica capa. Como se usa en este documento, una capa de fibras puede incluir una o mas hebras (unitapes). Adicionalmente, como se usa en este documento, una "serie" describe una disposicion ordenada de fibras o hilos, y una "serie paralela" describe una disposicion ordenada paralelo de fibras o hilos. Como se usa en este documento, una "tela" puede referirse a un material tejido o no tejido, o una combinacion de los mismos, y el termino "tela" describe estructuras que pueden incluir hebras de fibras, antes o despues del moldeo para formar un compuesto no tejido consolidado. Como se usa en este documento, los terminos fibras "extensibles" o fibras "de extension" son conocidos en la tecnica y son conocidos tambien en la tecnica como fibras "orientadas" o "de orientacion" o fibras "estiradas" o "de estiramiento". Estos terminos se utilizan indistintamente en este documento.

Para los fines de la presente invencion, una "fibra" es un cuerpo alargado cuya dimension longitudinal es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y grosor. Las secciones transversales de las fibras para su uso en esta invencion pueden variar ampliamente, y pueden ser circulares, planas u oblongas en seccion transversal. Por tanto, el termino "fibra" incluye filamentos, cintas, tiras y similares que tienen una seccion transversal regular o irregular, pero se prefiere que las fibras tengan una seccion transversal sustancialmente circular. Como se usa en este documento, el termino "hilo" se define como una unica hebra que consiste de multiples fibras.

Como se describe en este documento, una unica fibra puede estar formada de un solo filamento o de multiples filamentos. Una fibra formada a partir de un solo filamento se menciona en este documento como una fibra "de un solo filamento" o una fibra de "un filamento" y una fibra formada a partir de una pluralidad de filamentos se menciona en este documento como una fibra de "multiples filamentos". La definicion de fibras de multiples filamentos en este documento tambien abarca las fibras de pseudo-monofilamento, que es un termino de la tecnica que describe fibras de multiples filamentos que estan al menos parcialmente fusionados y parecen a fibras de un filamento. Las fibras de multiples filamentos de la invencion incluyen preferiblemente de 2 a aproximadamente 500 filamentos, mas preferiblemente de 2 a 250 filamentos, mas preferiblemente de 2 a 100 filamentos, mas preferiblemente de 2 a 20 filamentos, mas preferiblemente de 2 a 10 filamentos y mucho mas preferiblemente de 2 a 5 filamentos, estando dichos filamentos al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos.

Las fibras de la invencion pueden ser de seccion transversal multilobular irregular o regular que tiene uno o mas lobulos regulares o irregulares que sobresalen del eje lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras sean de un unico lobulo con una seccion transversal sustancialmente circular. En las realizaciones mas preferidas de la invencion, los materiales/telas de resistencia balfstica de la invencion incluyen una o mas fibras de un filamento, y preferiblemente consisten en fibras de un filamento o comprenden una combinacion de fibras de un filamento y fibras de multiples filamentos. Mucho mas preferiblemente, las telas de la invencion se forman a partir de fibras de un filamento que se tocan entre sf. Las fibras de un filamento son las mas preferidas debido a que, por ejemplo, puede incorporarse un mayor numero de fibras en una unitape o capa de tela en comparacion con una unitape o capa de tela de las mismas dimensiones en que se forma con fibras de multiples filamentos. Las telas resultantes, por tanto, tienen una densidad de area de fibra de menos de 35 g/m2 (gsm). Un beneficio similar se encuentra tambien cuando se usan o incorporan fibras multiples filamentos, pero la mejora no es sustancial. Ademas, las fibras de un filamento son las mas preferidas debido a que las fibras de multiples filamentos pueden deshilacharse en el extremo de la fibra despues de que las fibras se recorten o corten durante las etapas de

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procesamiento convencionales.

Las telas de resistencia baKstica proporcionadas en este documento se forman a partir de fibras de polietileno de alto modulo de elasticidad, de alta resistencia. Para los fines de esta invencion, las fibras de alto modulo de elasticidad, de alta resistencia pueden comprender cualquier tipo de fibra de polietileno que se pueda fabricar para tener un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2 Como se usa en este documento, el termino "denier" se refiere a la unidad de densidad lineal, igual a la masa en gramos por 9000 metros de fibra o hilo. Como se usa en este documento, el termino "firmeza" se refiere a la tension de traccion expresada como centiNewton por decitex, o la fuerza (gramos) por unidad de densidad lineal (denier) de una muestra no sometida a tension. El "modulo inicial" de una fibra es la propiedad de un material representativo de su resistencia a la deformacion. La expresion "modulo de elasticidad" se refiere a la relacion entre el cambio en la firmeza, expresada en centiNewton por decitex, o gramos-fuerza por denier (g/d) al cambio en la deformacion, expresado como una fraccion de la longitud de la fibra original (2,5 cm/2,5 cm; in/in). Los terminos firmeza, modulo inicial y modulo de elasticidad son cada uno como se mide por ASTM D2256.

Particularmente se prefieren fibras de un filamento que tienen un denier de fibra de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), mas preferiblemente de aproximadamente 1 a 3,0 gramos por 9000 m de filamento (1 denier por filamento a 3,0 denier por filamento), y mas preferiblemente de 1,0 a 2,0 gramos por 9000 m de filamento (1,0 denier por filamento a 2,0 denier por filamento), que tambien tienen dichas propiedades de resistencia ffsica deseadas, es decir, firmeza superior, modulo de elasticidad, elongacion a rotura y densidad de area de fibra. Por consiguiente, las fibras preferidas de la invencion tienen un diametro de 1 a 4,6 gramos por 9000 m de filamento (1 denier por filamento a 4,6 denier por filamento), una firmeza de 42 cN/dtex (37 gramos por denier) a 51 cN/dtex (45 gramos por denier), un modulo de elasticidad de 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier) a 3399 cN/dtex (3000 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de aproximadamente 5 gramos/m2 a aproximadamente 35 gramos/m2. Mas preferiblemente, las fibras de la invencion tienen un diametro de 1 a 2,0 gramos por 9000 m de filamento (1 denier por filamento a aproximadamente 2,0 denier por filamento), una firmeza de 45 cN/dtex (40 gramos por denier) a 51 cN/dtex (45 gramos por denier), un modulo de elasticidad de 2266 cN/dtex (2000 gramos por denier) a 3399 cN/dtex (3000 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% a un 3,3% y una densidad de area de fibra de 25 gramos/m2 a 35 gramos/m2. Estos valores de modulo de elasticidad inicial y la firmeza son generalmente obtenibles solamente empleando procesos de crecimiento en solucion o hilado en gel, y se obtienen mejor a partir de un polfmero en bruto de polietileno de alto peso molecular. Por consiguiente, las fibras de la presente invencion comprenden preferentemente las fibras de poliolefina de alta firmeza, o consisten esencialmente en las fibras de poliolefina de alta firmeza, o consisten en las fibras de poliolefina de alta firmeza y las fibras de poliolefina son preferiblemente fibras de polietileno de alta firmeza. Las fibras de polietileno de alta firmeza de multiples filamentos estan actualmente disponibles en el mercado, por ejemplo, con la marca registrada SPECTRA® de Honeywell International Inc. de Morristown, NJ. Sin embargo, ni las fibras de un filamento ni las fibras de multiples filamentos que tienen estas propiedades colectivas especificas estan actualmente disponibles en el mercado.

Los materiales de fibras de modulo de elasticidad, de alta resistencia que son particularmente adecuados para la formacion de los materiales y artfculos de resistencia balfstica son fibras de polietileno de un filamento y multiples filamentos hiladas en gel, de alto peso molecular, altamente orientadas. Se conocen varios procesos para preparar filamentos de PE de UHMW hilados en gel, incluyendo los metodos descritos, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 4.413.110, 4.422.993, 4.551.296, 4.663.101, 5.246.657, 5.736.244, 5.578.374, 5.741.451, 6.448.359, 6.746.975, 7.078.099 y 7.344.668. Como se describe, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos 7.344.668, los filamentos de polietileno hilados en gel se preparan a partir de polietileno de peso molecular ultra alto (PE de UHMW) que tienen una viscosidad intrmseca en decalina a 135°C de 5 dl/g a 35 dl/g. El PE de UHMW se disuelve en un disolvente a temperatura elevada, la solucion resultante se extruye en un filamento en solucion y el filamento en solucion se enfna hasta un estado de gel. El estado de gel puede ser del tipo de caucho si el disolvente de hilado es un lfquido, o puede ser ngido si el disolvente de hilado es una cera. El disolvente de hilado en general se extrae del filamento en gel por evaporacion o extraccion. Preferiblemente, el polietileno hilado en gel empleado es un polietileno que tiene menos de un grupo metilo por mil atomos de carbono, mas preferiblemente menos de 0,5 grupos metilo por mil atomos de carbono, y menos de un 1% en peso de otros constituyentes.

Las fibras de polietileno de multiples filamentos hiladas en gel o de un filamento hiladas en gel de la invencion se extruyen a traves de una extrusora de hilos de un solo orificio o multiples orificios que tiene aberturas que extruyen filamentos que tienen un diametro (denier por filamento) sustancialmente mayor que 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento). Preferentemente, los filamentos hilados en gel no extendidos se hilan a traves de una extrusora de hilos de multiples orificios para obtener un denier por filamento de al menos aproximadamente dos veces el denier de los filamentos finales altamente extensibles de la invencion, de manera que el proceso de estirado preferiblemente reduce el denier de los filamentos hilados en gel en un 50% o mas, mas preferiblemente en un 60% o mas, incluso mas preferiblemente en un 70% o mas y mucho mas preferiblemente en un 80% o mas, preferiblemente reduciendo el denier por filamento hasta 3,2 gramos por 9000 m de filamento (dpf) o menos, mas preferiblemente reduciendo el denier por filamento hasta 2,0 gramos por 9000 m de filamento (dpf) o menos, y

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mucho mas preferiblemente reduciendo el denier por filamento hasta 1,0 gramos por 9000 m de filamento (dpf) o menos.

Para conseguir estos resultados, las fibras de polietileno de multiples filamentos hiladas en gel o de un filamento hiladas en gel de la invencion se estiran en una unica etapa de extension continua o en multiples etapas de extension. En las realizaciones preferidas de la invencion, los filamentos se extienden varias veces y la extension se lleva a cabo en un proceso de extension de multiples fases. En un proceso de extension tfpico de multiples fases, los filamentos/fibras se calientan hasta una temperatura incrementada despues de cada etapa de extension en comparacion con la etapa de extension previa y donde la temperatura de la fibra puede aumentarse solamente antes del estiramiento o de forma creciente durante la etapa de estiramiento. Cuando la extension se lleva a cabo despues de que extraer el disolvente extrajo de los filamentos, las fibras pueden ablandarse en un horno de aire caliente a una temperatura relativamente alta, tal como de 135°C a 160°C y preferiblemente se extienden durante esta etapa de calentamiento. Se puede emplear cualquier relacion de estiramiento deseada, tipicamente al menos de 2, tal como de 2 a 10, mas preferiblemente de 3 a 8 y mucho mas preferiblemente de 4 a 6. Las fibras se calientan y se extienden durante un periodo de tiempo deseado. El tiempo de permanencia real en un aparato de calentamiento tal como un horno depende de varios factores, tales como la temperatura del horno, la longitud del horno, el tipo de horno (por ejemplo, horno de circulacion de aire caliente, bano caliente, etc.), etc. A este respecto, cada etapa de extension en una secuencia de multiples etapas de extension se realiza a una relacion de extension que es mas lenta que la etapa de extension previa, y el proceso de estiramiento es muy lento, tardando varios dfas en algunas circunstancias para estirar las fibras suficientemente sin que se rompan.

En un proceso de extension tfpico para filamentos de polietileno hilados en gel, una pluralidad de filamentos hilados en gel se agrupan y se extienden juntos, como un haz de filamentos desconectados o como un hilo que comprende fibras interconectadas. Los filamentos de la invencion preferiblemente se extienden como un haz de filamentos desconectados en lugar de como un hilo de fibras interconectadas. Tambien es comun extender multiples paquetes de haces o hilos de polietileno hilados en gel en un carrete simultaneamente. Veanse, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 7.078.099 y 7.344.668 del mismo propietario que la presente. En las realizaciones mas preferidas de la invencion, la extension de los filamentos se lleva a cabo en las condiciones de extension especificadas en la patente de Estados Unidos 7.078.099 del mismo propietario que la presente y la patente de Estados Unidos 7.344.668 del mismo propietario que la presente, donde se llevo a cabo preferiblemente cualquiera de los procesos modificado para pasar los filamentos multiples veces a traves de los aparatos de extension especificados en las mismas, donde se detiene completamente la extension entre las etapas de extraccion secuenciales. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 7.078.099 muestra un proceso de extension de una unica extension, de un unico pase, donde los filamentos pasan una vez a traves del aparato de extension y se extienden una vez a medida que recorren la trayectoria a traves del aparato de extension especificado. La patente de Estados Unidos 7.344.668 muestra un proceso de extension de doble extension, de un unico pase, donde los filamentos pasan a traves del aparato de extension una vez y se extienden dos veces a medida que recorren la trayectoria a traves del aparato de extension especificado. Los inventores de la presente invencion ahora han descubierto que las fibras de bajo denier/ filamento que tienen las propiedades superiores descritas en este documento pueden fabricarse modificando estos procesos de las patentes de Estados Unidos 7.078.099 y/o 7.344.668 llevando a cabo multiples pases a traves de sus aparatos de extension respectivos en lugar de un unico pase.

En la realizacion preferida de la invencion, las fibras hiladas en gel se extienden por una combinacion tubrida de los procesos de las patentes de Estados Unidos 7.078.099 y 7.344.668, o realizando uno de dichos procesos multiples veces, donde los filamentos no extendidos primero se extienden pasando los filamentos a traves el aparato de extension una primera vez (es decir, un unico pase) y luego estos filamentos extendidos se pasan posteriormente a traves del aparato de extension al menos una vez adicional (es decir, un segundo pase, tercer pase, etc.). Preferiblemente, el primer pase es un pase a traves del aparato de extension como se especifica en la patente de Estados Unidos 7.078.099 o la patente de Estados Unidos 7.344.668 y el segundo pase (y cualquier pase adicional) es tambien preferiblemente un pase a traves del aparato de extension como se especifica en la patente de Estados Unidos 7.078.099 o la patente de Estados Unidos 7.344.668. Por ejemplo, un unico pase de filamentos no extendidos a traves del proceso de la patente de Estados Unidos 7.078.099 (proceso de una sola extension) dara lugar a que los filamentos se extiendan una vez (de acuerdo con las condiciones de la patente de Estados Unidos 7.078.099) y un posterior pase de dichos filamentos extendidos a traves del proceso de la patente de Estados Unidos 7.344.668 (proceso de doble extension) dara lugar a que los filamentos se extiendan dos veces mas (siendo dichas segunda y tercera extensiones de acuerdo con las condiciones de la patente de Estados Unidos 7.344.668), de manera que los filamentos, por lo tanto, son extiendan un total de tres veces. Mucho mas preferentemente, los filamentos de la invencion se someten solamente a dos pases de extension, donde tanto el primer pase como el segundo pase comprenden el metodo de doble extension especificado en la patente de Estados Unidos 7.344.668. Como el proceso de la patente de Estados Unidos 7.344.668 es un metodo de doble extension, los filamentos de la invencion, por lo tanto, se extienden preferiblemente un total de cuatro veces. Dichos multiples pasos de extension no se muestran en la patente de Estados Unidos 7.078.099, la patente de Estados Unidos 7.344.668 o en la tecnica relacionada y se ha descubierto que se logran fibras mejoradas de alto rendimiento que tienen un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2.

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Como se indica anteriormente, los filamentos individuales que comprenden una fibra de multiples filamentos de la invencion pueden estar al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos. Segun las tecnicas descritas en la solicitud publicada de patente de Estados Unidos 2009/0321976, las condiciones de calentamiento y extension de una fibra de multiples filamentos se eligen preferiblemente de manera que los filamentos adyacentes de un hilo de multiples filamentos esten al menos parcialmente fusionados juntos, donde se cree que la temperatura de la superficie exterior de los filamentos esta en o dentro del intervalo de fusion del polfmero que constituye los filamentos de manera que las superficies de los filamentos se comienzan a ablandar y fusionar en puntos de contacto a lo largo de la longitud de las superficies exteriores de los filamentos. Las fibras de multiples filamentos de la invencion preferiblemente estan sustancialmente no trenzadas. Por "sustancialmente no trenzadas" se entiende que las fibras de multiples filamentos tienen torsion cero o muy poca torsion a lo largo de su longitud, por ejemplo, no mas de 0,1 giros por pulgada (4 giros por metro), preferiblemente no mas de 0,05 giros por pulgada (2 giros por metro) a lo largo de la longitud de la fibra de multiples filamentos. Si es necesario, una fibra de multiples filamentos fusionada puede estirarse de nuevo despues de fusionar las fibras juntas para obtener una fibra de multiples filamentos fusionada que tiene un denier de multiples filamentos de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), mas preferiblemente de 1 a 3,0 gramos por 9000 m de filamento (1 denier por filamento a 3,0 denier por filamento) y mucho mas preferiblemente de 1,0 a 2,0 gramos por 9000 m de filamento (1,0 denier por filamento a 2,0 denier por filamento).

Ninguna de las patentes de Estados Unidos, 7.078.099 y 7.344.668 muestra fibras de un filamento o compuestos formados a partir de fibras de un filamento. Para los fines de la invencion, las fibras de un filamento pueden fabricarse de una manera similar de acuerdo con los metodos descritos en dichas patentes, donde una solucion de polfmero se extruye a traves de una unica abertura de la extrusora de hilos, o por extrusion a traves de una extrusora de hilos de multiples orificios sin combinar los filamentos individuales con otros filamentos por trenzado, entrelazado, fusion por calor o cualquier otro medio. Las patentes de Estados Unidos 7.078.099 y 7.344.668 ademas no logran describir telas formadas con fibras que tienen un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos aproximadamente un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2. Los metodos descritos en estas patentes pueden modificarse ampliando las etapas de estiramiento descritas en las mismas para producir fibras incluso mas delgadas que tienen un diametro (denier por filamento) de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento, mas preferiblemente de 1,0 a 3,0 gramos por 9000 m de filamento (1,0 denier por filamento a 3,0 denier por filamento) y mucho mas preferiblemente de 1,0 a 2,0 gramos por 9000 m de filamento (1,0 denier por filamento a 2,0 denier por filamento).

Antes de estirar los filamentos/fibras o despues de estirar los filamentos/fibras, pueden aplicarse agentes externos, tales como agentes antiestaticos y acabados de hilado sobre las superficies del filamento/fibra, con la condicion de que no se incluyan disolventes para el polietileno en dichos materiales. Dichos agentes externos comprendenan menos de un 1% en peso de la fibra. Adicionalmente, antes de la aplicacion de cualquier resina de matriz u otro recubrimiento superficial, tambien se prefiere que algunas o todas de las fibras se sometan a un tratamiento de superficie opcional por diversas razones que determinanan los expertos en la materia y, en muchas circunstancias, sena suficiente tratar solamente las fibras mas cercanas a la superficie de una telaen lugar de todas o la mayona de las fibras que comprendien una tela. Por ejemplo, algunas o todas las fibras se someten a un tratamiento de corona opcional, tratamiento de plasma, tratamiento de fluoracion u otro tratamiento qmmico, tal como injerto por UV, para mejorar la adhesion entre fibras entre las fibras adyacentes durante la fabricacion de compuestos. Por ejemplo, un tratamiento de corona es un proceso en el que se pasa una fibra a traves de una estacion de descarga en corona dando a la superficie de la fibra una carga que mejora su capacidad de unirse a una fibra adyacente. Preferiblemente, las fibras se someten a 0,5 hasta 3 kVA-min/m2 de tratamiento de corona. Mas preferiblemente, el nivel de tratamiento de corona es de aproximadamente 1,7 kVA-min/m2. Las unidades de tratamiento de corona adecuadas estan disponibles en Enercon Industries Corp., Menomonee Falls, Wisconsin y en Sherman Treaters Ltd, Thame, Oxon., R.U. Un tratamiento con plasma opcional, que es bien conocido en la tecnica, implica el tratamiento de una fibra o tela con una descarga electrica en una camara de vacfo llena de oxfgeno, amoniaco u otro gas inerte apropiado como es bien sabido en la tecnica. La seleccion del gas es importante para el tratamiento de superficie deseado y este se determinana por un experto en la materia. La descarga electrica es por radiofrecuencia (RF) que disocia el gas en electrones, iones, radicales libres y productos metaestables. Los electrones y los radicales libres creados en el plasma chocan con la superficie de la fibra, rompiendo los enlaces covalentes y creando radicales libres sobre la superficie de la fibra. Despues de un tiempo de reaccion o temperatura predeterminada, el gas del proceso y la energfa de RF se inactivan y los gases sobrantes y otros subproductos se eliminan. En un tratamiento de fluoracion opcional, la superficie de los filamentos/fibras de la invencion se modifican por fluoracion directa de los filamentos/fibras con fluor elemental. Por ejemplo, las superficies del filamento/fibra se pueden fluorar poniendo en contacto las superficies del filamento/fibra con una mezcla de un 10% de F2/90% de He a 25°C para depositar el fluor elemental sobre dichas superficies. Los compuestos de este documento, por lo tanto, pueden fabricarse a partir de fibras fluoradas, fibras no fluoradas o una combinacion de fibras fluoradas y no fluoradas en un unico compuesto de tela. El injerto por UV es tambien un proceso bien conocido en la tecnica. En un proceso opcional de injerto por UV de una superficie de la fibra balfstica, las fibras (o la tela) se sumergen en una solucion de un monomero, fotosensibilizador y un disolvente para recubrir al menos parcialmente las superficies de la fibra/tela con el

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monomero y el fotosensibilizador. Las fibras recubiertas se irradian a continuacion con radiacion UV, como es bien sabido en la tecnica. La seleccion particular del tipo de monomero, el tipo de fotosensibilizador y el tipo de disolvente puede variar segun se desee y se determina facilmente por un experto en la materia. Por ejemplo, se pueden injertar los grupos de acrilamida sobre cadenas de polfmero de PE de UHMW a traves de un monomero de injerto de acrilamida, como se analiza en el artfculo titulado "Estudios sobre la modificacion de la superficie de fibras de PE de UHMW a traves del injerto iniciado por UV" por Jieliang Wang, et al. del Department of Applied Chemistry, School of Science, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, Shaanxi 710072, PR China. Applied Surface Science, Volumen 253, Numero 2, 15 de noviembre de 2006, paginas 668-673.

Antes del estiramiento de las fibras o despues del estiramiento de las fibras, las fibras de la invencion preferiblemente se recubren con un material aglutinante polimerico, tambien conocido comunmente en la tecnica como material de "matriz polimerica". Las expresiones "polfmero aglutinante" y "matriz polimerica" se usan indistintamente en este documento. Estas expresiones son convencionalmente conocidas en la tecnica y describen un material que une las fibras mediante sus caractensticas adhesivas inherentes o despues de someterse a condiciones de calor y/o presion bien conocidas. Dicho material de "matriz polimerica" o "aglutinante polimerico" tambien puede proporcionar a una tela otras propiedades deseables, tales como resistencia a la abrasion y resistencia a condiciones ambientales perjudiciales, de modo que puede ser deseable recubrir las fibras con un material aglutinante, incluso cuando sus propiedades de union no son importantes, tal como con telas tejidas.

Cuando se recubren filamentos/fibras con un aglutinante polimerico, el recubrimiento de aglutinante polimerico se aplica tfpicamente de forma simultanea o secuencial a una pluralidad de fibras dispuestas como una red de fibras (por ejemplo, una serie paralela o un fieltro) para formar una red recubierta, como una tela tejida para formar una tela tejida recubierta o como otra disposicion, donde las fibras de ese modo se recubren, se impregnan con, se incrustan en o se aplican de otro modo con el recubrimiento. El material polimerico tambien se puede aplicar sobre al menos una serie de fibras que no son parte de una red de fibras, seguido del tejido de las fibras en una tela tejida o seguido de la formulacion de una tela no tejida siguiendo los metodos descritos anteriormente en este documento.

Las fibras se disponen preferiblemente en una o mas hebras de fibras despues de que las fibras se hayan estirado y, en caso necesario, se hayan recortado a la forma y el tamano deseados de la hebra y luego las multiples hebras se alinean, se apilan y se consolidan siguiendo tecnicas convencionales. En otra tecnica, las fibras se estiran, se recubren con un material aglutinante, se disponen aleatoriamente y se consolidan para formar un fieltro. Dichas tecnicas son bien conocidas en la tecnica. Cuando se forman telas tejidas, las fibras se estiran antes de tejerlas y pueden recubrirse con el recubrimiento de aglutinante polimerico, antes o despues del tejido, preferiblemente despues. Dichas tecnicas son bien conocidas en la tecnica.

Las telas tejidas o no tejidas de la invencion se pueden preparar usando una diversidad de materiales aglutinantes polimericos, incluyendo tanto materiales elastomericos de bajo modulo como materiales ngidos de alto modulo. Como se usa en este documento, la expresion modulo de elasticidad significa el modulo de elasticidad medido por ASTM 2256 para una fibra y por ASTM D638 para un material aglutinante polimerico.

Un aglutinante de bajo o alto modulo puede comprender una diversidad de materiales polimericos y no polimericos. Un aglutinante polimerico preferido comprende un material elastomerico de bajo modulo. Para los fines de esta invencion, un material elastomerico de bajo modulo tiene un modulo de elasticidad medido a 6.000 psi (41,1 MPa) o menos de acuerdo con los procedimientos de ensayo ASTM D638. Para un polfmero de bajo modulo, el modulo de elasticidad del elastomero es preferiblemente de 4.000 psi (27,6 MPa) o menos, mas preferiblemente de 2.400 psi (16,5 MPa) o menos, mas preferiblemente de 1.200 psi (8,23 MPa) o menos y mucho mas preferiblemente es de 500 psi (3,45 MPa) o menos. La temperatura de transicion vftrea (Tg) del elastomero es preferiblemente de menos de 0°C, mas preferiblemente de menos de -40°C y mucho mas preferiblemente de menos de -50°C. El elastomero tambien tiene una elongacion preferida a ruptura de al menos un 50%, mas preferiblemente de al menos un 100% y mucho mas preferiblemente tiene una elongacion a rotura de al menos un 300%.

Puede utilizarse una amplia diversidad de materiales y formulaciones que tienen un bajo modulo como aglutinante polimerico. Los ejemplos representativos incluyen polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolfmeros de etileno-propileno, terpolfmeros de etileno-propileno-dieno, polfmeros de polisulfuro, elastomeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado, policloropreno, cloruro de polivinilo plastificado, elastomeros de butadieno y acrilonitrilo, poli(isobutileno-co-isopreno), poliacrilatos, poliesteres, polieteres, fluoroelastomeros, elastomeros de silicona, copolfmeros de etileno y combinaciones de los mismos, y otros polfmeros de bajo modulo y copolfmeros que se pueden curar por debajo del punto de fusion de la fibra. Tambien se prefieren mezclas de diferentes materiales elastomericos, o mezclas de materiales elastomericos con uno o mas termoplasticos.

Son particularmente utiles los copolfmeros de bloque de dienos y monomeros aromaticos de vinilo conjugados. Los elastomeros de dieno conjugado preferidos son butadieno e isopreno. Los monomeros aromaticos conjugados preferidos son estireno, vinil tolueno y t-butil estireno. Los copolfmeros de bloque que incorporan poliisopreno pueden hidrogenarse para producir elastomeros termoplasticos que tienen segmentos de elastomeros hidrocarbonados saturados. Los polfmeros pueden ser tri-copolfmeros de bloque simples de tipo A-B-A, copolfmeros de multiples bloques del tipo (AB)n (n = 2-10) o copolfmeros de configuracion radial del tipo R-(BA)x (x = 3 - 150),

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donde A es un bloque de un monomero aromatico de polivinilo y B es un bloque de un elastomero de dieno conjugado. Muchos de estos polfmeros se producidos comercialmente por Kraton Polymers de Houston, TX y se describen en el boletm "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81. El polfmero aglutinante polimerico de bajo modulo mas preferido comprende copolfmeros de bloque estirenicos vendidos con la marca comercial KRATON® producidos comercialmente por Kraton Polymers. El material aglutinante polimerico mas preferido comprende un copolfmero de bloque de poliestireno-poliisopreno-poliestireno vendido con la marca comercial KRATON®.

Los materiales ngidos de alto modulo preferidos, generalmente tienen un modulo de elasticidad inicial mayor de 41,4 MPa (6.000 psi). Los materiales aglutinantes polimericos de alto modulo, ngidos preferidos, utiles en este documento incluyen materiales tales como un polfmero de ester vimlico o un copolfmero de bloque de estireno-butadieno y tambien mezclas de polfmeros tales como ester vimlico y ftalato de dialilo o formaldehudo de fenol y polivinil butiral. Un material aglutinante polimerico ngido particularmente preferido para su uso en esta invencion es un polfmero termoendurecible, preferiblemente soluble en disolventes saturados de carbono-carbono tales como metil etil cetona y que poseen un alto modulo de elasticidad cuando se curan de al menos aproximadamente 1 x 106 psi (6895 MPa) medido por ASTM D638. Los materiales aglutinantes polimericos ngidos particularmente preferidos son los descritos en la patente de Estados Unidos 6.642.159. El aglutinante polimerico, sea un material de bajo modulo o un material de alto modulo, tambien puede incluir cargas tales como carbono negro o sflice, puede diluirse con aceites o puede vulcanizarse por azufre, peroxido, oxido de metal o sistemas de curacion con radiacion como se sabe bien en la tecnica.

Ademas de las capas de fibras no tejidas, las capas de fibras tejidas tambien se recubren preferiblemente con aglutinante polimerico. Preferiblemente, las fibras que comprenden las capas de fibras tejidas al menos se recubren parcialmente con un aglutinante polimerico, seguido de una etapa de consolidacion similar a la realizada con capas de fibras no tejidas. Dicha etapa de consolidacion puede llevarse a cabo para combinar multiples capas de fibras tejidas entre sf, o para combinar adicionalmente el aglutinante con las fibras de dicha tela tejida. Sin embargo, el recubrimiento de las capas de fibras tejidas con un aglutinante polimerico no es necesario. Por ejemplo, una pluralidad de capas de fibras tejidas no necesariamente tiene que consolidarse, y puede adherirse por otros medios, tales como con un adhesivo convencional o por costura.

En general, un recubrimiento de aglutinante polimerico es necesario para combinar de manera eficaz, es decir, consolidar, una pluralidad de hebras de fibras no tejidas. El material aglutinante polimerico puede aplicarse sobre toda el area superficial de las fibras individuales o solamente sobre un area superficial parcial de las fibras. Mas preferiblemente, el recubrimiento del material aglutinante polimerico se aplica sobre sustancialmente toda el area superficial de cada fibra individual que forma una tela tejida o no tejida de la invencion. Cuando las telas comprenden una pluralidad de hilos, cada fibra que forma una sola hebra de hilo se recubre preferiblemente con el material aglutinante polimerico. Sin embargo, como es el caso con sustratos de telas tejidas, las telas no tejidas tambien se pueden recubrir con materiales aglutinantes/de matriz polimericos adicionales despues de las etapas de consolidacion/moldeo mencionadas anteriormente sobre una o mas superficies de la tela segun lo desee un experto en la materia.

Las propiedades de rigidez, de impacto y balfsticas de los artfculos formados a partir de los compuestos de tela de la invencion se ven afectados por el modulo de elasticidad del polfmero aglutinante polimerico que recubre las fibras. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 4.623.574 describe que los compuestos de fibras reforzadas construidos con matrices elastomericas que tienen modulos de elasticidad de menos de aproximadamente 6.000 psi (41.300 kPa) tienen propiedades balfsticas superiores en comparacion tanto con los compuestos construidos con polfmeros de mayor modulo y tambien en comparacion con la misma estructura de fibra sin un material aglutinante polimerico. Sin embargo, los polfmeros de material aglutinante polimerico de bajo modulo de elasticidad tambien proporcionan compuestos de menor rigidez. Ademas, en ciertas aplicaciones, particularmente aquellas donde un compuesto debe funcionar tanto en modo antibalas como en modo estructural, se necesita una combinacion superior de resistencia balfstica y rigidez. Por consiguiente, el tipo mas apropiado de polfmero aglutinante polimerico a usarse variara dependiendo del tipo de artfculo a formarse a partir de las telas de la invencion. Para conseguir un compromiso en ambas propiedades, un aglutinante polimerico adecuado puede combinar materiales tanto de bajo modulo como de alto modulo para formar un unico aglutinante polimerico.

Para los fines de la presente invencion, el termino "recubierto" como se usa en este documento, no pretende limitar el metodo por el cual las capas de polfmero se aplican a la superficie del filamento/ fibra. Puede utilizarse cualquier metodo de aplicacion apropiado cuando la capa de material aglutinante polimerico se aplica directamente sobre las superficies de las fibras. Por consiguiente, las fibras de la invencion pueden recubrirse, impregnarse con, incrustarse en o aplicarse de otro modo con el material aglutinante polimerico. Los materiales aglutinantes polimericos preferiblemente se aplican directamente a la fibra o fibras usando cualquier metodo apropiado que se determinana facilmente por un experto en la materia. Por ejemplo, los materiales aglutinantes polimericos se pueden aplicar en forma de solucion por pulverizacion, extrusion o recubrimiento con rodillo de una solucion del material polimerico sobre las superficies de las fibras, donde una parte de la solucion comprende el polfmero o polfmeros deseados y una parte de la solucion comprende un disolvente capaz de disolver o dispersar el polfmero o polfmeros, seguido de secado. Como alternativa, el material aglutinante polimerico se puede extruir sobre las fibras usando tecnicas convencionalmente conocidas, tales como a traves de un troquel con ranura o a traves de otras tecnicas tales como

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fotograbado directo, varilla de Meyer y sistemas de cuchillas de aire, que son bien conocidos en la tecnica. Otro metodo es aplicar un polfmero puro del material aglutinante sobre las fibras, como un lfquido, un solido pegajoso o partfculas en suspension o como un lecho fluido. Como alternativa, el recubrimiento se puede aplicar como una solucion, emulsion o dispersion en un disolvente adecuado que no afecta de forma adversa a las propiedades de las fibras a la temperatura de aplicacion. Por ejemplo, las fibras pueden transportarse a traves de una solucion del material aglutinante polimerico para cubrir sustancialmente las fibras y despues pueden secarse.

En otra tecnica de recubrimiento, las fibras se pueden sumergir en un bano de una solucion que contiene el material aglutinante polimerico disuelto o dispersado en un disolvente adecuado y despues se secan a traves de evaporacion o volatilizacion del disolvente. Este metodo preferiblemente cubre al menos parcialmente cada fibra individual con el primer material polimerico, preferiblemente recubriendo sustancialmente o encapsulando cada una de las fibras individuales y cubriendo la totalidad o sustancialmente la totalidad del area superficial del filamento/fibra con el material aglutinante polimerico. El procedimiento de inmersion se puede repetir varias veces segun se requiera para colocar una cantidad deseada de material polimerico sobre las fibras.

Pueden usarse otras tecnicas para aplicar un recubrimiento a las fibras, incluyendo el recubrimiento del precursor de la fibra en gel antes de que las fibras se sometan a la operacion de estiramiento, antes o despues de la eliminacion del disolvente de la fibra, segun la tecnica de hilado en gel. La fibra puede entonces estirarse a temperaturas elevadas, de acuerdo con el proceso preferido de la invencion. La fibra de gel puede pasarse a traves de una solucion del polfmero de recubrimiento apropiado a las condiciones para lograr el recubrimiento deseado. La cristalizacion del polfmero de alto peso molecular en la fibra de gel puede haber tenido lugar o no antes de que la fibra pase a la solucion. Como alternativa, las fibras pueden extruirse en un lecho fluido de un polvo polimerico adecuado.

Como se indica en este documento, las fibras pueden recubrirse con el aglutinante polimerico antes del estiramiento de las fibras o despues del estiramiento de las fibras. Adicionalmente, las fibras se pueden recubrir con el aglutinante antes o despues de que las fibras se hayan dispuesto en una o mas hebras/capas, o antes o despues de que las fibras se hayan tejido en una tela tejida. Por consiguiente, debe entenderse que en realizaciones en las que se incorpora el aglutinante polimerico opcional, la invencion no pretende estar limitada por la fase en la que se aplica el aglutinante polimerico sobre las fibras, ni por los medios usados para aplicar el aglutinante polimerico.

Los metodos para la produccion de telas no tejidas son bien conocidos en la tecnica. En las realizaciones preferidas de este documento, una pluralidad de fibras se dispone dispuestas en al menos una serie, disponiendose tipicamente como una red de fibras que comprende una pluralidad de fibras alineadas en una serie unidireccional sustancialmente paralela. En un proceso tfpico para formar hebras de fibras no tejidas alineadas unidireccionalmente, se suministran haces de fibras a partir de un carrete y se conducen a traves de las grnas y una o mas barras de separacion en un peine de colimacion, seguido de recubrimiento de las fibras con un material aglutinante polimerico. Un haz de fibras tfpico tendra de 30 a 2000 fibras individuales. Las barras separadoras y el peine de colimacion dispersan y extienden las fibras agrupadas, reorganizandolas de lado a lado de manera coplanar. La dispersion ideal de las fibras da como resultado que los filamentos individuales o las fibras individuales se coloquen una al lado de la otra en un unico plano de fibras, formando una serie sustancialmente unidireccional, paralela, sin que las fibras solapen entre sf. En este punto, desgastar las fibras antes o durante esta etapa de propagacion puede potenciar y acelerar la dispersion de las fibras en dicha serie paralela. El desgaste de las fibras es un proceso en el que las fibras (o la tela), se pasan a traves de una solucion qmmica que elimina cualquier acabado de fibra residual indeseable (o auxiliar de tejido) que pueda haberse aplicado a las fibras durante o despues de la fabricacion. El desgaste de fibras tambien puede mejorar la resistencia de la union de un material aglutinante polimerico aplicado posteriormente (o una pelfcula protectora aplicada posteriormente) sobre las fibras y, por consiguiente, puede que se necesite menos aglutinante. Al reducir la cantidad de aglutinante, puede incluirse un mayor numero de fibras en una tela, produciendo un material balfstico mas ligero con resistencia mejorada. Esto tambien conduce al acoplamiento aumentado de los proyectiles con las fibras, resistencia mejorada al apunalamiento de los compuestos de tela resultantes y una resistencia aumentada de los compuestos contra impactos repetidos. Despues de la dispersion y la colimacion de las fibras, las fibras de dicha serie paralela contienen tipicamente de 3 a 12 extremos de fibra por pulgada (1,2 a 4,7 extremos por cm), dependiendo del grosor del filamento/fibra.

Despues de recubrir las fibras con el material aglutinante como se analiza en este documento, las fibras recubiertas se forman en telas no tejidas que comprenden una pluralidad de hebras de fibras no tejidas solapantes que se consolidan en un elemento monolftico de una unica capa. Como se indica previamente, cada hebra comprende una disposicion de fibras no solapantes que estan alineadas en una serie unidireccional, sustancialmente paralela. Como se usa en este documento, estructura "de una unica capa" se refiere a la estructura monolttica compuesta de una o mas hebras de fibras individuales que se han consolidado en una unica estructura unitaria. Por "consolidacion" se entiende que el recubrimiento de aglutinante polimerico y cada hebra de fibras se combinan juntos en una unica capa unitaria.

En una estructura de tela no tejida preferida de la invencion, se forma una pluralidad de unitapes solapantes apiladas donde las fibras paralelas de cada hebra individual (unitape) estan posicionadas de forma ortogonal (0°/90°)

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a las fibras paralelas de cada hebra individual adyacente respecto a la direccion de las fibras longitudinales de cada hebra individual. El apilamiento de hebras de fibras no tejidas solapantes se consolida por calor y presion, o adhiriendo los recubrimientos de hebras de fibras individuales para formar un elemento monolftico de una unica capa que tambien se menciona en la tecnica como red consolidada monocapa donde una "red consolidada" describe una combinacion consolidada (combinada) de hebras de fibras con una matriz/aglutinante polimerico. Los artfculos de la invencion tambien pueden comprender combinaciones consolidadas tnbridas de telas tejidas, telas no tejidas formadas a partir de hebras de fibras unidireccionales y telas de fieltro no tejidas.

Como se sabe convencionalmente en la tecnica, la excelente resistencia balfstica se consigue cuando las hebras de fibras individuales se entrecruzan de modo que la direccion de alineacion de las fibras de una hebra se rota a un angulo con respecto a la direccion de alineacion de las fibras de otra hebra. Mucho mas preferiblemente, las hebras de fibras se entrecruzan de forma ortogonal a angulos de 0° y 90°, pero pueden alinearse hebras adyacentes a casi cualquier angulo entre 0° y 90° con respecto a la direccion de las fibras longitudinales de otra hebra. Por ejemplo, una estructura no tejida de cinco hebras puede tener hebras orientadas a un angulo de 0°/45°/90°/45°/0° o a otros angulos. Dichas alineaciones unidireccionales rotadas se describen, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 4.457.985; 4.748.064; 4.916.000; 4.403.012; 4.623.574 y 4.737.402.

Mucho mas tfpicamente, las telas no tejidas incluyen de 1 a 6 hebras, pero pueden incluir tantas como 10 a 20 hebras como pueda desearse para diversas aplicaciones. La mayor cantidad de hebras se traduce en mayor resistencia balfstica, pero tambien en mayor peso. Por consiguiente, la cantidad de hebras de fibras que forman una tela o un artfculo de la invencion vana dependiendo del uso final de la tela o del artfculo. Por ejemplo, en chalecos de blindaje corporal para aplicaciones militares, para formar un compuesto de artfculo que consiga una densidad de area deseada de 1,0 libra por pie cuadrado o menos (4,9 kg/m2), puede requerirse un total de 100 hebras (o capas) a 50 hebras individuales (o capas), donde las hebras/capas pueden ser telas tejidas, tricotadas, enfurtidas o no tejidas (con fibras orientadas paralelas u otras disposiciones) formadas a partir de las fibras de alta resistencia descritas en este documento. En otra realizacion, los chalecos de blindaje corporal para uso de las fuerzas policiales pueden tener varias hebras/capas basandose en el nivel de amenaza del National Institute of Justice (NIJ). Por ejemplo, para un chaleco nivel de amenaza IIIA del NIJ, puede ser un total de 40 hebras. Para un nivel de amenaza del NIJ inferior, pueden emplearse menos hebras/capas. La invencion permite la incorporacion de un mayor numero de hebras de fibras para conseguir el nivel deseado de proteccion balfstica sin aumentar el peso de la tela en comparacion con otras estructuras de resistencia balfstica conocidas.

Los metodos de consolidacion de telas o hebras de fibras son bien conocidos, tal como por los metodos descritos en la patente de Estados Unidos 6.642.159. La consolidacion se puede producir a traves de secado, enfriamiento, calentamiento, presion o una combinacion de los mismos. El calor y/o presion pueden no ser necesarios, ya que las capas de fibras o de tela solamente se pueden pegar juntas, como es el caso en un proceso de laminacion en humedo. Tfpicamente, la consolidacion se hace situando las hebras de fibras individuales unas sobre otras en condiciones de suficiente calor y presion para causar que las hebras combinen en una tela unitaria. La consolidacion puede hacerse a temperaturas que vanan de 50°C a 175°C, preferiblemente de 105°C a 175°C y a presiones que vanan de 5 psig (0,034 MPa) a 2500 psig (17 MPa), durante 0,01 segundos a 24 horas, preferiblemente de 0,02 segundos a 2 horas. Cuando se calienta, es posible que se provoque que el recubrimiento de aglutinante polimerico se adhiera o fluya sin fundirse completamente. Sin embargo, en general, si se provoca que el material aglutinante polimerico se funda, se requiere relativamente poca presion para formar el compuesto, mientras que si el material aglutinante solamente se calienta hasta un punto de adhesion, tfpicamente se requiere mas presion. Como se sabe convencionalmente en la tecnica, la consolidacion puede realizarse en una configuracion de calandria, un laminador de lecho plano, una prensa o en un autoclave.

Como alternativa, la consolidacion puede conseguirse por moldeo con calor y presion en un aparato de moldeo adecuado. En general, el moldeo se realiza a una presion de 50 psi (344,7 kPa) a 5000 psi (34470 kPa), mas preferiblemente de 100 psi (689,5 kPa) a 3000 psi (20680 kPa), mucho mas preferiblemente de 150 psi (1034 kPa) a 1500 psi (10340 kPa). El moldeo puede realizarse, como alternativa, a presiones mayores de 5000 psi (34470 kPa) a 15000 psi (103410 kPa), mas preferiblemente de 750 psi (5171 kPa) a 5000 psi y mas preferiblemente de 1000 psi a 5000 psi. La etapa de moldeo puede durar de 4 segundos a 45 minutos. Las temperaturas de moldeo preferidas vanan de 200°F (~93°C) a 350°F (~177°C), mas preferiblemente a una temperatura de 200°F (~93°c) a 300°F (~149°C) y mucho mas preferiblemente a una temperatura de 200°F (~93°C) a 280°F (~121°C). La presion a la que se moldean las telas de la invencion tiene un efecto directo sobre la dureza o flexibilidad del producto moldeado resultante. Particularmente, cuanto mayor sea la presion a la que se moldean las telas, mayor sera la dureza y viceversa. Ademas de la presion de moldeo, la cantidad, grosor y composicion de las hebras de la tela y el tipo de recubrimiento de aglutinante polimerico tambien afecta directamente a la dureza de los artfculos formados a partir de las telas de la invencion. Muy comunmente, una pluralidad de redes de fibras ortogonales se "pegan" con el polfmero aglutinante y se procesan a traves de un laminador de lecho plano para mejorar la uniformidad y la resistencia de la union.

Aunque cada una de las tecnicas de moldeo y consolidacion descritas en este documento son similares, cada proceso es diferente. Particularmente, el moldeo es un proceso discontinuo y la consolidacion es un proceso continuo. Ademas, el moldeo tfpicamente implica el uso de un molde, tal como un molde conformado o un molde de

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troquel acoplado cuando se forma un panel plano, y no necesariamente produce un producto plano. Normalmente la consolidacion se hace en un laminador de lecho plano, una configuracion de fijacion de calandria o como una laminacion en humedo para producir telas de armadura personal blandas (flexibles). El moldeo tfpicamente se reserva para la fabricacion de armaduras ngidas, por ejemplo, placas ngidas. En cualquier proceso, las temperaturas, presiones y tiempos adecuados generalmente dependen del tipo de materiales de recubrimiento de aglutinante polimerico, el contenido de aglutinante polimerico, el proceso usado y el tipo de fibra. Las telas de la invencion tambien pueden calandrarse opcionalmente por calor y presion para ablandar o pulir sus superficies. Los metodos de calandrado son bien conocidos en la tecnica.

Las telas tejidas pueden formarse usando tecnicas que son bien conocidas en la tecnica usando cualquier trama textil, tal como trama lisa, trama crowfoot, trama de esterilla, trama saten, trama de sarga y similares. El tejido liso es el mas comun, donde las fibras se tejen juntas en una orientacion ortogonal de 0°/90°. Antes o despues de tejerlas, las fibras individuales de cada material de tela tejida pueden recubrirse o no con el material aglutinante polimerico. En otra realizacion, puede ensamblarse una estructura fubrida donde se combinan e interconectan telas tanto tejidas como no tejidas, tal como por consolidacion como se describe en este documento.

Para producir un artfculo de tela que tenga suficientes propiedades de resistencia balfstica, el peso total del recubrimiento de aglutinante/matriz comprende preferiblemente de un 2% a un 50% en peso, mas preferiblemente de un 5% a un 30%, mas preferiblemente de un 7% a un 15% y mucho mas preferiblemente de un 11% a un 16% en peso de las fibras mas el peso del recubrimiento, donde lo mas preferido es un 16% para telas no tejidas. Un menor contenido de aglutinante/matriz es apropiado para telas tejidas, donde un contenido de aglutinante polimerico mayor de cero pero menor de un 10% en peso de las fibras mas el peso del recubrimiento es lo mas preferido.

El grosor de las telas individuales corresponded al grosor de las fibras individuales y la cantidad de capas de fibras incorporadas en una tela. Una tela tejida preferida tendra un grosor preferido de 25 pm a 500 pm por capa, mas preferiblemente de 50 pm a 385 pm y mucho mas preferiblemente de 75 pm a 255 pm por capa. Una tela no tejida preferida, es decir, una red no tejida, de una unica capa, consolidada tendra un grosor preferido de 12 pm a 500 pm, mas preferiblemente de 50 pm a 385 pm y mucho mas preferiblemente de 75 pm a 255 pm, donde una red de una unica capa, consolidada tfpicamente incluye dos hebras consolidadas (es decir, dos unitapes). Aunque dichos grosores son preferidos, debe entenderse que pueden producirse otros grosores para satisfacer una necesidad particular y aun estar dentro del alcance de la presente invencion.

Despues del tejido o la consolidacion de las capas de fibras, puede adherirse una capa de polfmero opcional a cada una de las superficies exteriores de las telas a traves de metodos convencionales. Los polfmeros adecuados para dicha capa de polfmero incluyen de forma no excluyente polfmeros termoplasticos y termoendurecibles. Los polfmeros termoplasticos adecuados se pueden seleccionar de forma no excluyente del grupo que consiste de poliolefinas, poliamidas, poliesteres, poliuretanos, polfmeros de vinilo, fiuoropolfmeros y copolfmeros y mezclas de los mismos. De estos, se prefieren las capas de poliolefina. La poliolefina preferida es un polietileno. Los ejemplos no limitantes de pelfculas de polietileno son polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno lineal de densidad media (LMDPE), polietileno lineal de densidad muy baja (VLDPE), polietileno lineal de densidad ultra baja (ULDPE), polietileno de alta densidad (HDPE). De estos, el polietileno mas preferido es LLDPE. Los polfmeros termoendurecibles incluyen de forma no excluyente alilos termoendurecidos, aminos, cianatos, epoxis, fenolicos, poliesteres insaturados, bismaleimidas, poliuretanos ngidos, siliconas, esteres vimlicos y sus copolfmeros y mezclas, tales como los descritos en las patentes de Estados Unidos 6.846.758, 6.841.492 y 6.642.159. Como se describe en este documento, una pelfcula de polfmero incluye recubrimientos polimericos.

Las capas de pelfcula polimerica se adhieren preferiblemente a la red consolidada de una unica capa usando tecnicas de laminacion bien conocidas. Tfpicamente, el laminado se hace situando las capas individuales unas sobre otras en condiciones de calor y presion suficientes para provocar que las capas se combinen en una pelfcula unitaria. Las capas individuales se situan unas sobre otras y entonces la combinacion se pasa tfpicamente a traves del estrechamiento de un par de rodillos laminadores calentados por tecnicas bien conocidas en la tecnica. El calentamiento de laminacion se puede hacer a temperaturas que vanan de 95°C a 175°C, preferiblemente de 105°C a 175°C, a presiones que van de 5 psig (0,034 MPa) a 100 psig (0,69 MPa), durante 5 segundos a 36 horas, preferiblemente de 30 segundos a 24 horas. Si se incluyen, las capas de pelfcula polimerica comprenden preferiblemente de un 2% a un 25% en peso de la tela total, mas preferiblemente de un 2% a un 17% ciento en peso de la tela total y mucho mas preferiblemente de un 2% a un 12%. El porcentaje en peso de las capas de pelfcula polimerica generalmente variara dependiendo del numero de capas de tela incluidas. Ademas, aunque las etapas de consolidacion y laminacion de capas polimericas exteriores se describen en este documento como dos etapas separadas, como alternativa se pueden combinar en una unica etapa de consolidacion/laminacion a traves de tecnicas convencionales en la tecnica.

Las capas de pelfcula polimerica son preferiblemente muy delgadas, teniendo un grosor de capa preferido de 1 pm a 250 pm, mas preferiblemente de 5 pm a 25 pm y mucho mas preferiblemente de 5 pm a 9 pm. El grosor de las capas de tela individuales corresponde al grosor de las fibras individuales. Aunque se prefieren dichos grosores, debe entenderse que pueden producirse otros grosores de pelfcula para satisfacer una necesidad particular y aun estar dentro del alcance de la presente invencion.

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Las telas de la invencion tambien muestran buena resistencia al desprendimiento. La resistencia al desprendimiento es un indicador de la fuerza de union entre capas de fibras. Como norma general, cuanto menor sea el contenido del polfmero de la matriz, menor sera la resistencia de la union, pero sera mayor la resistencia a fragmentacion del material. Sin embargo, por debajo de una resistencia de union cntica, el material balfstico pierde durabilidad durante el corte del material y el ensamblaje de artfculos, tal como un chaleco y tambien da como resultado una durabilidad reducida a largo plazo de los artfculos. En la realizacion preferida, la resistencia al desprendimiento para las telas de filamentos delgados de la invencion en una configuracion del tipo SPECTRA® Shield (0°, 90°) es preferiblemente de al menos 0,83 kg/m2 (0,17 lb/ft2) para una buena resistencia a fragmentacion, mas preferiblemente al menos 0,92 kg/m2 (0,188 lb/ft2) y mas preferiblemente al menos 1,01 kg/m2 (0,206 lb/ft2). Se ha descubierto que las mejores resistencias al desprendimiento se consiguen para telas de la invencion que tienen al menos un contenido de aglutinante de un 11% a un 15%.

Las telas de la invencion tendran una densidad de area preferida de 20 gramos/m2 (0,004 lb/ft2 (psf)) a 1000 gsm (0,2 psf). Las densidades de area mas preferibles para las telas de esta invencion variaran de 30 gsm (0,006 psf) a 500 gsm (0,1 psf). La densidad de area mas preferida para las telas de esta invencion variara de 50 gsm (0,01 psf) a 250 gsm (0,05 psf). Los artfculos de la invencion, que comprenden multiples capas individuales de tela apiladas unas encima de las otras, tendran adicionalmente una densidad de area preferida de 1000 gsm (0,2 psf) a 40.000 gsm (8,0 psf), mas preferiblemente de 2000 gsm (0,40 psf) a 30.000 gsm (6,0 psf), mas preferiblemente de 3000 gsm (0,60 psf) a 20.000 gsm (4.0 psf) y mucho mas preferiblemente de 3750 gsm (0,75 psf) a 10.000 gsm (2,0 psf).

Las telas de la invencion pueden usarse en diversas aplicaciones para formar una diversidad de diferentes artfculos de resistencia balfstica usando tecnicas bien conocidas. Por ejemplo, se describen tecnicas adecuadas para formar artfculos de resistencia balfstica en, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 4.623.574, 4.650.710, 4.748.064, 5.552.208, 5.587.230, 6.642.159, 6.841,492 y 6.846.758. Los compuestos son particularmente utiles para la formacion de artfculos de armadura blandos y flexibles, incluyendo vestimentas tales como chalecos, pantalones, sombreros u otros artfculos de indumentaria, y fundas o mantos, usados por personal militar para rechazar varias amenazas balfsticas, tales como balas de 9 mm de cobertura de metal completa (FMJ) y una diversidad de fragmentos generados debido a la explosion de granadas de mano, proyectiles de artillena, artefactos explosivos improvisados (IED) y otros dispositivos encontrados en misiones militares y de paz.

Como se usa en este documento, armadura "blanda" o "flexible" es la armadura que no retiene su forma cuando se somete a una cantidad significativa de tension. Las estructuras tambien son utiles para la formacion de artfculos de armadura ngida y dura. Por armadura "ngida" se entiende un artfculo, tal como cascos, planchas para vehfculos militares o escudos protectores, que tienen resistencia mecanica suficiente de modo que mantiene la rigidez estructural cuando se somete a una cantidad significativa de tension y es capaz de automantenerse sin hundirse. Las estructuras pueden cortarse en una pluralidad de laminas concretas y apilarse para la formacion en un artfculo o pueden formarse en un precursor que posteriormente se usa para formar un artfculo. Dichas tecnicas son bien conocidas en la tecnica.

Las vestimentas de la invencion pueden formarse a traves de metodos convencionalmente conocidos en la tecnica. Preferiblemente, una vestimenta puede formarse uniendo los artfculos de resistencia balfstica de la invencion con un artfculo de ropa. Por ejemplo, un chaleco puede comprender un chaleco de tela generica que se une con las estructuras de resistencia balfstica de la invencion, mediante lo cual las estructuras de la invencion se insertan en bolsillos colocados estrategicamente. Esto permite la maximizacion de la proteccion balfstica, minimizando al mismo tiempo el peso del chaleco. Como se usa en este documento, los terminos "unir" o "unido" pretender incluir adhesion, tal como por costura o adherencia y similares, asf como acoplamiento no adherido o yuxtaposicion con otra tela, de modo que los artfculos de resistencia balfstica opcionalmente puedan retirarse facilmente del chaleco o de otro artfculo de ropa. Los artfculos usados en la formacion de estructuras flexibles como planchas flexibles, chalecos y otras vestimentas se forman preferiblemente usando un material aglutinante de bajo modulo de elasticidad. Los artfculos duros como cascos y blindajes se forman preferiblemente, aunque no de forma excluyente, usando un material aglutinante de alto modulo de elasticidad.

Las propiedades de resistencia balfstica se determinan usando procedimientos de ensayo convencionales que son bien conocidos en la tecnica. Particularmente, la potencia protectora o resistencia a penetracion de un compuesto de resistencia balfstica se expresa normalmente mencionando la velocidad de impacto a la que el 50% de los proyectiles penetran en el compuesto mientras que el 50% se detienen por el compuesto, tambien conocido como el valor V50. Como se usa en este documento, la "resistencia de penetracion" de un artfculo es la resistencia a la penetracion por una amenaza determinada, tal como objetos ffsicos incluyendo balas, fragmentos, metralla y similares. Para compuestos de densidad de area igual, que es el peso del compuesto dividido por su area, cuanto mayor sea la V50, mejor sera la resistencia balfstica del compuesto.

La resistencia a la penetracion de amenazas indicadas tambien se puede expresar por la absorcion total de energfa espedfica ("SEAT") del material de resistencia balfstica. La SEAT total es la energfa cinetica de la amenaza dividida por la densidad de area del compuesto. Cuanto mayor sea el valor de SEAT, mejor sera la resistencia del compuesto a la amenaza. Las propiedades de resistencia balfstica de los artfculos de la invencion variaran

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dependiendo de muchos factores, particularmente el tipo de fibras usadas para fabricar las telas, el porcentaje en peso de las fibras en el compuesto, la idoneidad de las propiedades ffsicas de los materiales de recubrimiento, la cantidad de capas de tela que componen el compuesto y la densidad de area total del compuesto.

Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar la invencion:

Ejemplo 1

Para preparar fibras de alto modulo de acuerdo con la invencion, un haz de 60 filamentos se hilo en gel y se ensamblo. El denier del haz de 60 filamentos era de 650 (10,83 gramos por 9000 m de filamento; dpf). El haz de 60 filamentos se sometio a una primera etapa de extension, es decir, un proceso de extension doble de un unico pase de acuerdo con los metodos descritos en el ejemplo 1 de la patente de Estados Unidos 7.344.668, reduciendo de ese modo el denier del haz de filamentos a 215 (3,58 gramos por 9000 m de filamento; dpf). El haz de 60 filamentos se sometio entonces a una segunda etapa de extension, es decir, otro proceso de extension unica de dos pases de acuerdo con los metodos descritos en el ejemplo 1 de la patente de Estados Unidos 7.344.668, reduciendo de ese modo el denier del haz de filamentos a 163 (2,71 gramos por 9000 m de filamento; dpf).

Ejemplo 2

Las etapas del ejemplo 1 se repitieron para ensamblar un haz que inclma 480 filamentos individuales y que tema un denier de 1300 (2,71 gramos por 9000 m de filamento; dpf). Este haz se identifica en la tabla 1 como "fibra HMF". Las fibras resultantes teman una firmeza de 44 cN/dtex (39 g/denier) y un modulo de elasticidad de 1642 cN/dtex (1449 g/denier).

Eiemplos 3 y 4 (comparativos) y eiemplo 5

Se prepararon paquetes de disparo de balas de tres diferentes variedades de fibras de polietileno de alto modulo, identificadas en la tabla 1 como "fibra convencional", "fibra PLUS" y "fibra HMF" en la tabla 1 para el ensayo de las propiedades de resistencia balfstica de cada tipo de tela. Las fibras convencionales eran fibras de polietileno de multiples filamentos de alta firmeza, que tienen una firmeza de 38,9 cN/dtex (34,3 g/denier) y se estiraron a 5,4 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento). Las fibras PLUS eran fibras de polietileno de multiples filamentos de alta firmeza que teman una firmeza de 41 cN/dtex (36 g/denier) y se estiraron hasta 4,6 gramos por 9000 de filamento (denier por filamento). Cada una de las fibras convencionales y las fibras PLUS se suministradas por Honeywell International Inc. de Morristown, NJ. Las fibras HMF eran de fibras de polietileno de multiples filamentos de alta firmeza de la invencion que se identifican en el ejemplo 2. Las propiedades medidas para los tres tipos de fibras se enumeran en la tabla 1. Se muestra una comparacion de cada propiedad enumerada para cada tipo de fibra.

Antes de formar los paquetes de disparo, las capas de fibras se cortaron de hojas laminadas de material que comprendfan dos hebras consolidadas de fibras unidireccionales de cada tipo de fibra impregnada con una composicion de aglutinante polimerico que comprende resina aglutinante termpolastica Kraton® D1107 disponible en el mercado en Kraton Polymers de Houston, TX. Cada capa de fibras contema un 21% en peso del material aglutinante Kraton® D1107 basado en el peso de las fibras mas el peso de la resina aglutinante. Antes del recubrimiento de las fibras con el aglutinante y antes de formar las capas de fibras, las fibras se pueden tratar opcionalmente con corona para mejorar la adhesion entre fibras entre las fibras adyacentes. En los ejemplos 3-5, las fibras PLUS se trataron con corona, pero las fibras convencionales y las fibras HMF no se trataron por corona.

Las dos hebras de fibras de cada capa de entrecruzaron de manera que las fibras de una hebra estuvieran orientadas en un angulo recto a las fibras de la segunda hebra con relacion a la direccion de las fibras longitudinales de cada hebra de fibras (configuracion convencional de 0°/90°). Las hebras se laminaron entre dos pelfculas de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), teniendo cada una un grosor de 9 pm y una densidad de area de 8 g/m2. El proceso de laminacion incluye presionar las pelfculas de LLDPE en el material entrecruzada a 110°C, a 200 psi (1379 kPa) de presion durante 30 minutos, formando de este modo una hoja laminada continua de material que tiene un grosor de 0,06'' (1,524 mm). La lamina de la tela de fibras convencionales se corto para formar dos capas separadas, teniendo cada una con una longitud y una anchura de 18'' x 18'' (45,7 mm x 45,7 mm) y la densidad total de area de una capa de tela fue de 150 gsm. La lamina de la tela de fibras PLUS se corto para formar dos capas separadas, cada una teniendo una longitud y una anchura de 18'' x 18'' (45,7 mm x 45,7 mm) y la densidad total de area de una capa de tejido fue de 113 gsm. La lamina de la tela de fibras HMF se corto cortado para formar ocho capas separadas, cada una teniendo una longitud y una anchura de 18'' x 18'' (45,7 mm x 45,7 mm) y la densidad total de area de una capa de tela era 150 gsm. Para cada muestra, las capas se apilaron entonces libremente para formar el paquete de disparo. Las capas no se unen entre sf. La densidad de area de cada paquete de disparo fue de 3,66 kg/m2.

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Tabla 1

Fibras (densidad de tela)

Denier por filamento(a) Firmeza (g/d) cN/dtex % de diferencia Modulo (g/d) % de diferencia UTE* % de diferencia

Fibra convencional (1300 denier, 240 filamentos)

5,4 (34,3) 38,9 Control 1179 Control 3,4% Control

Fibra PLUS (1100 denier, 240 filamentos)

4,6 (36) 41 (+) 4,9% 1222 (+) 3,6% 3,3% (-) 2,9%

Fibra HMF (1300 denier, 480 filamentos)

2,7 (39) 44 (+) 13,7% 1449 (+) 22,9% 3,2% (-) 5,9%

(a)Denier por filamento = gramos por 9000 m de filamento *UTE = Elongacion final a la traccion.

La resistencia a balas de cada capa de dos hebras se ensayo frente una bala de 9 mm de cobertura de metal completa (FMJ), un fragmento de FSP de 17 grano y una bala de un rifle M80. Los resultados de esta prueba balfstica se resumen en las tablas 2-4, respectivamente.

Para ensayar la resistencia a fragmentos, cada paquete de disparo se monto en una estructura de prueba y se sujeto firmemente en la parte superior de la estructura. La estructura se monto a una orientacion de 90 grados hasta la lmea del fragmento disparado desde un receptor universal montado firmemente. Se uso un proyectil de 17 granos de simulacion de fragmentos para la prueba y se ajusto a la forma, el tamano y el peso segun MIL-P-46593A. Se llevo a cabo la prueba balfstica de V50 de acuerdo con los procedimientos de MIL-STD-662E para determinar experimentalmente la velocidad a la que una bala tiene una probabilidad del 50 por ciento de penetrar en el objeto de ensayo.

Se dispararon varios fragmentos de FSP de 17 granos contra cada paquete de disparo, cambiando la velocidad de cada fragmento. La velocidad de cada fragmento se movio a la baja y a la alza dependiendo de si el disparo del fragmento previo era una penetracion completa o penetraba parcialmente unas pocas capas del paquete de disparo. Se consiguio una velocidad promedio incluyendo un mmimo de cuatro penetraciones parciales y cuatro penetraciones completas del fragmento dentro de un margen de velocidad de 125 fps (38,1 mps). Se calculo la velocidad promedio de las ocho penetraciones parciales y completas y se llamo V50. Se calculo la V50 de cada paquete de disparo y se enumeran en la tabla 2. Tambien se calculo la absorcion de energfa espedfica de la diana (SEAT) y se identifica tambien en la tabla 2.

Tabla 2

Rendimiento del fragmento de FSP de 17 granos (armadura ngida)

Numero de ejemplo

Fibras (densidad de tela) FAD % de resina V50 SEAT % de cambio de SEAT

3 (Comp.)

Fibra convencional (1300 denier, 240 filamentos)a 52,5 21 1733 31,2 Control

4 (Comp.)

Fibra PLUS (1100 denier, 240 filamentos)b 40 21 1821 34,5 (+) 10,6%

5

Fibra HMF (1300 denier, 480 filamentos)0 52,5 21 1925 38,5 (+) 23,5%

a5,4 dpf; b4,6 dpf; c2,7 dpf; dpf = gramos por 9000 m de filamento

Ejemplos 6 y 7 (comparativos) y ejemplo 8

Se fabricaron paquetes de disparo adicionales como se describe en los ejemplos 3-5 y se ensayaron frente a una bala de 9 mm de cobertura de metal completa (peso de la bala; 124 granos). Para el ensayo de resistencia contra la bala de 9 mm FMJ, los paquetes de disparo se montan en una estructura de prueba lleno de arcilla Plastilina n.° 1 y se ata en la estructura. La estructura llenada de Plastilina se monto en una orientacion de 90 grados con la lmea del fragmento disparado desde un receptor universal montado firmemente. La bala de 9 mm FMJ usada para en ensayo confirmo la forma, tamano y peso segun la norma de prueba 0101.04 del National Institute of Justicie (NIJ). Se calcularon la V50 y la SEAT de cada paquete de disparo y se enumeran en la tabla 3.

Tabla 3

Rendimiento de 9 mm FMJ, LCR (armadura flexible)

Numero de ejemplo

Fibras (densidad de tela) FAD % de resina V50 SEAT % de cambio de SEAT

6 (Comp.)

Fibra convencional (1300 denier, 240 filamentos)a 52,5 21 1484 222 Control

7 (Comp.)

Fibra PLUS (1100 denier, 240 filamentos)b 40 21 1565 247 (+) 12,2%

8

Fibra HMF (1300 denier, 480 filamentos)c 52,5 21 1582 252 (+) 13,5%

a5,4 dpf; b4,6 dpf; c2,7 dpf; dpf = gramos por 9000 m de filamento

Ejemplos 9 y 10 (comparativos) y ejemplo 11

5 Se fabricaron paquetes de disparo adicionales como se describe en los ejemplos 3-5 y se ensayaron frente a un rifle de alta potencia militar de Estados Unidos con balas de bola M80 (peso: 9,65 g) de acuerdo con la norma militar de Estados Unidos MIL-STD-662F. Se calcularon la V50 y la SEAT de cada paquete de disparo y se enumeran en la tabla 4.

10 Tabla 4

Rendimiento de bala de rifle M80 (armadura ngida)

Numero de ejemplo

Fibras (densidad de tela) FAD % de resina V50 SEAT % de cambio de SEAT

9 (Comp.)

Fibra convencional (1300 denier, 240 filamentos)a 52,5 21 2196 126 Control

10 (Comp.)

Fibra PLUS (1100 denier, 240 filamentos)b 40 21 2691 189 (+) 50%

11

Fibra HMF (1300 denier, 480 filamentos)c 52,5 21 2907 220 (+) 75%

a5,4 dpf; b4,6 dpf; c2,7 dpf; dpf = gramos por 9000 m de filamento

Como se muestra por los ejemplos 5, 8 y 11, las telas formadas de las fibras de la presente invencion tienen una resistencia a la penetracion balfstica superior a la de las telas conocidas de los ejemplos comparativos 3-4, 6-7 y 910, independientemente de la amenaza balfstica.

15

Aunque la presente invencion se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones preferidas, los expertos en la materia apreciaran facilmente que pueden hacerse diversos cambios y modificaciones sin alejarse del espmtu de la invencion. Se pretende que las reivindicaciones se interpreten cubriendo la realizacion descrita, las alternativas que se han analizado anteriormente y todos los equivalentes de las mismas.

20

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Un compuesto de resistencia baKstica que comprende al menos una capa de fibras interconectadas, comprendiendo, dichas fibras, fibras de polietileno extensibles, y teniendo dichas fibras opcionalmente un material aglutinante polimerico sobre las mismas, recubriendo sustancialmente dicho material aglutinante opcional las superficies exteriores de cada una de las fibras e interconectando dichas fibras, que son fibras que comprenden fibras de un filamento y/o fibras de multiples filamentos, teniendo dichas fibras un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2
2. 2. El compuesto de resistencia balfstica de la reivindicacion 1, en el que dichas fibras comprenden fibras de multiples filamentos de 2 a 20 filamentos, estando dichos filamentos al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos.
3. 3. El compuesto de resistencia balfstica de la reivindicacion 1, en el que dichas fibras comprenden fibras de multiples filamentos de 2 a 5 filamentos, estando dichos filamentos al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos.
4. 4. El compuesto de resistencia balfstica de la reivindicacion 1, en el que dichas fibras comprenden fibras de un filamento y/o fibras de multiples filamentos que tienen un diametro de 1 gramo per 9000 m de filamento (denier por filamento) a 3,0 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de 42 cN/dtex (37 gramos por denier) a 51 cN/dtex (45 gramos por denier), un modulo de elasticidad de 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier) a 3399 cN/dtex (3000 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de 5 gramos/m2 a 35 gramos/m2.
5. 5. El compuesto de resistencia balfstica de la reivindicacion 1, en el que dicha al menos una capa comprende una pluralidad de fibras de un filamento interconectadas solamente, una pluralidad de fibras de multiples filamentos interconectadas solamente o una combinacion de fibras de un filamento y fibras de multiples filamentos interconectadas.
6. 6. El compuesto de resistencia balfstica de la reivindicacion 1, en el que dichas fibras comprenden fibras de un filamento.
7. 7. Una tela de resistencia balfstica formada a partir de una pluralidad de capas de fibras interconectadas, comprendiendo, dichas fibras, fibras de polietileno extensibles, y comprendiendo dicha tela una pluralidad de capas de fibras no tejidas, comprendiendo cada capa de fibras una pluralidad de fibras dispuestas en una serie sustancialmente paralela, comprendiendo, dichas fibras, fibras de un filamento y/o fibras de multiples filamentos, teniendo dichas fibras un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2, teniendo dichas fibras un material aglutinante polimerico sobre las mismas, recubriendo sustancialmente dicho material aglutinante las superficies exteriores de cada una de las fibras e interconectando dichas fibras, en la que cada capa de fibras no tejidas tiene una densidad de area de fibra de 5 g/m2 a 35 g/m2, y en la que la tela tiene una densidad de area de menos de 75 g/m2.
8. 8. La tela de resistencia balfstica de la reivindicacion 7, en la que dichas fibras comprenden fibras de un filamento y/o fibras de multiples filamentos que tienen un diametro de 1 gramo por 9000 m de filamento (denier por filamento) a 3,0 gramos por 9000 m de filamento (denier por filamento), una firmeza de 42 cN/dtex (37 gramos por denier) a 51 cN/dtex (45 gramos por denier), un modulo de elasticidad de 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier) a 3399 cN/dtex (3000 gramos por denier) una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de 5 gramos/m2 a 35 gramos/m2.
9. 9. La tela de resistencia balfstica de la reivindicacion 7, en la que dichas fibras comprenden fibras de un filamento o fibras de multiples filamentos de 2 a 20 filamentos, estando dichos filamentos en dichas fibras de multiples filamentos al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos.
10. 10. La tela de resistencia balfstica de la reivindicacion 7, en la que dicha al menos una capa comprende una pluralidad de fibras de un filamento interconectadas solamente, una pluralidad de fibras de multiples filamentos interconectadas solamente o una combinacion de fibras de un filamento y fibras de multiples filamentos interconectadas.
11. 11. Un artfculo de resistencia balfstica formado a partir de un compuesto de resistencia balfstica o una tela de resistencia balfstica como se define en cualquier reivindicacion precedente.
12. 12. Un metodo de produccion de un material de resistencia balfstica a partir de una pluralidad de capas de fibras de

    alta resistencia, comprendiendo el metodo:

    a) formar al menos dos capas de fibras, comprendiendo cada capa de fibras una pluralidad de fibras de polietileno alienadas en una serie unidireccional sustancialmente paralela;

    b) extender una o mas de dichas fibras en condiciones suficientes para reducir el diametro de dichas fibras, 5 produciendo fibras extensibles que tienen un diametro de menos de 4,6 gramos por 9000 m de filamento (denier por

    filamento), una firmeza de al menos 42 cN/dtex (37 gramos por denier), un modulo de elasticidad de al menos 1586 cN/dtex (1400 gramos por denier), una elongacion a rotura de al menos un 2% y una densidad de area de fibra de al menos 5 gramos/m2;

    c) despues de completarse ambas etapas a) y b), recubrir dichas fibras con un material aglutinante polimerico de 10 modo que dicho material aglutinante recubra sustancialmente las superficies exteriores de cada una de las fibras e

    interconecte dichas fibras; y despues de ello

    d) consolidar dichas capas de fibras para formar un material de resistencia balfstica.
13. 13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que las capas de fibras se forman en la etapa a) antes de que la una o 15 mas fibras de extiendan en la etapa b).
14. 14. El metodo de la reivindicacion 12, en el que la una o mas fibras se extienden en la etapa b) antes de que las capas de fibras se formen en la etapa a), y en el que dichas fibras comprenden fibras de un filamento o fibras de multiples filamentos de 2 a 20 filamentos, en el que dichos filamentos en dichas fibras de multiples filamentos estan

    20 al menos parcialmente fundidos y fusionados juntos o entrelazados o trenzados juntos.
15. 15. El metodo de la reivindicacion 12, en el que dichas fibras se extienden a traves de uno o mas aparatos de extension al menos dos veces y de ese modo se someten a multiples etapas secuenciales de extension.