ES2643126T3

ES2643126T3 - Artículos antibalísticos

Info

Publication number: ES2643126T3
Application number: ES10805428.9T
Authority: ES
Inventors: Soon Joo BOVENSCHEN; Joris Van Der Eem; Sanjay Rastogi; Jules Armand Wilhelmina Harings; Adriaan Anton SCHAAP
Original assignee: Teijin Aramid BV
Current assignee: Teijin Aramid BV
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2017-11-21
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: BR112012015465A2; AU2010334840B2; CA2786025A1; RU2012130942A; CN102762949A; MX2012007421A; AU2010334840A1; KR101858923B1; WO2011076914A1; RU2557635C2; US8993087B2; JP2013515941A; JP5536903B2; EP2516957A1; CN102762949B; EP2516957B1; US20120255430A1; ZA201204629B; IL220400A0; KR20120106839A

Abstract

Artículo antibalístico que comprende un apilamiento de láminas que comprenden elementos de tensión lineal de refuerzo, de manera que la dirección de los elementos de tensión lineal dentro del apilamiento no es unidireccional, en donde algunos de los elementos de tensión lineal son elementos de tensión lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular y algunos de los elementos de tensión lineal comprenden aramida, en donde los elementos de tensión lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular son cintas de polietileno; en donde el apilamiento comprende desde la cara anti-impacto abajo una primera capa que comprende más del 50% en peso de elementos de tensión lineal de polietileno y una segunda capa que comprende más del 50% en peso de elementos de tensión lineal de aramida, basándose el % en peso en el peso total de elementos de tensión lineal en la capa excluyendo cualquier material de matriz; y en donde los elementos de tensión lineal en las láminas están orientados unidireccionalmente, y la dirección de los elementos de tensión lineal en una lámina está girada con respecto a la dirección de las cintas en una lámina adyacente; o las láminas comprenden elementos de tensión lineal tejidos.

Description

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DESCRIPCION

Artfculos antibaKsticos

La presente invencion se refiere a artfculos antibaKsticos, a laminas adecuadas para su uso en la fabricacion de artfculos antibaKsticos, a un paquete de laminas compactado, y a un metodo para fabricar un artfculo antibaKstico.

Los artfculos antibaUsticos son conocidos en la tecnica. Estan disponibles en numerosos tipos diferentes. Por un lado, existen artfculos baKsticos blandos, por ejemplo, para su uso en chalecos antibalas. Por otro lado, existen conjuntos de cuerpo moldeados, que sirven, por ejemplo, como protecciones en otro tipo de chalecos antibalas, o como cascos. Ademas, los artfculos antibalfsticos se usan en coches, edificios, y otros objetos destinados a ayudar a proteger a personas, a animales, o a bienes contra impactos balfsticos.

En la tecnica, los artfculos antibalfsticos comprenden normalmente un apilamiento de laminas que contienen fibras de alta resistencia, tales como aramida, o polietileno. En funcion de la aplicacion, las laminas se pueden comprimir entre sf para formar un artfculo moldeado, o se pueden unir entre sf por los bordes para formar un artfculo balfstico blando. Existe la necesidad de un artfculo antibaifstico con propiedades mejoradas.

Se ha sugerido el uso de diferentes materiales en paneles antibalfsticos.

El documento WO2005098343 describe un sistema de blindaje con un panel anti-impacto endurecido y un panel de refuerzo. Los materiales que se mencionan como adecuados para el panel anti-impacto incluyen granito, baldosa ceramica, ladrillo, vidrio y hormigon endurecido. Por otro lado, algunos de los materiales que se mencionan como adecuados para el panel de refuerzo incluyen vidrio, aramida, polietileno, carbono y materiales metalicos.

El documento WO2008048301 se refiere a un material compuesto para formar un blindaje personal flexible antibalfstico que comprende por lo menos una capa fibrosa que comprende una red de fibras de alta tenacidad. Las fibras de alta tenacidad pueden ser fibras de PE y fibras de aramida entre al menos otros 8 tipos de fibras. Este documento menciona de manera general que los hilos y generos de la invencion pueden comprender una o mas fibras diferentes, aunque se prefiere que todas sean iguales.

Se ha observado que puede obtenerse una mejora sustancial en el rendimiento de los materiales balfsticos, si se usa una combinacion de dos tipos de material de alto rendimiento, es decir, por un lado, material de aramida y, por otro lado, polietileno de alto peso molecular. Por consiguiente, la presente invencion se refiere a un artfculo antibalfstico de acuerdo con la reivindicacion 1, a un paquete de laminas compactado segun la reivindicacion 7 y a un metodo segun la reivindicacion 8.

Elementos de tension lineal

En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresion elemento de tension lineal se refiere a un objeto cuya dimension mas grande, la longitud, es mayor que la segunda dimension mas pequena, la anchura, y que la dimension mas pequena, el grosor. Mas particularmente, la relacion entre la longitud y la anchura es en general al menos 10. La relacion maxima no es cntica para la presente invencion y dependera de parametros del tratamiento. Como valor general, puede mencionarse una relacion maxima de longitud a anchura de 1.000.000.

Por consiguiente, los elementos de tension lineal usados en la presente invencion abarcan monofilamentos, hilos multifilamento, hebras, cintas, tiras, hilos de fibras discontinuas y otros objetos alargados que presentan una seccion transversal regular o irregular.

En una realizacion de la presente invencion, el elemento de tension lineal es una fibra, es decir, un objeto cuya longitud es mayor que la anchura y que el grosor, mientras que la anchura y el grosor se situan dentro del mismo intervalo de tamanos. Mas particularmente, la relacion entre la anchura y el grosor esta en general en el intervalo de 10:1 a 1:1, todavfa mas particularmente entre 5:1 y 1:1, todavfa mas particularmente entre 3:1 y 1:1. Tal como entenderan los expertos, las fibras pueden tener una seccion transversal mas o menos circular. En este caso, la anchura es la dimension mas grande de la seccion transversal, mientras que el grosor es la dimension menor de la seccion transversal.

Para fibras, la anchura y el grosor son en general de al menos 1 micra, mas en particular de al menos 7 micras. En el caso de hilos multifilamento, la anchura y el grosor pueden ser bastante grandes, por ejemplo, hasta 2 mm. Para hilos monofilamento, puede que resulten mas convencionales una anchura y un grosor de hasta 150 micras. Como ejemplo particular, pueden mencionarse fibras con una anchura y un grosor en el intervalo de 7 a 50 micras.

En la presente invencion, una cinta se define como un objeto cuya longitud, es decir, la dimension mas grande del objeto, es mayor que la anchura, la segunda dimension mas pequena del objeto, y que el grosor, es decir, la dimension mas pequena del objeto, mientras que la anchura es a su vez mayor que el grosor. Mas particularmente, la relacion entre la longitud y la anchura es en general de al menos 2. En funcion de la anchura de la cinta y del tamano del apilamiento la relacion puede ser mayor, por ejemplo, al menos 4, o al menos 6. La relacion maxima no es cntica para la presente invencion y dependera de parametros del tratamiento. Como valor general, puede

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mencionarse una relacion maxima de longitud a anchura de 200.000. La relacion entre la anchura y el grosor es en general mayor que 10:1, en particular mayor que 50:1, todavfa mas particularmente mayor que 100:1. La relacion maxima entre la anchura y el grosor no es cntica para la presente invencion. En general es como mucho 2.000:1.

La anchura de la cinta es en general por lo menos 1 mm, mas particularmente por lo menos 2 mm, todavfa mas particularmente por lo menos 5 mm, mas particularmente por lo menos 10 mm, aun mas particularmente por lo menos 20 mm, aun mas particularmente por lo menos 40 mm. La anchura de la cinta es en general como mucho 200 mm. El grosor de la cinta es en general de por lo menos 8 micras, en particular por lo menos 10 micras. El grosor de la cinta es en general de como mucho 150 micras, mas particularmente como mucho 100 micras. En una de las realizaciones, se usan cintas con una alta densidad lineal. En la presente memoria descriptiva, la densidad lineal se expresa en dtex. Este es el peso en gramos de 10.000 metros de pelfcula. En una de las realizaciones, se usan cintas con una densidad lineal de por lo menos 3.000 dtex, en particular por lo menos 5.000 dtex, mas particularmente por lo menos 10.000 dtex, aun mas particularmente por lo menos 15.000 dtex, o incluso por lo menos 20.000 dtex.

Se ha observado que el uso de cintas resulta particularmente interesante en la presente invencion ya que permite la fabricacion de materiales balfsticos con un muy buen rendimiento balfstico, una buena resistencia al pelado, y un bajo peso por unidad de superficie. Esto es asf en particular para el polietileno.

Cuando, en la presente memoria descriptiva, se hace mencion de porcentajes en peso de elementos de tension lineal, esto pretende referirse siempre al componente de alta resistencia de dicho elemento, es decir, el polietileno, la aramida u otro polfmero de alta resistencia. Todo recubrimiento o acabado presente en el elemento de tension lineal se calcula de manera que pertenece al material de la matriz.

Composicion del apilamiento

El apilamiento segun la invencion comprende laminas que comprenden elementos de tension lineal. En la presente memoria descriptiva, el termino lamina se refiere a una lamina individual que comprende elementos de tension lineal, pudiendose combinar individualmente dicha lamina con otras laminas correspondientes. La lamina puede comprender o no un material de matriz, tal como se dilucidara posteriormente.

Las laminas que comprenden los elementos de tension lineal usados en el apilamiento de acuerdo con la invencion se pueden componer de diferentes maneras.

En una de las realizaciones, se preparan laminas mediante tejedura de elementos de tension lineal. En una de las realizaciones, para la urdimbre y la trama se usan cintas. En otra de las realizaciones, se usan cintas como urdimbre o trama, y se usan fibras como trama o urdimbre. En otra de las realizaciones, se usan fibras tanto para la urdimbre como para la trama.

La tejedura puede usarse para fabricar laminas que contienen polietileno pero no aramida, por ejemplo, solamente polietileno, y laminas que contienen aramida pero no polietileno, por ejemplo, solamente aramida. Tambien puede usarse para fabricar laminas que contienen tanto elementos de tension lineal que comprenden aramida como elementos de tension lineal que comprenden polietileno. En una de las realizaciones, la lamina tejida comprende uno de entre elementos de tension lineal de polietileno y aramida como urdimbre o trama, y el otro de entre los elementos de tension lineal de polietileno y aramida como trama o urdimbre. Es posible tambien usar una combinacion de elementos de tension lineal de aramida y elementos de tension lineal de polietileno en la urdimbre, o en la trama, o tanto en la urdimbre como en la trama.

Tambien es posible usar elementos de tension lineal que comprenden tanto aramida como polietileno en la lamina tejida.

Pueden aplicarse varios metodos de tejedura convencionales. El elemento de trama puede cruzar sobre uno, dos o mas elementos de urdimbre, y los elementos de trama secuenciales se pueden aplicar alternados o paralelos. En relacion con esto, una de las realizaciones es el tejido tafetan, en donde la urdimbre y la trama estan alineadas de manera que forman un patron entrecruzado simple. El mismo se realiza haciendo pasar cada elemento de trama por encima y por debajo de cada elemento de urdimbre, alternandose cada fila, con lo que se produce un numero elevado de intersecciones. Otra de las realizaciones se basa en el tejido raso. En esta realizacion, dos o mas elementos de trama flotan sobre un elemento de urdimbre, o viceversa, dos o mas elementos de urdimbre flotan sobre un unico elemento de trama. A partir del tejido sarga se obtiene todavfa otra realizacion. En esta realizacion, uno o mas elementos de urdimbre se tejen de manera alternada por encima y por debajo de dos o mas elementos de trama de una manera repetida y regular. Esto produce el efecto visual de una “nervadura” diagonal interrumpida o continua en el genero. Todavfa otra de las realizaciones se basa en el tejido de tipo cesta. El tejido de tipo cesta es fundamentalmente igual que el tejido tafetan, excepto que dos o mas fibras de urdimbre se entrelazan de manera alternada con dos o mas fibras de trama. A una disposicion de dos urdimbres que se cruzan con dos tramas se le denomina de cesta 2x2, aunque no es necesario que la disposicion de la fibra sea simetrica. Por lo tanto, es posible tener un 8x2, un 5x4, etcetera. Todavfa otra de las realizaciones se basa en el tejido mock leno. El tejido mock leno es una version del tejido tafetan en la cual elementos de urdimbre ocasionales, a intervalos regulares aunque habitualmente separados entre sf por varios elementos, se desvfan con respecto al entrelazado alternado por arriba

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y por debajo y, en su lugar, se entrelazan cada dos o mas elementos. Esto se produce con una frecuencia similar en la direccion de la trama, y el efecto global es un genera con un grosor incrementado, una superficie mas rugosa, y una porosidad adicional.

Cada tipo de tejido tiene caractensticas asociadas. Por ejemplo, cuando se usa un sistema en el cual la trama se cruza con uno, o un numero pequeno, de elementos de urdimbre, y los elementos de trama individuales se usan alternados, o practicamente alternados, la lamina contendra un numero relativamente elevado de intersecciones. En este contexto, una interseccion es un punto en el que un elemento de trama va desde un lado de la lamina, el lado A, al otro lado de la lamina, el lado B, y un elemento de trama adyacente va desde el lado B al lado A de la lamina. Cuando se usa un sistema en el cual la trama se cruza con uno, o un numero limitado de elementos de urdimbre, o viceversa, en los lugares en los que la urdimbre se cruza con uno o un numero limitado de elementos de trama, se producira un gran numero de lmeas de desviacion. Las lmeas de desviacion se producen en los lugares en los que un elemento va desde un lado de la lamina al otro lado. Se forma por el borde del elemento de cruce. Aunque no se pretende imponer limitaciones por ningun aspecto teorico, se cree que estas lmeas de desviacion contribuyen a la disipacion de la energfa de impacto en la direccion X-Y de la lamina. En el contexto de la presente invencion, puede que se prefiera el uso de tejidos tafetan, ya que los mismos son relativamente sencillos de fabricar, y son homogeneos en la medida en la que una rotacion de 90° no hara que vane la naturaleza del material, en combinacion con un buen rendimiento balfstico.

En la tecnica se conocen procesos de tejedura adecuados. Por mencionar solamente un ejemplo de un proceso interesante de tejedura de cintas, se hace referencia al documento EP 1354991.

En una de las realizaciones de la presente invencion, los elementos de tension lineal de una lamina estan orientados unidireccionalmente, y la direccion de los elementos de tension lineal en una lamina se gira con respecto a la direccion de los elementos de tension lineal de otras laminas del apilamiento, mas particularmente con respecto a la direccion de los elementos de tension lineal en laminas adyacentes. Se obtienen buenos resultados cuando la rotacion total en el apilamiento equivale a por lo menos 45 grados. Preferentemente, la rotacion total en el apilamiento equivale a aproximadamente 90 grados. En una de las realizaciones de la presente invencion, el apilamiento comprende laminas adyacentes en las que la direccion de los elementos de tension lineal en una lamina es perpendicular a la direccion de elementos de tension lineal en laminas adyacentes. En esta forma de realizacion, puede proporcionarse una lamina mediante alineamiento paralelo de elementos de tension lineal, y, a continuacion, haciendo que los elementos de tension lineal se peguen, por ejemplo, por temperatura y presion, o usando un material de matriz.

En una de las realizaciones, en la que los elementos de tension lineal son fibras, puede fabricarse una lamina mediante alineamiento paralelo de las fibras, y, a continuacion, proporcionando un material de matriz sobre y entre las fibras, en una cantidad suficiente para conseguir que las fibras se peguen.

Cuando los elementos de tension lineal son cintas, existen varias posibilidades para preparar laminas adecuadas mediante alineamiento paralelo de cintas. En una de las realizaciones, se proporciona una unica capa de cintas paralelas, las cuales, a continuacion, se pegan entre sf usando un material de matriz, de manera analoga a lo que es ha descrito anteriormente para las fibras.

En otra de las realizaciones, se proporciona una lamina mediante provision de cintas paralelas en una configuracion de solapamiento, y, a continuacion, haciendo que las cintas se peguen entre sf. En una de las realizaciones, se alinean cintas de tal manera que un primer borde longitudinal de la cinta esta por debajo de la cinta adyacente en un lado, y el segundo borde longitudinal de la cinta esta por encima de la cinta adyacente en el otro lado (construccion a modo de tejas). En otra de las realizaciones, las cintas se alinean en una configuracion de capas de ladrillos, en donde, en una primera etapa, se proporciona una primera capa de cintas paralelas, y, en una segunda etapa, se proporciona una segunda capa de cintas, paralelas a las cintas de la primera capa, en donde las cintas de la segunda capa estan desplazadas en comparacion con las cintas de la primera capa. Si asf se desea, puede proporcionarse una tercera capa de cintas y otras adicionales. A continuacion, las cintas se integran para formar una lamina usando temperatura y presion, mediante el uso de un material de matriz o mediante una combinacion de los mismos.

Tambien es posible fabricar una lamina, en primer lugar, proporcionando una capa de cintas o fibras alineadas en una primera direccion, a continuacion proporcionando una capa de cintas o fibras alineadas en una segunda direccion en angulo con respecto a la primera direccion, y, a continuacion, pegando las capas entre sf para formar una lamina. Si asf se desea, pueden usarse fibras y cintas en combinacion con una unica lamina. En una de las realizaciones, la lamina contiene elementos de tension lineal de polietileno pero no elementos de tension lineal de aramida. En otra de las realizaciones, la lamina contiene elementos de tension lineal de aramida pero no elementos de tension lineal de polietileno. En una realizacion adicional, la lamina comprende tanto elementos de tension lineal de aramida como elementos de tension lineal de polietileno. Nuevamente, tambien es posible usar elementos de tension lineal que contienen tanto aramida como polietileno.

Tal como se ha indicado anteriormente, es una caractenstica clave del artrnulo antibalfstico de la presente invencion que algunos de los elementos de tension lineal sean elementos de tension lineal que comprendan polietileno de alto

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peso molecular y que algunos de los elementos de tension lineal comprendan aramida. Evidentemente, ademas de los elementos de tension lineal de solamente polietileno, o solamente aramida, la presente invencion tambien abarca el uso de elementos de tension lineal que comprenden tanto aramida como polietileno. El uso de fibras hubridas puede mencionarse como ejemplo.

El artfculo antibalfstico de la presente invencion puede comprender tipos adicionales de elementos de tension lineal de alto rendimiento, por ejemplo, elementos de tension lineal de polfmero de cristal lfquido, y de polfmeros altamente orientados, tales como poliesteres, alcoholes polivimlicos, poliolefincetona (POK), polibenzobisoxazoles, polibenz(obis)imidazoles, poli{2,6-diimidazo[4,5-b:4,5 -e}-piridinilen-1,4(2,5-dihidroxi)fenileno} (PIPD o M5) y poliacrilonitrilo. No obstante, para mantener la mayor simplicidad posible del sistema, se considera que se prefiere que los elementos de tension lineal en el artfculo antibalfstico, para por lo menos el 80% en peso, esten constituidos a partir del total de aramida y polietileno, en particular para al menos el 90% en peso, mas en particular para al menos el 95% en peso. En una de las realizaciones, los elementos de tension lineal en el artfculo antibalfstico son esencialmente de material de aramida y polietileno.

En general, del peso total de los elementos de tension lineal usados, el porcentaje en peso de aramida es por lo menos del 1%, mas en particular por lo menos del 5%, incluso mas en particular por lo menos del 10%, aun mas en particular por lo menos del 15%, todavfa mas en particular por lo menos del 20%. El porcentaje en peso de elementos de tension lineal de aramida es en general como mucho el 60%, mas en particular como mucho del 50%, todavfa mas en particular como mucho del 40%. En una de las realizaciones, el porcentaje en peso de aramida esta entre el 1 y el 20% en peso del peso total de elementos de tension lineal usados en el apilamiento, mas espedficamente entre el 1 y el 10% en peso, siendo el resto preferentemente polietileno de peso molecular ultra- alto. En otra de las realizaciones, el porcentaje en peso de aramida esta entre el 15 y el 40% en peso, en particular entre el 15 y el 30% en peso, siendo preferentemente el resto polietileno de peso molecular ultra-alto. En general, del peso total de elementos de tension lineal usados, el porcentaje en peso de polietileno de peso molecular ultra- alto es por lo menos del 10%, mas en particular por lo menos del 15%, todavfa mas en particular por lo menos del 20%. En una de las realizaciones, el porcentaje en peso de elementos de polietileno de peso molecular ultra-alto puede ser por lo menos del 40%, por lo menos del 50%, o incluso por lo menos del 60%, en particular por lo menos del 80%, mas en particular por lo menos del 90%, aun mas en particular por lo menos del 95%. En general, el porcentaje en peso de polietileno sera como mucho del 99%. La distribucion de los elementos de tension lineal de aramida y polietileno a traves del apilamiento se puede llevar a cabo de diferentes maneras. En una de las realizaciones, el apilamiento comprende laminas que contienen tanto elementos de tension lineal de polietileno como elementos de tension lineal de aramida. En otra de las realizaciones, el apilamiento comprende laminas que comprenden elementos de tension lineal de polietileno y estan exentas de elementos de tension lineal de aramida y/o laminas que comprenden elementos de tension lineal de aramida y estan exentas de elementos de tension lineal de polietileno.

En una de las realizaciones, los elementos de tension lineal de polietileno y los elementos de tension lineal de aramida estan distribuidos homogeneamente segun el grosor del apilamiento. Es decir, cuando el apilamiento se corta segun un plano paralelo al plano del apilamiento, la composicion de las dos - o mas - partes asf obtenidas es la misma.

En otra de las realizaciones, los elementos de tension lineal de polietileno y los elementos de tension lineal de aramida se distribuyen de manera no homogenea segun el grosor del apilamiento. Es decir, cuando el apilamiento se corta segun un plano paralelo al plano del apilamiento, la composicion de las dos - o mas - partes asf obtenidas es diferente.

En una de las realizaciones, el apilamiento, o el panel moldeado obtenido a partir del apilamiento por compresion de las laminas entre sf, comprende capas con composiciones diferentes, en donde cada capa puede consistir en una o mas laminas. Por ejemplo, el apilamiento puede comprender dos capas, tres capas, o mas capas, en donde las capas tienen composiciones diferentes con respecto a las capas adyacentes a ellas. Cada capa puede comprender una combinacion de laminas basadas en polietileno y laminas basadas en aramida, aunque tambien puede ser una capa de solamente polietileno o una capa de solamente aramida.

En una de las realizaciones, el artfculo comprende una capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de polietileno, y una capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de aramida. Por ejemplo, la capa rica en polietileno puede comprender en general mas del 50% en peso de laminas basadas en polietileno y menos del 50% en peso de laminas basadas en aramida.

En una de las realizaciones, la capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de polietileno, designada tambien ademas como rica en polietileno, comprende mas del 60% de dichos elementos, o mas del 70% de dichos elementos, o mas del 80%, o mas del 90%, o mas del 95%. En una de las realizaciones, dicha capa consiste esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno.

La capa rica en polietileno esta preferentemente presente en o cerca de la cara anti-impacto del artfculo, preferentemente en la capa anti-impacto de un panel moldeado, donde puede servir para fragmentar la bala. En una de las realizaciones, la capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de aramida,

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designada tambien ademas como capa rica en aramida, comprende mas del 60% de dichos elementos, o mas del 70% de dichos elementos, o mas del 80%, o mas del 90%. En una de las realizaciones, dicha capa consiste esencialmente en elementos de tension lineal de aramida. En una de las realizaciones, esta capa esta presente por debajo (desde el lado anti-impacto) de la capa rica en polietileno. En esta realizacion, la capa rica en aramida puede servir para atrapar los fragmentos de bala, y/o para reducir los traumas. La capa de aramida contribuye ademas a preservar la integridad del panel tras un impacto de bala.

Debe indicarse que, en este parrafo, y en el resto de la memoria descriptiva a no ser que se indique lo contrario, los porcentajes en peso de un tipo de elemento de tension lineal son porcentajes en peso calculados sobre el total de elementos de tension lineal en la capa, excluyendo el material de la matriz. Asf, capas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno o elementos de tension lineal de aramida pueden comprender material de matriz.

En una de las realizaciones, una capa rica en aramida segun se ha especificado anteriormente esta presente en la parte superior del artfculo, especialmente en el caso de artfculos moldeados tales como protecciones, o, en particular, cascos. Esta capa puede servir para proporcionar un aumento de la dureza al artfculo y para mejorar su resistencia al fuego. En esta realizacion, puede preferirse un apilamiento de - al menos - tres capas, en donde la capa superior es una capa rica en aramida, la segunda capa es una capa rica en polietileno, y la tercera capa es nuevamente una capa rica en aramida.

En otra de las realizaciones, se preve un apilamiento que comprende, desde la cara anti-impacto abajo, una capa rica en polietileno, y una capa que comprende cantidades iguales de polietileno y aramida. Esta se puede combinar opcionalmente con una o mas capas ricas en aramida, las cuales pueden contener cantidades diferentes o aramida.

En otra de las realizaciones, se preve un apilamiento que comprende por lo menos dos capas ricas en polietileno, en donde la primera capa rica en polietileno tiene un contenido de polietileno superior al de la segunda capa. La primera capa rica en polietileno puede estar mas cerca de la cara anti-impacto del apilamiento que la segunda capa. Alternativamente, la segunda capa (es decir, la capa con un contenido de polietileno inferior) puede estar mas cerca de la capa anti-impacto del apilamiento. Esto se puede combinar opcionalmente con una o mas capas ricas en polietileno y/o capas ricas en aramida, que pueden contener cantidades diferentes de polietileno o aramida, respectivamente.

En general, el apilamiento comprendera entre un 10 y un 99% en peso, en particular entre un 10 y un 90% en peso de capas ricas en polietileno, calculado sobre el apilamiento total, y entre un 1 y un 90% en peso, en particular entre un 10 y un 90% en peso de capas ricas en aramida, calculado sobre el apilamiento total. En una de las realizaciones, el apilamiento comprende por lo menos un 30% en peso de capas ricas en polietileno (que pueden estar en una o mas capas individuales), preferentemente por lo menos un 40% en peso, mas preferentemente por lo menos un 50% en peso, aun mas preferentemente por lo menos un 60% en peso, aun mas preferentemente por lo menos un 80% en peso, aun mas preferentemente por lo menos un 90% en peso, aun mas preferentemente por lo menos un 95% en peso. En otra de las realizaciones, el apilamiento comprende por lo menos un 5% en peso de capas ricas en aramida, en particular por lo menos un 10% en peso, mas en particular por lo menos un 15% en peso, y aun mas en particular un 20% en peso de capas ricas en aramida.

Para el polietileno, los elementos de tension lineal son preferentemente cintas de polietileno. Para la especificacion de la anchura y el grosor preferidos de las cintas, se hace referencia a lo que se ha mencionado anteriormente para cintas en general. Es esencial que las cintas sean adecuadas para usarse en aplicaciones balfsticas, lo cual, mas espedficamente, requiere que presenten una alta resistencia a la traccion, un elevado modulo de traccion y una alta absorcion de energfa, reflejada en una alta energfa hasta la rotura. Se prefiere que las cintas tengan una resistencia a la traccion de por lo menos 1,0 GPa, un modulo de traccion de por lo menos 40 GPa, y una energfa de traccion hasta la rotura de por lo menos 15 J/g.

En una de las realizaciones, la resistencia a la traccion de las cintas es por lo menos de 1,2 GPa, mas en particular de por lo menos 1,5 GPa, todavfa mas particularmente de por lo menos 1,8 GPa, incluso mas particularmente de por lo menos 2,0 GPa. En una realizacion particularmente preferida, la resistencia a la traccion es de por lo menos 2,5 GPa, mas particularmente de por lo menos 3,0 GPa, todavfa mas particularmente de por lo menos 4 GPa. En otra realizacion, las cintas tienen un modulo de traccion de por lo menos 50 GPa. El modulo se determina de acuerdo con la ASTM D882-00. Mas en particular, las cintas pueden tener un modulo de traccion de por lo menos 80 GPa, mas particularmente de por lo menos 100 GPa. En una realizacion preferida, las cintas tienen un modulo de traccion de por lo menos 120 GPa, incluso mas particularmente de por lo menos 140 GPa, o de por lo menos 150 GPa. El modulo se determina de acuerdo con la ASTM D882-00.

En otra de las realizaciones, las cintas tienen una energfa de traccion hasta la rotura de por lo menos 20 J/g, en particular de por lo menos 25 J/g. En una de las realizaciones preferidas, las cintas de polietileno tienen una energfa de traccion hasta la rotura, de por lo menos 30 J/g, en particular de por lo menos 35 J/g, mas particularmente de por lo menos 40 J/g, todavfa mas particularmente de por lo menos 50 J/g. La energfa de traccion hasta la rotura se determina de acuerdo con la ASTM D882-00 usando una velocidad de deformacion de 50%/min. Se calcula integrando la energfa por unidad de masa bajo la curva de tension/deformacion. Posteriormente se aportaran mas

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detalles sobre tipos adecuados de cintas de polietileno y fibras y metodos para su fabricacion.

Los elementos de tension lineal de aramida pueden ser fibras o cintas. Las fibras pueden ser hilo monofilamento o hilo multifilamento. Las fibras de aramida adecuadas consisten en filamentos de aramida que tienen una tenacidad de por lo menos 2,6 GPa, mas preferentemente de por lo menos 3,1 GPa, y, con la mayor preferencia, de por lo menos 3,6 GPa, y un modulo de por lo menos 60 GPa, mas preferentemente de por lo menos 75 GPa y, con la mayor preferencia, de por lo menos 90 GPa. En funcion de la cantidad de filamentos y del tipo de torsion aplicados, las propiedades de las fibras o hilos trenzados asf obtenidos vanan. En circunstancias normales, los hilos trenzados tienen una tenacidad de por lo menos 2,1 GPa, mas preferentemente de por lo menos 2,6 GPa, incluso mas preferentemente de por lo menos 3,1 y, con la mayor preferencia, de por lo menos 3,6 GPa, y un modulo de por lo menos 60 GPa, mas preferentemente de por lo menos 80 GPa y, con la mayor preferencia, de por lo menos 100 GPa.

En una de las realizaciones se usan cintas de aramida. En una de las realizaciones, las cintas de aramida se obtienen mediante alineamiento paralelo de fibras de aramida y haciendo que las mismas se peguen a traves de un material de matriz. Opcionalmente, puede conseguirse que las mismas se peguen mediante la provision alternativa o adicional de hilos de trama para mantener las fibras juntas. Un proceso de fabricacion de cintas de este tipo se describe en los documentos EP193478, US2004/081815 y WO2009/068541.

Realizaciones especficas

El material balfstico de la presente invencion comprende un apilamiento de laminas que comprenden elementos de tension lineal de refuerzo. En lo sucesivo se describiran varias realizaciones espedficas de la presente invencion.

En una de las realizaciones, el apilamiento es un apilamiento comprimido, en el cual las laminas individuales se pegan entre sf para proporcionar un panel balfstico, por ejemplo, destinado a usarse en chalecos balfsticos. En otra de las realizaciones, el apilamiento comprende subapilamientos de, por ejemplo, 2 a 10 laminas. Dichos subapilamientos pueden ser subapilamientos comprimidos y/o subapilamientos flexibles. Un subapilamiento flexible puede obtenerse, por ejemplo, cosiendo entre sf los bordes de las laminas. Un subapilamiento comprimido puede ser un paquete compactado de una serie de laminas, por ejemplo, de 2 a 8 laminas, por ejemplo, por lo general, 2, 4 u 8 laminas. El termino compactado pretende significar que las laminas estan firmemente fijadas entre sf. Las laminas se pueden compactar mediante la aplicacion de calor y/o presion, tal como es sabido en la tecnica.

En otra de las realizaciones, el apilamiento comprende subapilamientos de, por ejemplo, 2 a 10 laminas, combinandose dichos subapilamientos por los bordes para formar un apilamiento balfstico flexible.

En una de las realizaciones, el apilamiento comprende por lo menos dos subapilamientos, en donde un primer subapilamiento es un apilamiento compactado y un segundo subapilamiento es un subapilamiento flexible presente por debajo (desde el lado anti-impacto del panel) del primer subapilamiento. En esta realizacion, el primer subapilamiento es preferentemente una capa rica en polietileno, y el segundo subapilamiento es preferentemente una capa rica en aramida.

En una de las realizaciones, el apilamiento comprende un subapilamiento comprimido de laminas que comprenden elementos de tension lineal de polietileno y/o aramida, y un subapilamiento flexible que comprende elementos de tension lineal de polietileno y/o aramida. El subapilamiento flexible se puede coser, por ejemplo, al subapilamiento comprimido o se puede pegar al subapilamiento comprimido, o subapilamientos se pueden mantener juntos por los bordes o colocandolos en una bolsa o una funda.

Con respecto a la cantidad total de elementos de tension lineal en el apilamiento, en una de las realizaciones, el apilamiento comprende entre un 1 y un 20% en peso de elementos de tension lineal de aramida, en particular entre un 1 y un 10% en peso, y, preferentemente, entre un 80 y un 99% en peso de elementos de tension lineal de polietileno, en particular entre un 90 y un 99% en peso (calculandose todos los porcentajes sobre el peso total de elementos de tension lineal).

En otra de las realizaciones, el apilamiento comprende entre un 15 y un 40% en peso de elementos de tension lineal de aramida, en particular entre un 15 y un 30% en peso, y, preferentemente, entre un 85 y un 60% en peso de elementos de tension lineal de polietileno, en particular entre un 85 y un 70% en peso (calculandose todos los porcentajes sobre el peso total de elementos de tension lineal).

En una de las realizaciones de la presente invencion el artfculo antibalfstico es un apilamiento, en particular un apilamiento moldeado, que comprende, desde la parte superior (es decir, la cara anti-impacto) hasta la parte inferior, una primera capa y una segunda capa, en donde la primera capa comprende laminas basadas en elementos de tension lineal de polietileno, en particular cintas de polietileno. En esta realizacion, los elementos de tension lineal en la primera capa consisten en por lo menos un 70% en peso de polietileno, en particular por lo menos un 80% en peso, todavfa mas particularmente por lo menos un 90% en peso, aun mas particularmente por lo menos un 95% en peso. En una de las realizaciones, los elementos de tension lineal de la primera capa consisten esencialmente en polietileno. En cuanto a la naturaleza del polietileno, se hace referencia a las preferencias expresadas en otros lugares de este documento. Cuando se usan cintas de polietileno, se prefiere que la primera capa contenga entre un

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0 y un 12% en peso de un material de matriz. Aunque puede que se requiera cierto material de matriz para conseguir que las cintas se peguen entre sf, puede que no sea necesaria la provision de una cantidad mayor que un 12% en peso de material de matriz, y esta puede ser perjudicial para las propiedades balfsticas del panel.

La primera capa del apilamiento constituye preferentemente entre un 20 y un 99% en peso del apilamiento. En una de las realizaciones, la primera capa constituye entre un 30 y un 90% en peso del apilamiento, en particular entre un 30 y un 80% en peso, mas particularmente entre un 30 y un 70% en peso del apilamiento, mas particularmente entre un 40 y un 60% en peso. En otra de las realizaciones, la primera capa constituye entre un 50 y un 99% en peso del apilamiento, en particular entre un 60 y un 99% en peso, mas particularmente entre un 70 y un 99% en peso. En una realizacion adicional, la primera capa puede constituir entre un 80 y un 99% en peso, mas particularmente entre un 90 y un 99% en peso, o incluso entre un 95 y un 99% en peso.

La segunda capa del material balfstico de esta realizacion comprende laminas que contienen elementos de tension lineal de aramida, en particular fibras de aramida. En esta realizacion, los elementos de tension lineal de la segunda capa consisten en por lo menos un 70% en peso de material de aramida, en particular por lo menos un 80% en peso, todavfa mas particularmente por lo menos un 90% en peso. En una de las realizaciones, los elementos de tension lineal de la segunda capa consisten esencialmente en material de aramida. Los elementos de tension lineal de aramida son preferentemente fibras.

En la capa rica en aramida tambien puede haber presente un material de matriz. En el caso de las fibras, este se puede encontrar, por ejemplo, en el intervalo de entre el 5 y el 30% en peso, mas particularmente en el intervalo del 15% en peso.

El panel balfstico de esta realizacion puede cumplir, por ejemplo, los requisitos de la clase II del Ensayo de Rendimiento de la Norma NIJ - 0101.04 P-BFS. En una realizacion preferida, se cumplen los requisitos de la clase IIIa de dicha Norma, en una realizacion incluso mas preferida, se cumplen los requisitos de la clase III, o los requisitos de clases incluso superiores. Este rendimiento balfstico viene acompanado preferentemente de un peso por unidad de superficie bajo, en particular un peso por unidad de superficie de como mucho 19 kg/m2, mas particularmente como mucho 16 kg/m2. En algunas realizaciones, el peso por unidad de superficie del apilamiento puede ser de un valor tan bajo como 15 kg/m2. El peso mmimo por unidad de superficie del apilamiento viene dado por la resistencia balfstica minima requerida.

En una realizacion particular, el apilamiento es un apilamiento comprimido de laminas o de paquetes de laminas compactados, en donde la primera capa consiste esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno, y la segunda capa consiste esencialmente en elementos de tension lineal de aramida. El apilamiento puede comprender por lo menos un 80% en peso de polietileno, mas particularmente por lo menos un 90% en peso de polietileno, incluso mas particularmente por lo menos un 95% en peso de polietileno.

En otra realizacion particular, la primera capa rica en polietileno es un subapilamiento comprimido y la segunda capa rica en aramida es un subapilamiento flexible. El apilamiento puede comprender por lo menos un 80% en peso de polietileno, mas particularmente por lo menos un 90% en peso de polietileno, incluso mas particularmente por lo menos un 95% en peso de polietileno. El subapilamiento comprimido de esta realizacion puede comprender laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno y, opcionalmente, puede comprender ademas laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de aramida. Por ejemplo, el subapilamiento comprimido puede consistir esencialmente en polietileno o puede comprender, en general, por lo menos un 1% en peso de aramida, en particular por lo menos un 5% en peso de aramida, mas particularmente por lo menos un 10% en peso de aramida, o incluso mas particularmente un 20% en peso de aramida.

El subapilamiento flexible de esta realizacion puede comprender laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de aramida y, opcionalmente, puede comprender ademas laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno. El subapilamiento flexible, de manera preferente consiste esencialmente en elementos de tension lineal de aramida.

En otra realizacion de la presente invencion, el artfculo antibalfstico es un apilamiento, en particular un apilamiento moldeado, que comprende, desde la parte superior a la inferior, una primera capa y una segunda capa, en donde cada capa es un subapilamiento comprimido. En una realizacion particular, las dos capas son capas ricas en polietileno y la composicion de cada capa rica en polietileno puede ser la misma o diferente. En una realizacion todavfa mas particular, el subapilamiento comprimido situado en o mas cerca de la cara anti-impacto comprende laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno y laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de aramida comprimidos entre sf, mientras que la segunda capa comprende laminas que consisten esencialmente en elementos de tension lineal de polietileno.

En una realizacion adicional, el artfculo antibalfstico es un apilamiento que comprende, desde la parte superior a la inferior, una capa comprimida y una capa flexible, en donde la capa comprimida comprende, desde la parte superior a la inferior, una primera capa rica en polietileno y una segunda capa rica en aramida, y en donde la capa flexible es una capa rica en aramida. El apilamiento total comprende preferentemente entre un 60 y un 99% en peso de polietileno, preferentemente entre un 75 y un 90% en peso de polietileno, y entre un 40 y un 1% en peso de aramida,

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preferentemente entre un 25 y un 10% en peso de aramida. La capa rica en aramida constituye preferentemente entre un 1 y un 15, preferentemente entre un 1 y un 10% en peso del apilamiento comprimido.

En otra realizacion de la presente invencion, se preve un artmulo baKstico curvado, en particular un casco, que comprende, desde la parte superior a la inferior, una capa rica en aramida, preferentemente una capa mtegramente de aramida, una capa rica en polietileno, preferentemente una capa mtegramente de polietileno, y una capa adicional rica en aramida.

Para todas las realizaciones, los elementos de tension lineal de polietileno son preferentemente cintas segun se ha descrito anteriormente. Los elementos de tension lineal de aramida son preferentemente fibras segun se ha descrito anteriormente.

El material de la matriz

Tal como se ha indicado anteriormente, en el material balfstico segun la invencion puede haber presencia de un material de matriz. Esto resulta particularmente interesante cuando el artmulo antibalfstico es un artmulo moldeado, ya que, en ese caso, puede usarse un material de matriz para conseguir que las laminas individuales se peguen entre su La expresion “material de matriz” significa un material que une entre sf los elementos de tension lineal y/o las laminas. Cuando los elementos de tension lineal son fibras, puede requerirse que el material de matriz pegue las fibras entre sf para formar laminas unidireccionales. El uso de laminas que comprenden elementos de tension lineal tejidos elimina la necesidad de utilizar material de matriz por este motivo, ya que los elementos se unen entre sf a traves de su estructura tejida. Por tanto, esto permitira el uso de menos material de matriz, o incluso prescindir del uso de material de matriz en su totalidad.

En una de las realizaciones de la presente invencion, el artmulo moldeado antibalfstico no contiene ningun material de matriz. Aunque se cree que el material de matriz presenta una contribucion menor a la efectividad balfstica del sistema que las cintas, la realizacion exenta de matriz puede constituir un material eficiente en cuanto a la relacion de su efectividad balfstica con respecto al peso.

En otra realizacion de la presente invencion, el artmulo antibalfstico comprende un material de matriz. En esta realizacion, el material de matriz puede estar presente para mejorar las propiedades de laminacion del material. Tambien puede contribuir al rendimiento balfstico.

En una de las realizaciones de la presente invencion, se proporciona material de matriz dentro de las propias laminas, donde este puede ayudar a pegar entre sf los elementos de tension lineal, por ejemplo, para proporcionar una lamina de fibras unidireccionales, o para estabilizar un genero despues de la tejedura.

En otra de las realizaciones de la presente invencion, se proporciona material de matriz sobre la lamina, para pegar la lamina a otras laminas dentro del apilamiento.

Una forma de proporcionar el material de matriz sobre las laminas es la provision de una o mas pelmulas de material de matriz sobre el lado superior, el lado inferior o los dos lados de las laminas. Si asf se desea, puede hacerse que las pelmulas se peguen a la lamina, por ejemplo, haciendo pasar las pelmulas junto con la lamina a traves de un rodillo de prensado calentado o una prensa.

Otra forma de proporcionar el material de matriz sobre las laminas es mediante la aplicacion de una cantidad de una sustancia lfquida que contiene el material de matriz organico sobre la lamina. Esta realizacion tiene la ventaja de que permite una aplicacion simple del material de matriz. La sustancia lfquida puede ser, por ejemplo, una solucion, una dispersion, o una masa fundida del material de matriz organico. Si se usa una solucion o una dispersion del material de matriz, el proceso comprende tambien la evaporacion del disolvente o dispersante. Ademas, el material de matriz se puede aplicar al vacfo. El material lfquido se puede aplicar de forma homogenea sobre la superficie completa de la lamina, segun el caso. No obstante, tambien es posible aplicar el material de matriz en forma de un material lfquido de manera no homogenea sobre la superficie de la lamina, segun el caso. Por ejemplo, el material lfquido se puede aplicar en forma de puntos o franjas, o con cualquier otro patron adecuado.

En una de las realizaciones de la presente invencion, el material de matriz se aplica en forma de un elemento

laminar, en donde un elemento laminar es una pelmula polimerica discontinua, es decir, una pelmula polimerica con agujeros. Esto permite la provision de pesos reducidos de materiales para la matriz.

En otra realizacion de la presente invencion, el material de la matriz se aplica en forma de tiras, hilos, o fibras de material polimerico, este ultimo, por ejemplo, en forma de un hilo tejido o no tejido de elemento laminar de fibra u otra trama fibrosa polimerica. Nuevamente, esto permite la provision de pesos reducidos para los materiales de la matriz.

En varias realizaciones antes descritas, el material de la matriz se distribuye de manera no homogenea sobre las

laminas. En una de las realizaciones de la presente invencion, el material de la matriz se distribuye de manera no homogenea dentro del apilamiento comprimido. En esta realizacion, se puede proporcionar mas material de matriz en aquellos lugares en los que el apilamiento comprimido se topa con las mayores influencias del exterior las cuales

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pueden afectar perjudicialmente a las propiedades del apilamiento.

El material de la matriz puede consistir total o parcialmente en un material polimerico, el cual opcionalmente puede contener sustancias de carga utilizadas habitualmente para polfmeros. El poKmero puede ser un polfmero termoestable o termoplastico o mezcla de ambos. Preferentemente se usa un plastico blando, en particular se prefiere que el material de matriz organico sea un elastomero con un modulo de traccion (a 25 °C) de como mucho 41 MPa. Se preve tambien el uso de material de matriz organico no polimerico. La finalidad del material de la matriz es ayudar a pegar entre sf las cintas y/o las laminas cuando ello sea necesario, y cualquier material de matriz que logre este objetivo es adecuado como material de matriz. Preferentemente, el alargamiento de rotura del material de matriz organico es mayor que el alargamiento de rotura de las cintas de refuerzo. El alargamiento de rotura de la matriz va preferentemente del 3 al 500%. Estos valores se aplican al material de matriz tal como se encuentra en el artfculo antibalfstico final.

Se enumeran polfmeros termoestables y termoplasticos que son adecuados para la lamina, por ejemplo, en los documentos EP 833742 y WO-A-91/12136. Preferentemente, del grupo de los polfmeros termoestables, como material de la matriz, se seleccionan esteres vimlicos, poliesteres insaturados, epoxidos o resinas fenolicas. Estos polfmeros termoestables habitualmente se encuentran en la lamina en una condicion de fraguado parcial (la denominada etapa B) antes de que el apilamiento de laminas se cure durante la compresion del artfculo moldeado antibalistico. Del grupo de los polfmeros termoplasticos, como material de la matriz se seleccionan preferentemente poliuretanos, polivinilos, poliacrilatos, poliolefinas o copolfmeros elastomericos en bloque, termoplasticos, tales como copolfmeros en bloque de poliiso-preno-polietilenbutileno-poliestireno o poliestireno-poliisoprenopoliestireno.

Cuando se usa un material de matriz, el mismo se aplica generalmente en una cantidad de por lo menos el 0,2% en peso. Puede que se prefiera que el material de matriz este presente en una cantidad de por lo menos el 1% en peso, mas particularmente en una cantidad de por lo menos el 2% en peso, en algunos casos por lo menos el 2,5% en peso. El material de matriz se aplica en general en una cantidad de como mucho el 30% en peso. El uso de una cantidad mayor que el 30% en peso de material de matriz en general no hace que mejoren las propiedades del artfculo moldeado.

La cantidad de material de matriz dependera tambien de si los elementos de tension lineal son cintas o fibras. En el caso de las fibras, puede usarse un material de matriz para proporcionar una lamina que contenga fibras paralelas pegadas entre sf. En este caso, puede mencionarse un contenido de matriz de la lamina de entre el 10 y el 30% en peso, en particular entre el 15 y el 25% en peso.

Cuando los elementos de tension lineal sean cintas, puede que se prefiera utilizar una cantidad inferior de material de matriz. En algunas realizaciones, puede que se prefiera que el material de matriz este presente en una cantidad de como mucho el 12% en peso, preferentemente como mucho el 8% en peso, mas preferentemente como mucho el 7% en peso, en ocasiones como mucho el 6,5% en peso.

Aramida, composicion quimica

En el contexto de la presente memoria descriptiva, el termino aramida se refiere a macromoleculas lineales constituidas por grupos aromaticos, en donde al menos el 60% de los grupos aromaticos esta unido mediante enlaces amida, imida, imidazol, oxazol o tiazol, y al menos el 85% de los enlaces amida, imida, imidazol, oxazol o tiazol esta unido directamente a dos anillos aromaticos, de manera que el numero de enlaces imida, imidazol, oxazol o tiazol no supera el numero de enlaces amida. En una realizacion preferida, por lo menos el 80% de los grupos aromaticos esta unido mediante enlaces amida, mas preferentemente por lo menos el 90%, todavfa mas preferentemente por lo menos el 95%.

En una de las realizaciones, de los enlaces amida, por lo menos el 40% esta presente en la posicion para del anillo aromatico, preferentemente por lo menos el 60%, mas preferentemente por lo menos el 80%, todavfa mas preferentemente por lo menos el 90%. Preferentemente, la aramida es una para-aramida, es decir, una aramida en la que esencialmente todos los enlaces amida estan pegados a la posicion para del anillo aromatico.

En una de las realizaciones de la presente invencion, la aramida es una poliamida aromatica que consiste esencialmente en un 100% molar de:

A. Por lo menos un 5% molar, aunque menos de un 35% molar, sobre la base de las unidades completas de la poliamida, de unidades de formula (1)

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donde Ar1 es un anillo aromatico bivalente cuyos enlaces de extension de la cadena son coaxiales o paralelos, y es un fenileno, bifenileno, naftileno o piridileno, cada uno de los cuales puede tener un sustituyente que es un grupo alquilo inferior, alcoxi inferior, halogeno, nitro, o ciano, X es un elemento seleccionado del grupo consistente en O, S y NH, y el grupo NH unido al anillo benceno del anterior anillo benzoxazol, benzotiazol o bencimidazol es meta o para con respecto al atomo de carbono al cual esta unido X de dicho anillo benceno;

B. De un 0 a un 45% molar, sobre la base de las unidades completas de la poliamida, de unidades de formula (2) -NH -Ar2-NH -

en donde Ar2 es igual en cuanto a definicion que Ar1, y es identico a o diferente de Ar1, o es un compuesto de formula (3)

C. Una cantidad equimolar, sobre la base de los moles totales de las unidades de las formulas (1) y (2) anteriores, de una unidad estructural de formula (4)

-CO - Ar3 - CO -

en donde Ar3 es

en el cual la estructura anular contiene opcionalmente un sustituyente seleccionado del grupo consistente en halogeno, alquilo inferior, alcoxi inferior, nitro y ciano; y

D. De un 0 a un 90% molar, sobre la base de las unidades completas de la poliamida, de una unidad estructural de la siguiente formula (5)

- NH - Ar4 - CO -

en donde Ar4 es igual en cuanto a definicion a Ar1, y es identico a o diferente de Ar1.

La aramida preferida es poli(p-fenilen tereftalamida) la cual se conoce como PPTA. PPTA es el homopolfmero resultante de una polimerizacion mol-por-mol de p-fenilendiamina y cloruro de tereftaloilo. Otras aramidas preferidas son copolfmeros resultantes de la incorporacion de otras diaminas o cloruros de diacido que sustituyen respectivamente la p-fenilendiamina y el cloruro de tereftaloilo.

Polietileno, composicion quimica y fabricacion

El polietileno usado en la presente invencion, ya se designe como polietileno, polietileno de alto peso molecular, o polietileno de peso molecular ultra-alto, presenta un peso molecular medio en peso de por lo menos 300.000 g/mol. En este caso, polietileno lineal significa polietileno que tiene menos de 1 cadena lateral por 100 atomos de C, preferentemente menos de 1 cadena lateral por 300 atomos de C. El polietileno tambien puede contener hasta un 5% molar de otro u otros alquenos que sean copolimerizables con el mismo, tales como propileno, buteno, penteno, 4-metilpenteno, y octeno. Se puede preferir en particular que el polietileno tenga un peso molecular medio en peso de por lo menos 500.000 g/mol. Puede preferirse particularmente el uso de cintas, en particular fibras o cintas, con un peso molecular de por lo menos 1 * 106 g/mol. El peso molecular maximo del polietileno adecuado para su uso en la presente invencion no es cntico. Como valor general puede mencionarse un valor maximo de 1 * 108 g/mol. La distribucion del peso molecular se puede determinar tal como se describe en el documento WO2009/109632.

En una de las realizaciones de la presente invencion, se usan elementos de tension lineal de polietileno con una distribucion relativamente estrecha del peso molecular. Esto se expresa mediante una relacion de Mw (peso molecular medio en peso) con respecto a Mn (Peso Molecular Promedio en Numero) de como mucho 6. Mas particularmente, la relacion Mw/Mn es como mucho de 5, todavfa mas particularmente como mucho de 4, incluso mas particularmente como mucho de 3. Se preve en particular el uso de materiales con una relacion Mw/Mn de como mucho 2,5, o incluso como mucho 2.

En una realizacion preferida de la presente invencion, las cintas de polietileno con un alto peso molecular y la distribucion estrecha de pesos moleculares que se ha estipulado presentan una alta orientacion molecular segun se evidencia por su patron de difraccion XRD.

En una de las realizaciones de la presente invencion, los elementos de tension lineal de polietileno son cintas que

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presentan un parametro de orientacion uniplanar 200/110 O de por lo menos 3. El parametro de orientacion uniplanar 200/110 O se define como la relacion entre las areas de pico 200 y 110 en el patron de difraccion de rayos X (XRD) de la muestra de cinta segun se determina en la geometna de reflexiones. La dispersion de rayos X de gran angulo (WAXS) es una tecnica que proporciona informacion sobre la estructura cristalina de la materia. La tecnica se refiere espedficamente al analisis de picos de Bragg dispersados en angulos grandes. Los picos de Bragg son resultantes de un orden estructural de largo alcance. Una medicion por WAXS produce un patron de difraccion, es decir, intensidad en funcion del angulo de difraccion 20 (este es el angulo entre el haz difractado y el haz primario). El parametro de orientacion uniplanar 200/110 aporta informacion sobre el alcance de orientacion de los planos cristalinos 200 y 110 con respecto a la superficie de la cinta. Para una muestra de cinta con una orientacion uniplanar 200/110 alta, los planos cristalinos 200 estan altamente orientados en paralelo a la superficie de la cinta. Se ha observado que una alta orientacion uniplanar viene acompanada en general por una alta resistencia a la traccion y una alta energfa de traccion hasta la rotura. La relacion entre las areas de pico 200 y 110 para una muestra con cristalitos orientados aleatoriamente es aproximadamente de 0,4. No obstante, en las cintas que se usan preferentemente en una de las realizaciones de la presente invencion, los cristalitos con indices 200 estan orientados preferiblemente en paralelo a la superficie de la pelfcula, dando como resultado un mayor valor de la relacion de areas de pico 200/110 y, por lo tanto, un mayor valor del parametro de orientacion uniplanar. Las cintas de polietileno de peso molecular ultra-alto con una distribucion estrecha del peso molecular, usadas en una de las realizaciones del material balfstico de acuerdo con la invencion, presentan un parametro de orientacion uniplanar 200/110 de por lo menos 3. Puede preferirse que este valor sea de por lo menos 4, mas en particular por lo menos 5, o por lo menos 7. Pueden preferirse en particular valores superiores, tales como valores de por lo menos 10 o incluso por lo menos 15. El valor maximo teorico para este parametro es infinito si el area de pico 110 equivale a cero. Los valores altos correspondientes al parametro de orientacion uniplanar 200/110 vienen acompanados frecuentemente por valores altos para la resistencia y la energfa hasta la rotura. Para obtener un metodo de determinacion de este parametro se hace referencia al documento WO2009/109632.

En una de las realizaciones de la presente invencion, las cintas de polietileno de peso molecular ultra-alto, en particular cintas de polietileno de peso molecular ultra-alto con una relacion Mw/MN de como mucho 6, tienen una cristalinidad DSC de por lo menos el 74%, mas en particular por lo menos el 80%. La cristalinidad DSC se puede determinar de la manera siguiente usando calorimetna diferencial de barrido (DSC), por ejemplo, en un Perkin Elmer DSC7. De este modo, una muestra de peso conocido (2 mg) se calienta de 30 a 180 °C a 10 °C por minuto, se mantiene a 180 °C durante 5 minutos, y a continuacion se enfna a 10 °C por minuto. Los resultados del barrido DSC se pueden representar en forma de un grafico de flujo termino (mW o mJ/s; eje y) con respecto a la temperatura (eje x). La cristalinidad se mide usando los datos de la parte de calentamiento del barrido. Se calcula una entalpfa de fusion AH (en J/g) para la transicion de fusion cristalina, determinando el area bajo el grafico desde la temperatura de la cual se ha determinado el que esta justo por debajo del inicio de la transicion de fusion principal (endotermia) hasta la temperatura justo sobre el punto en el que se observa que se ha completado la fusion. A continuacion, la AH calculada se compara con la entalpfa de fusion teorica (AHc de 293 J/g) determinada para un PE 100% cristalino a una temperatura de fusion de aproximadamente 140 °C. El mdice de cristalinidad DSC se expresa como el porcentaje 100 (AH/AHc). En una de las realizaciones, las cintas usadas en la presente invencion tienen una cristalinidad DSC de por lo menos el 85%, mas particularmente por lo menos el 90%.

En general, los elementos de tension lineal de polietileno tienen un contenido de disolvente polimerico inferior al 0,05% en peso, en particular inferior al 0,025% en peso, mas particularmente inferior al 0,01% en peso. En una de las realizaciones, las cintas de polietileno usadas en la presente invencion pueden presentar una alta resistencia en combinacion con una alta densidad lineal. En la presente solicitud, la densidad lineal se expresa en dtex. Este es el peso en gramos de 10.000 metros de pelfcula. En una de las realizaciones, la pelfcula de acuerdo con la invencion tiene una densidad lineal de por lo menos 3.000 dtex, en particular por lo menos 5.000 dtex, mas particularmente por lo menos 10.000 dtex, incluso mas particularmente por lo menos 15.000 dtex, o incluso por lo menos 20.000 dtex, en combinacion con resistencias de, segun se ha especificado anteriormente, por lo menos 2,0 GPa, en particular por lo menos 2,5 GPa, mas particularmente por lo menos 3,0 GPa, todavfa mas particularmente por lo menos 3,5 GPa, e incluso mas particularmente por lo menos 4.

Las cintas adecuadas para usarse en la presente invencion abarcan aquellas que se describen en el documento WO2009/109632, cuyas partes relevantes se incorporan a la presente a tttulo de referencia.

En una de las realizaciones, la presente invencion se refiere a la fabricacion de artfculos balfsticos segun la presente invencion, mediante un proceso que comprende las etapas de proporcionar laminas que comprenden elementos de tension lineal, apilar las laminas de tal manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del apilamiento no sea unidireccional, y pegar por lo menos parte de las laminas entre sf, en donde algunos de los elementos de tension lineal son elementos de tension lineal que comprenden polietileno de peso molecular ultra-alto y algunos de los elementos de tension lineal comprenden aramida. El pegado de las laminas se puede realizar segun maneras conocidas en la tecnica. En la fabricacion de artfculos balfsticos blandos, esto puede realizarse, por ejemplo, cosiendo los bordes de las laminas entre sf para formar paquetes de laminas. En una de las realizaciones, se fabrican paneles balfsticos moldeados mediante un proceso que comprende las etapas de proporcionar laminas que comprenden elementos de tension lineal, apilar las laminas de tal manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del apilamiento no es unidireccional, y comprimir el apilamiento bajo una presion de por lo

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menos 0,5 MPa. La presion que se aplicara esta destinada a garantizar la formacion de un artfculo moldeado antibaKstico con propiedades adecuadas. La presion es de por lo menos 0,5 MPa. Puede mencionarse una presion maxima de como mucho 50 MPa. Cuando sea necesario, la temperatura durante la compresion se selecciona de tal manera que el material de matriz se lleve por encima de su punto de reblandecimiento o fusion, si esto es necesario para hacer que la matriz ayude a que se peguen entre sf los elementos de tension lineal y/o las laminas. El significado pretendido de compresion a una temperatura elevada es que el artfculo moldeado se somete a la presion dada durante un tiempo de compresion particular, a una temperatura de compresion por encima del punto de reblandecimiento o fusion del material de matriz organico y por debajo del punto de reblandecimiento o fusion de los elementos de tension lineal. El tiempo de compresion y la temperatura de compresion requeridos dependen de la naturaleza de los elementos de tension lineal y del material de la matriz, y del grosor del artfculo moldeado, y pueden ser determinados facilmente por aquellos versados en la materia. Cuando la compresion se lleva a cabo a temperatura elevada, puede que se prefiera que el enfriamiento del material comprimido tambien tenga lugar bajo presion. Con enfriamiento bajo presion pretende significarse que la presion minima dada se mantiene durante el enfriamiento por lo menos hasta que se alcance una temperatura tan baja que la estructura del artfculo moldeado ya no pueda relajarse mas bajo presion atmosferica. Se situa dentro de las competencias de los expertos la determinacion de esta temperatura segun cada caso individual. Cuando proceda, se prefiere que el enfriamiento a la presion minima dada se reduzca hasta una temperatura en la que el material de matriz organico se haya endurecido o cristalizado en gran parte o completamente, y por debajo de la temperatura de relajacion de los elementos de tension lineal. No es necesario que la presion durante el enfriamiento sea igual a la presion a la temperatura elevada. Durante el enfriamiento, la presion debe monitorizarse de manera que se mantengan valores de presion apropiados, para compensar la reduccion de presion provocada por la contraccion del artfculo moldeado y la prensa.

En funcion de la naturaleza del material de la matriz, para la fabricacion de un artfculo moldeado antibalfstico en el que los elementos de tension lineal en la lamina comprenden cintas de polietileno lineal de alto peso molecular sometidas a un elevado estiramiento, la temperatura de compresion va preferentemente de 115 a 135 °C, y el enfriamiento hasta por debajo de 70 °C se efectua a una presion constante. En la presente memoria descriptiva, temperatura del material, por ejemplo, temperatura de compresion, se refiere a la temperatura en la mitad del grosor del artfculo moldeado.

En una de las realizaciones de la presente invencion, el apilamiento se construye a partir de paquetes de laminas compactados que contienen de 2 a 8, por lo general 2, 4 u 8. Para la orientacion de las laminas dentro de los paquetes de laminas, se remite a lo que se ha mencionado anteriormente para la orientacion de las laminas dentro del apilamiento. El termino compactado pretende significar que las laminas estan fijadas firmemente entre sf. Se logran muy buenos resultados si los paquetes de laminas tambien se comprimen. Las laminas se pueden compactar mediante la aplicacion de calor y/o presion, tal como es sabido en la tecnica.

Ejemplos

Se fabricaron varios materiales balfsticos de la manera siguiente. Se fabricaron apilamientos o subapilamientos comprimidos mediante capas transversales de laminas de los materiales y cantidades adecuados para formar un apilamiento. El apilamiento se comprimio a una temperatura de 132 °C, y a una presion de 60 bares. El material se enfrio y se retiro de la prension para formar un apilamiento o subapilamiento comprimido.

Se fabricaron subapilamientos flexibles cosiendo los bordes de laminas individuales entre sf.

Si los subapilamientos no se moldearon simultaneamente para formar un unico apilamiento, los mismos se agruparon antes de los disparos.

Los paneles teman un peso total por unidad de superficie de 15,5 kg/m2.

Se fabricaron laminas de PE alineando cintas en paralelo para formar una primera capa, alineando al menos otra capa de cintas sobre la primera capa en paralelo y desplazada con respecto a las cintas de la primera capa, y prensando las capas de cintas bajo aplicacion de calor para formar una lamina. Se usaron cintas de polietileno de peso molecular ultra-alto con una anchura de 80 mm y un grosor de 55 pm. Las cintas presentaban una resistencia a la traccion de 2,3 GPa, y un modulo de traccion de 165 GPa. Se uso un unico tipo de laminas de PE. Las laminas de tipo A son X capas a 0-90 °, de aproximadamente 220 pm de grosor (contenido de la matriz: 3% en peso).

Se usaron dos tipos de laminas de aramida. Se fabricaron laminas de aramida laminadas alineando unidireccionalmente fibras de aramida PPTA en una matriz de estireno-isopreno-estireno con un recubrimiento exterior de PE de bajo peso molecular (contenido de la matriz aproximadamente 20% en peso). Este sistema se designara como aramida UD. Se realizaron laminas basadas en genero de aramida con un genero de aramida, conocido comercialmente como genero Twaron CT 736 de Teijin, con resina polifenolica como matriz (contenido de la matriz del 11% en peso). Este sistema se designara como aramida textil.

Se fabricaron diferentes paneles con cantidades variables de PE y aramida de acuerdo con la Tabla 1, apilando apropiadamente las correspondientes laminas basadas en PE y/o laminas basadas en aramida.

Las relaciones de PE:aramida se corresponden con % en peso de laminas de polietileno (incluyendo la matriz) con

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respecto al % en peso de laminas de aramida (incluyendo la matriz) sobre la base del peso total del sistema. Tabla 1: composicion de los paneles

Panel: Composicion

Comp. 1: 100% PE, comprimido

Comp. 2: 100% PE, comprimido

Comp. 3: 100% PE, comprimido

Ej. 1: 80% capa PE, 20% capa aramida UD, comprimidas en un solo apilamiento

: 1er subapilamiento: apilamiento comprimido de 80% PE y 3% lamina textil de aramida

Ej. 2: 2° subapilamiento: apilamiento flexible de 17% aramida UD

Ej. 3: 97% capa PE, 3% capa aramida textil, comprimidas en un solo apilamiento

: 1er subapilamiento: apilamiento comprimido de PE de 80% y 3% aramida textil

Ej. 4: 2° subapilamiento: apilamiento comprimido de 17% PE

Los paneles se sometieron a prueba con vistas a la evaluacion de los traumas de acuerdo con la NIJ III 01.04.04. La velocidad usada se situa en el intervalo de 838 a 856 m/s. Se observo que las balas se deteman en el panel. Los resultados de los paneles comparativos, que tienen, todos ellos, la misma composicion, se promedian.

Tabla 2: rendimiento de los paneles

Panel: Parada bala1 Trauma 2 [mm] Trauma relativo 3

Comp.: SIP ~44 -

Ej. 1: SIP 44 1%

Ej. 2: SIP 42 - 5%

Ej. 3: SIP 44 1%

Ej. 4: SIP 42 -4%

1_SIP: bala detenida en el panel

2_Valor promedio de 3 disparos diferentes

3_Trauma relativo se refiere al porcentaje de aumento o disminucion del trauma, con porcentajes positivos y negativos respectivamente, de los paneles tnbridos (PE mas aramida) con respecto a los paneles que comprenden PE solamente con el mismo tipo de PE.

4_Valor de referencia promedio de 9 disparos diferentes sobre tres paneles diferentes

Los resultados de la Tabla 2 muestran que el rendimiento de los paneles tnbridos, es decir, que comprenden tanto polietileno como aramida (Ejemplos 1 a 5), es equivalente al de los panales que consisten en polietileno o se mejora incluso con respecto a la reduccion del trauma (Ejemplos 2 y 4). Cabe indicar que la cantidad maxima generalmente aceptada de trauma es 44 mm.

Las Figuras 1 a 3 son imagenes de la parte frontal y la parte posterior de los paneles del Ejemplo Comparativo 1 y los Ejemplos 1 y 3, tomadas despues de 5 disparos.

Tal como puede observarse a partir de las imagenes, la parte posterior de los paneles balfsticos mejora notablemente en los materiales que comprenden aramida (Ejemplos 1 y 3), con lo que los fragmentos de bala permanecen dentro del panel antibalfstico, y la parte posterior del panel se mejora con respecto a la correspondiente de todo polietileno (Ejemplo Comparativo 1).

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Artfculo antibaUstico que comprende un apilamiento de laminas que comprenden elementos de tension lineal de refuerzo, de manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del apilamiento no es unidireccional,

en donde algunos de los elementos de tension lineal son elementos de tension lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular y algunos de los elementos de tension lineal comprenden aramida,

en donde los elementos de tension lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular son cintas de polietileno;

en donde el apilamiento comprende desde la cara anti-impacto abajo una primera capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de polietileno y una segunda capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de aramida, basandose el % en peso en el peso total de elementos de tension lineal en la capa excluyendo cualquier material de matriz; y

en donde los elementos de tension lineal en las laminas estan orientados unidireccionalmente, y la direccion de los elementos de tension lineal en una lamina esta girada con respecto a la direccion de las cintas en una lamina adyacente; o las laminas comprenden elementos de tension lineal tejidos.
2. Artfculo antibalfstico segun la reivindicacion 1, en el que los elementos de tension lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular son cintas de polietileno con una anchura de por lo menos 5 mm.
3. Artfculo antibalfstico segun la reivindicacion 1 o 2, en el que los elementos de tension lineal que comprenden aramida son fibras de PPTA.
4. Artfculo antibalfstico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el apilamiento comprende laminas que contienen tanto elementos de tension lineal de polietileno como elementos de tension lineal de aramida.
5. Artfculo antibalfstico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el apilamiento comprende laminas que comprenden elementos de tension lineal de polietileno y estan exentas de elementos de tension lineal de tipo aramida, y/o laminas que comprenden elementos de tension lineal de tipo aramida y estan exentas de elementos de tension lineal de polietileno.
6. Artfculo antibalfstico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la lamina comprende uno de elementos de tension lineal de polietileno y de aramida como urdimbre o trama, y el otro de los elementos de tension lineal de polietileno y aramida como trama o urdimbre.
7. Paquete de laminas compactado, adecuado para su uso en la fabricacion de un artfculo moldeado antibalfstico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el paquete de laminas compactado comprende laminas que comprenden elementos de tension lineal, de manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del paquete de laminas no es unidireccional,

en donde algunos de los elementos de tension lineal son elementos de tension lineal que comprenden polietileno de peso molecular ultra-alto, y algunos de los elementos de tension lineal comprenden aramida,

en donde los elementos de tension lineal que comprenden polietileno de alto peso molecular son cintas de polietileno;

en donde el paquete de laminas compactado comprende desde la cara anti-impacto abajo una primera capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de polietileno y una segunda capa que comprende mas del 50% en peso de elementos de tension lineal de aramida, basandose el % en peso en el peso total de elementos de tension lineal en la capa, excluyendo cualquier material de matriz; y

en donde los elementos de tension lineal en las laminas estan orientados unidireccionalmente, y la direccion de los elementos de tension lineal en una lamina esta girada con respecto a la direccion de las cintas en una lamina adyacente; o las laminas comprenden elementos de tension lineal tejidos.
8. Metodo para fabricar un artfculo antibalfstico segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende las etapas de

proporcionar laminas que comprenden elementos de tension lineal, en donde los elementos de tension lineal en las laminas estan orientados unidireccionalmente, y la direccion de los elementos de tension lineal en una lamina esta girada con respecto a la direccion de las cintas en una lamina adyacente; o las laminas comprenden elementos de tension lineal tejidos,

apilar las laminas de tal manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del apilamiento no es unidireccional, y

pegar entre sf por lo menos algunas de las laminas

en donde algunos de los elementos de tension lineal son elementos de tension lineal que comprenden polietileno de peso molecular ultra-alto y algunos de los elementos de tension lineal comprenden aramida.
9. Metodo segun la reivindicacion 8, en el que un artfculo moldeado se fabrica mediante un proceso que comprende 5 las etapas de proporcionar laminas que comprenden elementos de tension lineal, apilar las laminas de tal manera que la direccion de los elementos de tension lineal dentro del apilamiento no es unidireccional, y comprimir el apilamiento bajo una presion de por lo menos 0,5 MPa.