ES2709113T3

ES2709113T3 - Cinta de fibra híbrida unidireccional y laminados compuestos

Info

Publication number: ES2709113T3
Application number: ES13790395T
Authority: ES
Inventors: Brian D Arvidson; Ashok Bhatnagar; David A Hurst; Robert C Ramsdell; Lori L Wagner
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2019-04-15
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CA2870901C; IL235217B; IN2014DN08813A; EP2850236A4; TW201404959A; BR112014027730B1; JP6502252B2; TWI602962B; US10081158B2; KR20150020276A; WO2013173035A1; US9273418B2; US20140072758A1; CA2870901A1; BR112014027730A2; EP2850236B1; JP2015525304A; US20160185078A1; KR101980250B1; EP2850236A1

Abstract

Un material con resistencia balística que comprende al menos una capa híbrida, cuya capa híbrida comprende una pluralidad de fibras o una pluralidad de cintas, o ambas, cuya pluralidad de fibras comprende al menos dos tipos de fibra físicamente diferentes y dicha pluralidad de cintas comprende al menos dos tipos de cinta físicamente diferentes, cuyos tipos de fibra o cinta físicamente diferentes tienen al menos una propiedad física distinta, en donde dichas fibras tienen una tenacidad de al menos 25 g/denier y dichas cintas tienen una tenacidad de al menos 20 g/denier y dichas fibras y cintas tienen un módulo de tracción de aproximadamente 300 g/denier o más, y en donde dichos al menos dos tipos de fibras o cintas físicamente diferentes se forman a partir del mismo polímero.

Description

DESCRIPCION

Cinta de fibra hibrida unidireccional y laminados compuestos

Antecedentes

Campo tecnico

La invencion se refiere a materiales y articulos con resistencia balistica formados a partir de capas de fibra que incorporan multiples tipos de fibra diferentes formados a partir del mismo polimero en una unica capa de fibra.

Descripcion de la tecnica relacionada

Se conocen articulos con resistencia balistica que contienen fibras de alta resistencia. Tipicamente, articulos tales como chalecos, cascos, paneles de vehiculos y miembros estructurales de equipamiento militar con resistencia balistica se fabrican a partir de tejidos que comprenden fibras de alta resistencia. Se conocen muchos tipos de fibra de alta resistencia, tales como fibras de polietileno de ultra alto peso molecular, fibras aramidas, fibras de polibenzoxazol, fibras de copoliester de cristal liquido y fibras de cadena rigida M5®. Veanse, por ejemplo, las patentes estadounidenses n2. 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, 6.846.758, que describen materiales compuestos con resistencia balistica formados a partir de polietileno de ultra alto peso molecular.

El documento US 2004/0092183 describe materiales compuestos antibalisticos que comprenden combinaciones de distintos tipos de fibras. El documento US 2011/0129657 describe un articulo con resistencia balistica que comprende fibras Kevlar de alta resistencia y fibras de PTFE expandido. La publicacion internacional WO 94/21450 describe un material con resistencia balistica que comprende al menos dos tipos de materiales fibrosos que se mezclan y consolidan. El documento US 2008/0085645 describe unos guantes resistentes al corte y con enmascaramiento de manchas.

Cada tipo de fibra tiene sus propias caracteristicas y propiedades unicas y, como resultado, las propiedades de los materiales compuestos fabricados a partir de fibras de alta resistencia pueden variar dependiendo del tipo de fibra utilizado. Por ejemplo, las fibras aramidas que tienen una alta energia superficial porque sus superficies contienen grupos funcionales polares y, por lo tanto, resinas que muestran generalmente una fuerte afinidad por fibras aramidas. En comparacion, las fibras de polietileno de ultra alto peso molecular son inertes de manera natural y, generalmente, muestran una afinidad mas debil a los revestimientos de resina. Esta diferencia puede ser importante dependiendo del uso final deseado del material compuesto.

Otro factor que afecta a la resistencia balistica es el tipo de construccion del tejido. Por ejemplo, en aplicaciones tales como chalecos resistentes a las balas, puede ser deseable fabricar tejidos entretejidos o de punto sin recubrir las fibras con un ligante polimerico para formar materiales compuestos de tejido flexible. En otras aplicaciones, tales como cascos resistentes a las balas, puede ser deseable encapsular o integrar fibras en un material ligante polimerico para formar materiales compuestos de tejidos no entretejidos y rigidos.

A este respecto, los materiales compuestos unidireccionales no entretejidos estan entre los materiales con un rendimiento mas alto en la industria de armaduras. En un metodo tipico para fabricar materiales compuestos unidireccionales no entretejidos, multiples capas de fibras dispuestas unidireccionalmente tienen una orientacion apilada y se presionan juntas con calor y presion para producir un material compuesto. Para aprovechar las diferentes propiedades de diferentes tipos de fibra, se conoce que formar materiales compuestos hibridos no entretejidos donde las capas de fibra formadas a partir de diferentes tipos de fibra se combinan en una unica estructura de armadura. Veanse, por ejemplo, las patentes estadounidenses n°. 5.179.244 y 5.180.880 que ensenan una armadura corporal donde capas de fibra aramida y no aramida se unen en una estructura combinada. Vease tambien la patente estadounidense n°. 6.119.575 que ensena una estructura hibrida que comprende al menos una capa de fibras aromaticas en una primera matriz polimerica, al menos una capa de plastico entretejido, y al menos una capa de fibras de poliolefina en una segunda matriz polimerica.

En cada uno de los materiales compuestos descritos en las patentes estadounidenses n°. 5.179.244, 5.180.880 y 6.119.575, cada una de las capas de componentes individuales consiste en un unico tipo de fibra, donde una capa de fibra unidireccional se compone toda de un tipo de fibra y otras capas de fibra se componen de otro tipo de fibra. Una construccion de este tipo no consigue aprovechar por completo las diferentes propiedades de las diferentes fibras, tales como adherencia de la resina, temperatura de consolidacion, caracteristicas friccionales, resistencia al corte, etc. Adicionalmente, debido a la naturaleza de su construccion fisica, las estructuras hibridas de este tipo estan excesivamente limitadas en homogeneidad del material compuesto y en el porcentaje de cada tipo de fibra en un material compuesto. Existe una necesidad en la tecnica de una solucion para estas desventajas, y esta invencion proporciona una solucion a esta necesidad. En particular, se ha encontrado que al combinar diferentes tipos de fibras en una unica capa de fibra, un efecto sinergico se logra en donde las propiedades variables de cada tipo de fibra se complementan mejor entre si para formar de esta manera un material compuesto con resistencia balistica mejorada.

La resistencia a la penetracion balistica de un material compuesto se relaciona directamente con la resistencia de las fibras constituyentes del material compuesto, donde aumentos en las propiedades de resistencia de la fibra tales como tenacidad y/o modulo de traccion se correlacionan con un aumento en la velocidad V⁵⁰. Por consiguiente, las fibras que tienen propiedades de traccion altas, tales como las fibras de polietileno de ultra alto peso molecular, son deseables en este documento. Existe tambien una correlacion entre la deformacion en la cara posterior (tambien conocida en la tecnica como "deformacion por impacto balistico", "evidencia del trauma" o "trauma por fuerza contundente") y la resistencia de union de un revestimiento de resina en una fibra en una interfaz resina/fibra, donde una resistencia de union mas fuerte se correlaciona con una deformacion en la cara posterior menor. Por consiguiente, las fibras que tienen una afinidad fuerte por revestimientos de resina/polimero, tales como fibras aramidas, son deseables en este documento.

Otras fibras estructurales de alto rendimiento, tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, y fibras de poliester, tales como fibras de tereftalato de polietileno y de naftalato de polietileno, son conocidas por proporcionar otras propiedades deseables tales como estabilidad termica, resistencia a la abrasion, resistencia al corte y absorcion de energia de impacto. Los materiales fibrosos de la invencion se forman a partir de una o mas capas de fibra hibridas que se forman al combinar al menos dos tipos diferentes de fibra para aprovechar las diferentes propiedades ventajosas proporcionadas por cada tipo de fibra sin compensar o sacrificar otras propiedades deseadas.

Compendio de la invencion

La invencion proporciona un material que comprende al menos una capa hibrida, cuya capa hibrida comprende una pluralidad de fibras o una pluralidad de cintas, o ambas, cuya pluralidad de fibras comprende al menos dos tipos de fibra fisicamente diferentes y dicha pluralidad de cintas comprende al menos dos tipos de cinta fisicamente diferentes, cuyos tipos de fibra o cinta fisicamente diferentes tienen al menos una propiedad fisica distinta, en donde dichas fibras tienen una tenacidad de al menos 25 g/denier y dichas cintas tienen una tenacidad de al menos 20 g/denier y dichas fibras y cintas tienen un modulo de traccion de aproximadamente 300 g/denier o mas, y donde dichos al menos dos tipos de fibras o cintas fisicamente diferentes se forman a partir del mismo polimero.

La invencion proporciona tambien un material no entretejido de la reivindicacion 1 que comprende una pluralidad de fibras orientadas unidireccionalmente y sustancialmente paralelas o una pluralidad de cintas orientadas unidireccionalmente y sustancialmente paralelas, en donde las fibras paralelas adyacentes o las cintas paralelas adyacentes en cada capa hibrida son diferentes tipos de fibra o diferentes tipos de cinta.

Descripcion detallada

Los materiales compuestos y otros materiales fibrosos se proporcionan para lograr un equilibrio de propiedades estructurales excelentes, resistencia a la penetracion balistica superior y bajo rendimiento de deformacion en la cara posterior.

Tal como se utiliza en este documento, un "hibrido" tiene el significado corriente y habitual de una cosa fabricada al combinar dos o mas elementos diferentes, que en el contexto de la presente invencion son dos o mas tipos de fibras diferentes, dos o mas tipos de cintas diferentes, o combinaciones de estos. Una "capa hibrida" puede comprender una pluralidad de fibras, cuya pluralidad de fibras comprende al menos dos tipos de fibra fisicamente diferentes, cuyos tipos de fibra fisicamente diferentes tienen al menos una propiedad fisica distinta. Una "capa hibrida" puede comprender alternativamente una pluralidad de cintas, cuya pluralidad de cintas comprende al menos dos tipos de cinta fisicamente diferentes, cuyos tipos de cinta fisicamente diferentes tienen al menos una propiedad fisica distinta. Tal como se utiliza en este documento, tipos de fibra/cinta diferentes se refieren a fibras/cintas que son como minimo tipos de fibra/cinta fisicamente diferentes, es decir, fibra/cintas que tienen al menos una propiedad fisica distinta. Los ejemplos de propiedades fisicas de fibras/cintas incluyen propiedades de traccion de la fibra/cinta, tales como tenacidad, modulo de traccion inicial, resistencia a la traccion y alargamiento/alargamiento a la rotura. Otras propiedades fisicas incluyen densidad de la fibra/cinta, denier de la fibra/cinta, denier por filamento, tendencia a la fluencia (tal como se determina por la norma ASTM D6992) diametro de la fibra/cinta, propiedades electricas (incluidas propiedades dielectricas, tales como constante dielectrica, y propiedades de tangente de perdidas), y propiedades termicas, incluido el coeficiente de expansion termica en las direcciones axial y transversal de la fibra/cinta.

Tal como se utiliza en este documento, las propiedades fisicas tambien incluyen caracteristicas fisicas de una superficie de fibra/cinta, tales como la presencia o ausencia de un acabado de la superficie de fibra/cinta, o si las superficies de fibra/cinta se han tratado o no, tal como por medio de tratamiento con plasma o tratamiento con corona. Varios tratamientos de superficies se describen en las aplicaciones pendientes de tramitacion con n°. de serie 61/531.233 (US 2013/0055790); 61/531.255 (US 2013/0059496); 61/531.268 (US 2014/0302273); 61/531.302 (US 2014/0248463); y 61/531.323 (US 2014/0302274).

Para los fines de la presente invencion, una "fibra" es un cuerpo alargado cuya dimension de longitud es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. Las secciones transversales de fibras para su uso en esta invencion pueden variar ampliamente, y pueden ser circulares, planas u oblongas en seccion transversal.

Por lo tanto, el termino "fibra" incluye filamentos, cintas decorativas, tiras y similares que tienen una seccion transversal regular o irregular, pero se prefiere que las fibras tengan una seccion transversal sustancialmente circular. Tal como se utiliza en este documento, el termino "hilo" se define como una hebra continua unica que consiste en multiples fibras o filamentos. Una unica fibra se puede formar a partir de un solo filamento o de multiples filamentos. En este documento, una fibra formada a partir de un solo filamento se refiere a tanto una fibra de "unico filamento" como a una fibra "monofilamento", y una fibra formada a partir de una pluralidad de filamentos se refiere, en este documento, a una fibra "multifilamento". En este documento, la definicion de fibras multifilamento abarca tambien fibras pseudo-monofilamento, que es un termino de la tecnica que describe fibras multifilamento que se funden al menos parcialmente juntas y que parecen fibras monofilamento. Las fibras multifilamento de la invencion preferiblemente incluyen de 2 a aproximadamente 1000 filamentos, mas preferiblemente de 30 a 500 filamentos, todavia mas preferiblemente de 100 a 500 filamentos, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 100 filamentos a aproximadamente 250 filamentos y de manera mas preferida de aproximadamente 120 a aproximadamente 240 filamentos. En la tecnica, se refiere tambien con frecuencia a las fibras multifilamento como haces de fibra.

Una "capa de fibra" o "capa de cinta", tal como se utilizan en este documento, pueden comprender una unica hoja o un estrato generalmente plano de fibras orientadas unidireccionalmente sustancialmente no solapadas, cintas fibrosas, cintas no fibrosas, o una combinacion de estas. Esto se puede describir alternativamente como un conjunto de fibras/cintas sustancialmente paralelas. En la tecnica, este tipo de disposicion de fibra/cinta se conoce tambien como "unicinta", "cinta unidireccional", "UD" o "UDT". Tal como se utiliza en este documento, un "conjunto" describe una disposicion ordenada de fibras, hilos o cintas, que es exclusiva de tejidos entretejidos, y un "conjunto paralelo" describe una disposicion ordenada en paralelo de fibras, hilos o cintas. El termino "orientado", tal como se describe en el contexto de "fibras orientadas", se refiere a la alineacion de las fibras. Una "capa de fibra" se puede referir tambien a un tejido entretejido. Una unica "capa" es exclusiva de una estructura consolidada que incorpora multiples tejidos entretejidos o multiples conjuntos de fibras/cintas sustancialmente paralelas que se apilan o fusionan.

Por otro lado, una "lamina de fibra" o "lamina de cinta", tal como se utilizan en este documento, pueden comprender una unica capa de fibras/cintas orientadas unidireccionalmente, una pluralidad de capas consolidadas de fibras/cintas orientadas unidireccionalmente, un tejido entretejido, una pluralidad de tejidos entretejidos consolidados, o cualquier otra estructura de tejido que se ha formado a partir de una pluralidad de fibras/cintas, incluidos fieltros, esteras y otras estructuras, tales como aquellas que comprenden fibras/cintas orientadas aleatoriamente. Una "lamina" describe una disposicion generalmente plana. Una lamina de fibra tendra tanto una superficie superior externa y una superficie inferior externa.

El termino "tejido" describe estructuras que pueden incluir una o mas capas de fibra, con o sin moldeo o consolidacion de las capas. Por ejemplo, un tejido entretejido o fieltro puede comprender una unica capa de fibra. Un tejido no entretejido formado a partir de fibras/cintas unidireccionales comprende tipicamente una pluralidad de capas de fibra apiladas las unas sobre las otras y consolidadas. Cuando se utiliza en este documento, una estructura de "capa unica" se refiere a cualquier estructura fibrosa monolitica compuesta de una o mas capas individuales o laminas individuales que se han fusionado, es decir, consolidado por medio de laminacion de baja presion o por moldeo de alta presion, en una unica estructura unitaria, opcionalmente junto con un material ligante polimerico. "Consolidacion" significa que un material ligante polimerico se combina junto con cada capa de fibra en una unica capa unitaria. La consolidacion puede ocurrir por medio de secado, enfriamiento, calentamiento, presion o una combinacion de estos. El calor y/o presion pueden ser no necesarios, ya que las fibras/cintas o laminas de tejido simplemente pueden pegarse juntas, como es el caso en el proceso de laminacion en humedo. La expresion "material compuesto" se refiere a combinaciones de fibras/cintas, tipicamente con al menos un material ligante polimerico. Un "material compuesto complejo" se refiere a una combinacion consolidada de una pluralidad de laminas de fibra/cinta. Tal como se describe en este documento, la expresion tejidos "no entretejidos" incluye todas las estructuras de tejido que no se han formado por entretejido. Por ejemplo, los tejidos no entretejidos pueden comprender una pluralidad de unicintas que se han recubierto al menos parcialmente con un material ligante polimerico, apilado/solapado y consolidado en una unica lamina, elemento monolitico, al igual que un fieltro o estera que comprende fibras orientadas aleatoriamente no paralelas que preferiblemente se han recubierto con una composicion ligante polimerica.

Tal como se utiliza en este documento, el termino "cinta" se refiere a una tira estrecha de un material fibroso o no fibroso. En terminos generales, las cintas son estructuras planas que tienen una seccion transversal sustancialmente rectangular y que tienen un espesor de aproximadamente 0,5 mm o menos, mas preferiblemente aproximadamente 0,25 mm o menos, todavia mas preferiblemente aproximadamente 0,1 mm o menos y todavia mas preferiblemente aproximadamente 0,05 mm o menos. En las realizaciones mas preferidas, las cintas polimericas tienen un espesor de hasta aproximadamente 3 mil (76,2 |um), mas preferiblemente de aproximadamente 0,35 mil (8,89 |um) a aproximadamente 3 mil (76,2 |um), y de manera mas preferida de aproximadamente 0,35 mil a aproximadamente 1,5 mil (38,1 |um). El espesor se mide en la region mas gruesa de la seccion transversal. En terminos generales, una cinta tiene un ancho inferior a o igual a aproximadamente 6 pulgadas (15,24 cm), con un ancho preferido de aproximadamente 2,5 mm a aproximadamente 50 mm, mas preferiblemente de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 50 mm, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 25,4 mm (1 pulgada), incluso mas preferiblemente de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 20 mm, y de manera mas preferida de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 10 mm. Estas dimensiones pueden variar, pero las cintas polimericas formadas en este documento de manera mas preferida se fabrican para tener dimensiones que logren una relacion de aspecto de la seccion transversal medio, es decir, la relacion de la dimension mayor a la menor de las secciones transversales promediadas a lo largo del articulo de cinta, de mayor que aproximadamente 3:1, mas preferiblemente al menos aproximadamente 5:1, todavia mas preferiblemente al menos aproximadamente 10:1, todavia mas preferiblemente al menos aproximadamente 20:1, todavia mas preferiblemente al menos aproximadamente 50:1, todavia mas preferiblemente al menos aproximadamente 100:1, todavia mas preferiblemente al menos aproximadamente 250:1 y de manera mas preferida las cintas polimericas tiene una relacion de aspecto de la seccion transversal media de al menos 400:1.

Una cinta puede ser un material fibroso o un material no fibroso. Un material de cinta "fibroso" es una cinta que comprende uno o mas filamentos. La seccion transversal de una cinta polimerica de la invencion puede ser rectangular, oval, poligonal, irregular, o de cualquier forma que satisfaga los requisitos de ancho, espesor y relacion de aspecto resumidos en este documento.

Los metodos para fabricar cintas fibrosas se describen, por ejemplo, en la patente estadounidense n°. 8.236.119 y en las solicitudes de patente estadounidense con n°. de serie 13/021.262; 13/494.641; 13/568.097; 13/647.926 y 13/708.360. Otros metodos para fabricar cintas fibrosas se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 2.035.138; 4.124.420; 5.115.839, o por el uso de un telar de cintas especializado en tejer tejidos entretejidos estrechos o cintas decorativas. Telares de cintas utiles se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 4.541.461; 5.564.477; 7.451.787 y 7.857.012, cada de las cuales esta asignada a Textilma AG de Stansstad, Suiza, aunque cualquier telar de cintas alternativo es igualmente util. Las cintas polimericas se pueden formar tambien por medio de otros metodos conocidos convencionalmente, tales como extrusion, pultrusion, tecnicas para cortar peliculas, etc. Por ejemplo, una unicinta de espesor estandar se puede cortar o cortar longitudinalmente en cintas que tienen las longitudes deseadas. Un ejemplo de un aparato para cortar longitudinalmente se describe en la patente estadounidense n°. 6.098.510 que ensena un aparato para cortar longitudinalmente una banda de material laminar mientras se enrolla en dicho rodillo. Otro ejemplo de un aparato para cortar longitudinalmente se describe en la patente estadounidense n°. 6.148.871, que ensena un aparato para cortar longitudinalmente una hoja de una pelicula polimerica en una pluralidad de tiras de pelicula con una pluralidad de cuchillas. Metodos para fabricar cintas polimericas no fibrosas no entretejidas se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°.

7.300.691; 7.964.266 y 7.964.267. Para cada una de estas realizaciones, multiples laminas de materiales basados en cintas se pueden apilar y consolidar/moldear de una forma similar a los materiales fibrosos, con o sin un material ligante polimerico.

Las cintas polimericas no fibrosas se forman por medio de metodos conocidos convencionalmente, tales como extrusion, pultrusion, tecnicas para cortar peliculas, tecnicas de compresion/aplanado de fibra, etc. Por ejemplo, una unicinta de espesor estandar se puede cortar o cortar longitudinalmente en cintas que tienen las longitudes deseadas, que es un metodo deseado para producir cintas a partir de laminas de fibra no entretejida multicapa. Un ejemplo de un aparato para cortar longitudinalmente se describe en la patente estadounidense n°. 6.098.510 que ensena un aparato para cortar longitudinalmente una banda de material laminar mientras se enrolla en dicho rodillo. Otro ejemplo de un aparato para cortar longitudinalmente se describe en la patente estadounidense n°. 6.148.871, que ensena un aparato para cortar longitudinalmente una hoja de una pelicula polimerica en una pluralidad de tiras de pelicula con una pluralidad de cuchillas. Otros metodos de ejemplo se describen en las patentes estadounidenses n°. 7.300.691; 7.964.266 y 7.964.267. Tambien es conocido que forman estructuras de cinta estrecha por medio de entretejido de tiras finas de tejido, que generalmente se pueden conseguir al ajustar la configuracion en cualquier maquina de tejer, tales como las descritas en las patentes estadounidenses n°. 2.035.138; 4.124.420; 5.115.839, o por medio del uso de un telar de cintas especializado en tejer tejidos entretejidos estrechos o cintas decorativas. Telares de cintas utiles se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 4.541.461; 5.564.477; 7.451.787 y 7.857.012, cada una esta asignada a Textilma AG de Stansstad, Suiza, aunque cualquier telar de cintas alternativo es igualmente util.

Las fibras en una capa de fibra hibrida son fibras polimericas de alto modulo de traccion y alta resistencia. Tal como se utiliza en este documento, una fibra de "alto modulo de traccion y alta resistencia" es una que tiene una tenacidad de al menos 25 g/denier o mas, un modulo de traccion preferido de al menos 300 g/denier o mas, y preferiblemente una energia a la rotura de al menos aproximadamente 8 J/g o mas, cada uno medido por medio de la norma para fibras ASTM D2256. Tal como se utiliza 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. Tal como se utiliza en este documento, el termino "tenacidad" se refiere a la tension de rotura expresada como fuerza (gramos) por unidad de densidad lineal (denier) de un especimen no forzado. El "modulo inicial" de una fibra es la propiedad de un material representativo de su resistencia a la deformacion. La expresion "modulo de traccion" se refiere a la relacion del cambio en tenacidad, expresado en gramos-fuerza por denier (g/d) al cambio en alargamiento, expresado como una fraccion de la longitud original de la fibra (pulgada/pulgada).

Las fibras de alto modulo de traccion y alta resistencia particularmente adecuadas incluyen fibras de poliolefina, incluido polietileno de alta densidad y de baja densidad. Particularmente preferidas son las fibras de poliolefina de cadena extendida, tales como fibras de polietileno de alto peso molecular extremadamente orientado, particularmente fibras de polietileno de ultra alto peso molecular, y fibras de polipropileno, particularmente fibras de polipropileno de ultra alto peso molecular. Tambien son adecuadas las fibras aramidas, particularmente fibras paraaramidas, fibras de poliamida, fibras de tereftalato de polietileno, fibras de naftalato de polietileno, fibras de alcohol polivinilico de cadena extendida, fibras de poliacrilonitrilo de cadena extendida, fibras de polibenzoxazol (PBO), fibras de polibenzotiazol (PBT), fibras de copoliester de cristal liquido, fibras de cadena rigida tales como fibras M5®, y fibras de vidrio, incluidas fibras de vidrio de grado electrico (vidrio E-glass; vidrio de borosilicato de bajo contenido de alcalis), fibras de vidrio de grado estructural (vidrio S-glass; un silicato de magnesio y aluminio de alta resistencia) y fibra de vidrio de grado de resistencia (vidrio R-glass; un vidrio de silicato de aluminio de alta resistencia sin oxido de magnesio u oxido de calcio). Cada uno de estos tipos de fibra se conoce convencionalmente en la tecnica. Tambien son adecuados para producir fibras polimericas los copolimeros, polimeros en bloque y mezclas de los materiales anteriores.

Los tipos de fibra mas preferidos incluyen polietileno, particularmente fibras de polietileno de cadena extendida, fibras aramidas, fibras de PBO, fibras de copoliester de cristal liquido, fibras de polipropileno, particularmente fibras de polipropileno de cadena extendida extremadamente orientadas, fibras de alcohol polivinilico, fibras de poliacrilonitrilo y fibras de cadena rigida, particularmente fibras M5®.

En el caso del polietileno, las fibras preferidas son polietilenos de cadena extendida que tienen pesos moleculares de al menos 300.000, preferiblemente al menos un millon y mas preferiblemente entre dos y cinco millones. Fibras de polietileno de cadena extendida (ECPE) de este tipo se pueden cultivar en procesos de solucion de hilatura tal como se describen en las patentes estadounidenses n°. 4.137.394 o 4.356.138, o se pueden hilar a partir de una disolucion para formar una estructura de gel, tal como se describe en las patentes estadounidenses n°. 4.413.110; 4.536.536; 4.551.296; 4.663.101; 5.006.390; 5.032.338; 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; 7.344.668 y la publicacion de solicitud de patente estadounidense 2007/0231572. Los tipos de fibra particularmente preferidos son cualquier fibra de polietileno vendida con el nombre comercial SPECTRA® de Honeywell International Inc, las fibras SPECTRA® son conocidas en la tecnica. Otros tipos de fibra de polietileno utiles incluyen tambien los hilos DYNEEMA® UHMWPE disponibles comercialmente de Royal DSM N.V. Corporation de Heerlen, Paises Bajos.

Las fibras aramidas (poliamida aromatica) o para-aramidas preferidas estan disponibles comercialmente y se describen, por ejemplo, en la patente estadounidense n°. 3.671.542. Por ejemplo, los filamentos de poli(tereftalamida de p-fenileno) utiles se producen comercialmente por DuPong con el nombre comercial KEVLAR®. Tambien son utiles en la practica de esta invencion las fibras de poli(isoftalamida de m-fenileno) producidas comercialmente por DuPont de Wilmington, Delaware, EE. UU. con el nombre comercial NOMEX® y las fibras producidas comercialmente por Teijin Aramid Gmbh de Alemania con el nombre comercial TWARON®, fibras aramidas producidas comercialmente por Kolon Industries, Inc. de Corea con el nombre comercial HERACRON®, fibras paramidas SMV® y RUSAR® que son producidas comercialmente por Kamensk Volokno JSC de Rusia y fibras paramidas ARMOS® producidas comercialmente por JSC Chim Volokno de Rusia.

Las fibras de PBO adecuadas para la practica de esta invencion estan disponibles comercialmente y se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 5.286.833; 5.296.185; 5.356.584; 5.534.205 y 6.040.050. Las fibras de copoliester de cristal liquido adecuadas para la practica de esta invencion estan disponibles comercialmente y se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 3.975.487; 4.118.372 y 4.161.470, e incluidas las fibras de copoliester de cristal liquido VECTRAN® disponibles comercialmente de Kuraray Co., Ltd. de Tokio, Japon. Las fibras de polipropileno adecuadas incluyen fibras de polipropileno de cadena extendida extremadamente orientadas (ECPP) tal como se describen en la patente estadounidense n°. 4.413.110. Las fibras de alcohol polivinilico (PV-OH) adecuadas se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 4.440.711 y 4.599.267. Las fibras de poliacrilonitrilo (PAN) adecuadas se describen, por ejemplo, en la patente estadounidense n°. 4.535.027. Cada uno de estos tipos de fibra se conocen convencionalmente y estan disponibles comercialmente de manera amplia.

Las fibras M5® se forman a partir de piridobisimidazol-2,6-diil- (2,5-dihidroxi-p-fenileno) y se fabricaron mas recientemente por Magellan Systems International de Richmond, Virgina, EE. UU. y se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 5.674.969; 5.939.553; 5.945.537 y 6.040.478.

Las fibras de vidrio utiles incluyen fibras de vidrio S-glass, fibras de vidrio S2-Glass® disponibles comercialmente de AGY de Aiken, Carolina del Sur, EE. UU. y fibras de vidrio E-glass HiPerTex®, disponibles comercialmente de 3B Fibreglass de Battice, Belgica. Tambien son adecuadas las fibras de vidrio R-glass, tales como aquellas disponibles comercialmente con el nombre comercial VETROTEX® de Saint-Gobain de Courbevoie, Francia. Tambien son adecuadas combinaciones de los materiales anteriores.

Los materiales de cinta fibrosos se pueden fabricar segun los metodos descritos anteriormente utilizando cualquiera de los tipos de fibra/filamento mencionados anteriormente. Los tipos particularmente adecuados de materiales de cinta polimericos no fibrosos de alto modulo de traccion y alta resistencia son las cintas de poliolefina. Las cintas de poliolefina preferidas incluyen cintas de polietileno, tales como aquellas disponibles comercialmente con el nombre comercial TENSYLON®, que estan disponibles comercialmente de E. I. du Pont de Nemours and Company de Wilmington, Delaware, EE. UU. Veanse, por ejemplo, las patentes estadounidenses n°. 5.091.133; 7.964.266 y 7.964.267. Tambien son adecuadas las cintas de polipropileno, tales como aquellas disponibles comercialmente con el nombre comercial TEGRIS® de Milliken & Company de Spartanburg, Carolina del Sur, EE. UU. Vease, por ejemplo, la patente estadounidense n°. 7.300.691. Los materiales compuestos basados en cinta que son utiles como sustratos resistentes al agrietamiento en este documento estan disponibles tambien comercialmente, por ejemplo, con el nombre comercial DYNEEMA® BT10 de Royal DSM N.V. Corporation de Heerlen, Paises Bajos y con el nombre comercial ENDUMAX® de Teijin Aramid Gmbh de Alemania.

Las fibras/cintas pueden ser de cualquier denier adecuado. Por ejemplo, las fibras pueden ser de un denier de aproximadamente 50 a aproximadamente 3000 denier, mas preferiblemente de aproximadamente 200 a 3000 denier, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 650 a aproximadamente 2000 denier, y de manera mas preferida de aproximadamente 800 a aproximadamente 1500 denier. Las cintas pueden ser de un denier de aproximadamente 50 a aproximadamente 30.000 denier, mas preferiblemente de aproximadamente 200 a 10.000 denier, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 650 a aproximadamente 2000 denier, y de manera mas preferida de aproximadamente 800 a aproximadamente 1500 denier. La seleccion se rige por consideraciones de eficacia balistica y costes. Las fibras/cintas mas finas son mas costosas de fabricar y de entretejer, pero pueden producir una eficacia balistica mejor por peso unitario.

Tal como se expuso antes, una fibra/cinta de alto modulo de traccion y alta resistencia es una que tiene una tenacidad de 25 g/denier (fibra) o 20 g/denier (cinta) o mas, un modulo de traccion preferible de 300 g/denier o mas y una energia a la rotura preferida de aproximadamente 8 J/g o mas, cada uno medido por medio de la norma ASTM D2256. Las fibras tienen una tenacidad de 25 g/denier o mas, preferiblemente aproximadamente 30 g/denier o mas, mas preferiblemente aproximadamente 40 g/denier o mas, todavia mas preferiblemente aproximadamente 45 g/denier o mas, y de manera mas preferida 50 g/denier o mas. Las cintas tienen una tenacidad de 20 g/denier o mas. Las cintas mas anchas tendran tenacidades mas bajas. Las fibras/cintas tienen un modulo de traccion de 300 g/denier o mas, preferiblemente aproximadamente 400 g/denier o mas, mas preferiblemente aproximadamente 500 g/denier o mas, mas preferiblemente aproximadamente 1.000 g/denier o mas, y de manera mas preferida 1.500 g/denier o mas. Las fibras/cintas preferidas tienen una energia a la rotura preferida de aproximadamente 15 J/g o mas, mas preferiblemente aproximadamente 25 J/g o mas, mas preferiblemente aproximadamente 30 J/g o mas y de manera mas preferida tienen una energia a la rotura de aproximadamente 40 J/g o mas. Los metodos para formar cada uno de los tipos de fibra y cinta preferidos que tienen estas propiedades de alta resistencia combinadas se conocen convencionalmente en la tecnica.

En una realizacion de la invencion, los tipos de fibra/cinta fisicamente diferentes de una fibra hibrida o una capa de cinta hibrida comprenden fibras o cintas fisicamente distintas que son sustancialmente similares quimicamente, es decir, iguales quimicamente, donde iguales quimicamente significa que estan formadas a partir del mismo polimero. Por ejemplo, en un material preferido, una capa de fibra hibrida o una capa de cinta hibrida comprende una pluralidad de fibras o cintas de polietileno fisicamente distintas. En otro material fibroso preferido, una capa de fibra hibrida o una capa de cinta hibrida comprende una pluralidad de fibras o cintas aramidas fisicamente distintas. En otro material fibroso preferido, una capa de fibra hibrida o una capa de cinta hibrida comprende una pluralidad de fibras o cintas de polibenzoxazol (PBO) fisicamente distintas. Mientras que son iguales quimicamente, los tipos de fibra/cinta en una capa de fibra hibrida unica o capa de cinta hibrida tendran al menos una propiedad fisica distinta, tal como tenacidades diferentes, modulos de traccion diferentes, alargamientos a la rotura diferentes, resistencias a la rotura diferentes, denieres de fibra/cinta diferentes, etc. Una o cada capa de fibra o cinta hibrida pueden tener mas de dos tipos de fibra/cinta diferentes de quimica de fibra similar en una capa de fibra/cinta hibrida unica.

En una realizacion preferida, una capa de fibra hibrida unica puede comprender dos o mas fibras SPECTRA® 900, fibras SPECTRA® 1000 y fibras SPECTRA® 3000, las cuales todas estan disponibles comercialmente de Honeywell International Inc. de Morristown, Nueva Jersey, EE. UU. Una capa de fibra hibrida unica comprende una combinacion de una pluralidad de fibras de alto denier y una pluralidad de fibras de bajo denier, en donde dichas fibras de alto denier tienen un denier de fibra mayor que las fibras de denier bajo. Por ejemplo, una capa de fibra hibrida puede comprender una combinacion de fibras SPECTRA® 900 de 650 denier, fibras SPECTRA® 900 de 1200 denier, fibras SPECTRA® 900 de 2400 denier y fibras SPECTRA® 900 de 4800 denier. Alternativamente, una capa de fibra hibrida unica puede comprender una combinacion de dos o mas fibras SPECTRA® 900 de 650 denier, fibras SPECTRA® 900 de 1200 denier, fibras SPECTRA® 900 de 2400 denier y fibras SPECTRA® 900 de 4800 denier. Como otro ejemplo, una capa de fibra hibrida unica puede comprender una combinacion de dos o mas fibras SPECTRA® 1000 de 75 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 100 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 130 denier, SPECTRA® 1000 de 180 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 215 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 275 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 375, fibras SPECTRA® 1000 de 435 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 650 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 1300 denier, fibras SPECTRA® 1000 de 1600 denier y fibras SPECTRA® 1000 de 2600. Alternativamente, una capa de fibra hibrida unica puede comprender una combinacion de dos o mas fibras SPECTRA® 3000 de 1100 denier, fibras SPECTRA® 3000 de 1300 denier y fibras SPECTRA® 3000 de 1600 denier. Tambien son utiles combinaciones de cualquiera de los tipos de fibra SPECTRA® anteriores con cualquier variedad de fibras aramidas, fibras de polibenzoxazol, fibras de copoliester de cristal liquido, fibras de cadena rigida M5®, fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de poliester, etc., tales como una pluralidad de fibras de polietileno fisicamente distintas y una pluralidad de fibras aramidas fisicamente distintas. Tambien son utiles las combinaciones analogas de cintas fibrosas formadas a partir de los tipos de fibra/filamento anteriores.

En otra realizacion, una capa de fibra hibrida unica puede comprender una pluralidad de fibras multifilamento que tienen el mismo denier de fibra pero donde los filamentos componentes de la fibra tienen diferentes denieres por filamento (dpf). En esta realizacion, todas las fibras en la capa podrian ser sustancialmente similares quimicamente, o la capa puede comprender dos o mas tipos de fibra diferentes quimicamente, los denieres de fibra pueden ser iguales, y pueden tener la misma tenacidad, modulo de traccion, etc., pero con diferentes denieres por filamento. Por consiguiente, el material fibroso comprende una o mas capas de fibra hibridas que comprenden una pluralidad de fibras de alto denier por filamento y una pluralidad de fibras de bajo denier por filamento, dichas fibras de alto denier por filamento tienen un denier por filamento mayor que las fibras de bajo denier por filamento. Como ejemplo, fibras SPECTRA® 900 de 650 denier tienen un dpf publicado de 10,8, mientras que las fibras SPECTRA® 900 de 1200 denier tienen un dpf publicado de 10,0. Tambien son utiles las combinaciones analogas de cintas fibrosas formadas a partir de los tipos de fibra/filamento anteriores.

En todavia otra realizacion alternativa, las capas de fibra hibridas se pueden fabricar a partir de haces de fibras hibridas multifilamento en donde una pluralidad de diferentes tipos de filamento se mezclan juntos para formar una fibra hibrida multifilamento unica. Los haces de fibra hibrida de este tipo se pueden fabricar, por ejemplo, por medio de mezclar diferentes filamentos juntos con un chorro de aire. Una pluralidad de fibras hibridas multifilamento de este tipo se puede disponer en capas de fibra y fabricar subsecuentemente en materiales fibrosos, tales como tejidos entretejidos o no entretejidos y materiales compuestos. Sin embargo, cada fibra preferiblemente comprende una pluralidad de filamentos que son sustancialmente similares fisicamente y sustancialmente similares quimicamente. Para facilitar el esparcido de la fibra, se prefiere tambien que los tipos de fibra diferentes fisicamente en una capa de fibra hibrida nunca se tuerzan o enreden juntos el uno con el otro.

En todavia otra realizacion util, una capa de fibra hibrida puede comprender algunas fibras que han sido tratadas con plasma o tratadas con corona tal como se describe en las solicitudes con n°. de serie 61/531.233 (US 2013/0055790); 61/531.255 (US 2013/0059496); 61/531.268 (US 2014/0302273); 61/531.302 (US 2014/0248463); and 61/531.323 (US 2014/0302274), con otras fibras que no estan tratadas. En otra variacion, una capa de fibra hibrida puede comprender algunas fibras que han sido tratadas con plasma y otras fibras que han sido tratadas con corona. En otra variacion, una capa de fibra hibrida puede comprender algunas fibras cuyo acabado de superficie de fibra se ha eliminado sustancialmente (cuyas fibras tambien se pueden haber tratado opcionalmente con plasma o corona) y otras fibras cuyo acabado de superficie de fibra no se ha eliminado (cuyas fibras tambien se pueden haber tratado opcionalmente con plasma o corona). Tambien son utiles las combinaciones analogas de cintas fibrosas formadas a partir de los tipos de fibra/filamento anteriores.

En una capa de fibra hibrida o una capa de cinta hibrida particularmente preferidas, una capa de fibra/cinta hibrida comprende una pluralidad de fibras de polietileno y una pluralidad de fibras aramidas. En el ejemplo de una construccion de capa de fibra hibrida, dicha capa de fibra hibrida comprende una pluralidad de fibras de grado balistico de alta tenacidad que tienen una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/denier, tales como fibras de polietileno de ultra alto peso molecular o fibras aramidas o fibras de PBO, cuya lamina puede comprender tambien una pluralidad de fibras de grado estructural de alto rendimiento que tienen una tenacidad inferior a aproximadamente 10 g/denier, que incluyen ciertas fibras de carbono, ciertas fibras de vidrio y ciertas fibras de poliester. En este ejemplo que comprende tanto fibras de grado balistico como fibras de grado estructural, se prefiere que la capa de fibra hibrida tenga un contenido de fibra de alta tenacidad superior a un 50% en peso, mas preferiblemente al menos aproximadamente un 60% en peso y de manera mas preferida al menos aproximadamente un 70% en peso. Las fibras de grado estructural de este tipo pueden mostrar una mayor afinidad a unirse a revestimientos de resina/polimero que fibras de grado balistico. Preferiblemente, en una capa que combina tanto fibras de grado estructural como fibras de grado balistico, la fuerza de union de una resina a las fibras de grado estructural es preferiblemente al menos el doble que la fuerza de union de una resina a las fibras de grado balistico.

Donde una capa de fibra/cinta hibridas comprende un tejido entretejido, el tejido entretejido se puede entretejer utilizando cualquier tecnica conocida en la tecnica utilizando cualquier tejido, tal como tejido plano, tejido pata de gallo, tejido de cesteria, tejido saten, tejido sarga y similares. El tejido plano es el mas comun, donde las fibras se entretejen juntas en una orientacion octogonal de 0°/90°. Tambien son utiles los metodos de tejido 3D en donde estructuras entretejidas multicapa se fabrican al entretejer hilos de urdimbre y de trama tanto horizontalmente como verticalmente.

Una pluralidad de capas de fibra hibridas y/o capas de cinta hibridas se fusionan, es decir, se consolidan, segun tecnicas conocidas para formar laminas de fibra multicapa y/o laminas de cinta multicapa (es decir, materiales compuestos complejos), donde las fibras/cintas se pueden recubrir opcionalmente con un material ligante polimerico para facilitar la consolidacion. Una o mas capas de fibra/cinta hibridas se pueden fusionar tambien con otras capas de fibra que no son hibridas, es decir, capas compuestas por una pluralidad de fibras/cintas que son iguales tanto fisica como quimicamente las unas con respecto a las otras. Sin embargo, se prefiere que cada capa en un material compuesto multicapa sea una capa de fibra/cinta hibrida de la invencion. Esto incluye fusionar conjuntamente una pluralidad de capas de fibra entretejidas en un material compuesto complejo, con o sin recubrir/impregnar las fibras con un ligante polimerico, al igual que fusionar conjuntamente una pluralidad de capas de fibra no entretejida con o sin recubrir/impregnar las fibras con un ligante polimerico.

Los metodos para producir materiales fibrosos no entretejidos son conocidos en la tecnica. Por ejemplo, en un metodo preferido para formar tejidos no entretejidos, una pluralidad de fibras se disponen en al menos un conjunto, dispuesto tipicamente como una banda de fibra que comprende una pluralidad de fibras alineadas en un conjunto unidireccional sustancialmente paralelo. En un proceso tipico, se suministran haces de fibra a partir de una fileta y se conducen a traves de guias y una o mas barras separadoras a un peine colimador, seguido por revestimiento de las fibras con un material ligante polimerico. Las barras separadoras y el peine colimador dispersan y separan las fibras en haz, reorganizandolas unas junto a las otras en una forma coplanar. La separacion ideal de las fibras da como resultado los filamentos individuales o fibras individuales posicionados unos cerca de los otros en un unico plano de fibra, formando un conjunto paralelo sustancialmente unidireccional de fibras sin que las fibras se solapen las unas a las otras.

Este proceso de formar capas de fibra no entretejida permite un gran control sobre la composicion de la capa de fibra hibrida. Por ejemplo, los haces de fibras suministrados a partir de las filetas se pueden disponer para alternar diferentes tipos de extremos de fibra de modo que las fibras adyacentes sean diferentes a traves del ancho completo de la capa de fibra hibrida, o se puede especificar otro patron como deseado, de modo que cada cuarta o quinta fibra sea una fibra de grado estructural con el resto siendo de fibras de grado balistico. En otro metodo, se pueden combinar multiples tipos de fibra en una unica bobina de fibra. El porcentaje de cada tipo de fibra en cada capa de fibra hibrida tambien es facilmente controlable, tal como una relacion de porcentaje de 1/99 a 10/90, o 1/99 a 1/95 de fibra de grado estructural a fibra de grado balistico. Esto permite una distribucion uniforme/homogenea o una distribucion casi homogenea de los tipos de fibra en una capa de fibra hibrida si se desea.

Tal como se explico anteriormente, en ciertas realizaciones se desea recubrir las fibras/cintas con una resina o un material ligante polimerico. Tal como se utiliza en este documento, un ligante "polimerico" incluye resinas y goma y tambien se conoce comunmente en la tecnica como material de "matriz polimerica". Los materiales de este tipo unen fibras/cintas juntas tanto por medio de sus caracteristicas adhesivas inherentes como despues de ser sometidas a condiciones de calor y/o temperatura conocidas. Cuando esta presente, el material ligante polimerico recubre tanto parcial como sustancialmente las fibras/cintas individuales, preferiblemente recubre sustancialmente cada una de las fibras/cintas individuales.

Los materiales ligantes polimericos adecuados incluyen tanto materiales elastomericos de bajo modulo como materiales rigidos de alto modulo. Tal como se utiliza a lo largo de este documento, la expresion "modulo de traccion" significa el modulo de elasticidad, el cual se mide para fibras por medio de la norma ASTM D2256 y por medio de la norma ASTM D638 para un material ligante polimerico. Las propiedades de rigidez, de impacto y balisticas de los articulos formados a partir de los materiales compuestos de la invencion se ven afectados por el modulo de traccion del polimero del ligante polimerico que recubre las fibras. Un ligante 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 traccion medido a aproximadamente 6.000 psi (41,4 MPa) o menos segun los procedimientos de analisis de la norma ASTM D638. Un polimero de bajo modulo es preferiblemente un elastomero que tiene un modulo de traccion de aproximadamente 4.000 psi (27,6 MPa) o menos, mas preferiblemente aproximadamente 2400 psi (16,5 MPa) o menos, mas preferiblemente 1200 psi (8,23 MPa) o menos, y de manera mas preferida es de aproximadamente 500 psi (3,45 MPa) o menos. La temperatura de transicion del vidrio (Tg) del elastomero es preferiblemente inferior a aproximadamente 0°C, mas preferiblemente inferior a aproximadamente -40°C, y de manera mas preferida inferior a aproximadamente -50°C. El elastomero tambien tiene un alargamiento a la rotura preferido de al menos aproximadamente un 50%, mas preferiblemente al menos aproximadamente un 100%, y de manera mas preferida tiene un alargamiento a la rotura de al menos aproximadamente un 300%. Una amplia variedad de materiales y formulaciones que tienen un bajo modulo se pueden utilizar como el ligante polimerico. Los ejemplos representativos incluyen polibutadieno, poliisopreno, goma natural, copolimeros de etilenopropileno, terpolimeros de etileno-propileno-dieno, polimeros de polisulfuro, elastomeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado, policloropreno, cloruro de polivinilo plastificado, elastomeros de acrilonitrilo de butadieno, poli(isobutileno-co-isopropeno), poliacrilatos, poliesteres, polieteres, fluoroelastomeros, elastomeros de silicona, copolimeros de etileno, poliamidas (utiles con algunos tipos de fibra), acrilonitrilo butadieno estireno, policarbonatos, y combinaciones de estos, al igual que otros polimeros y copolimeros de bajo modulo curables 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 copolimeros en bloque de dienos conjugados y monomeros aromaticos de vinilo. El butadieno e isopreno son elastomeros de dieno conjugado preferidos. El estireno, vinil tolueno y t-butil estireno son monomeros aromaticos conjugados preferidos. Los copolimeros en bloque que incorporan poliisopreno se pueden hidrogenar para producir elastomeros termoplasticos que tienen segmentos de elastomero de hidrocarburo saturado. Los polimeros pueden ser copolimeros en tribloque del tipo A-B-A, copolimeros en multibloque del tipo (AB)n (n= 2 10) o copolimeros de configuracion radial del tipo R-(BA)x (x=3-150); en 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 polimeros se producen comercialmente por Kraton Polymers de Houston, Texas, EE. UU. y se describen en el boletin "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81. Tambien son utiles las dispersiones de resina del copolimero en bloque estirenoisopreno-estireno (SIS) vendidos con el nombre comercial PRINLIN® y disponibles comercialmente de Henkel Technologies, con sede en Dusseldorf, Alemania. Los polimeros de ligantes polimericos de bajo modulo particularmente preferidos comprenden copolimeros en bloque estirenicos vendidos con el nombre comercial KRATON® y producidos comercialmente por Kraton Polymers. Un material ligante polimerico particularmente preferido comprende un copolimero en bloque de poliestireno-poliisopreno-poliestireno vendido con el nombre comercial KRATON®.

Mientras que los materiales ligantes polimericos de bajo modulo se prefieren para la formacion de materiales de armadura flexibles, los materiales ligantes polimericos de alto modulo se prefieren para la formacion de articulos de armadura rigidos. Los materiales rigidos de alto modulo preferidos tienen generalmente un modulo de traccion inicial superior a 6.000 psi. Los materiales polimericos rigidos de alto modulo preferidos utiles en este documento incluyen poliuretanos (tanto basados en eter como en ester), epoxis, poliacrilatos, polimeros de (resina) fenolica/butiral de polivinilo (PVB), polimeros de ester de vinilo, copolimeros en bloque de esterieno-butadieno, al igual que mezclas de polimeros tales como ester de vinilo y ftalato de dialilo o fenol formaldehido y butiral de polivinilo. Un material ligante polimerico rigido particularmente preferido es un polimero termoendurecible, preferiblemente soluble en disolventes saturados carbono-carbono tales como metiletilcetona, y que posee un alto modulo de traccion cuando se cura al menos aproximadamente 1x106 psi (6895 MPa) medido por medio de la norma ASTM D638. Los materiales ligantes polimericos particularmente preferidos son aquellos descritos en la patente estadounidense n°. 6.642.159. El ligante polimerico, tanto un material de bajo modulo como un material de alto modulo, puede incluir tambien cargas tales como negro de carbon o silice, se puede extender con aceites, o se puede vulcanizar por medio de sistemas de curado con sulfuro, peroxido, oxido metalico o radiacion tal como se conocen en la tecnica.

Las mas preferidas especificamente son las resinas polares o polimeros polares, particularmente poliuretanos en el intervalo de tanto materiales blandos como rigidos en un modulo de traccion que oscila de aproximadamente 2.000 psi (13,79 MPa) a aproximadamente 8.000 psi (55,16 MPa). Los poliuretanos preferidos se aplican como dispersiones de poliuretano acuosas que estan de manera mas preferida libres de codisolvente. Estas incluyen dispersiones de poliuretano anionicas acuosas, dispersiones de poliuretano cationicas acuosas y dispersiones de poliuretano no ionicas acuosas. Particularmente preferidas son las dispersiones de poliuretano anionicas acuosas, y de manera mas preferida son dispersiones de poliuretano alifaticas anionicas acuosas. Tales incluyen dispersiones de poliuretano anionicas acuosas basadas en poliester; dispersiones de poliuretano alifaticas acuosas basadas en poliester; y dispersiones de poliuretano alifaticas anionicas acuosas basadas en poliester, de las cuales todas son preferiblemente dispersiones libres de codisolvente. Tales incluyen tambien dispersiones de poliuretano anionicas acuosas basadas en polieter; dispersiones de poliuretano alifaticas acuosas basadas en polieter; y dispersiones de poliuretano alifaticas anionicas acuosas basadas en polieter, de las cuales todas son preferiblemente dispersiones libres de codisolvente. Similarmente preferidas son todas las variaciones correspondientes (basadas en poliester; alifaticas basadas en poliester; basadas en polieter; alifaticas basadas en polieter, etc.) de dispersiones cationicas acuosas y no ionicas acuosas. De manera mas preferida es una dispersion alifatica de poliuretano que tiene un modulo a un 100% de alargamiento de aproximadamente 700 psi o mas, con un intervalo particularmente preferido de 700 psi a aproximadamente 3000 psi. De manera mas preferida son dispersiones alifaticas de poliuretano que tienen un modulo a un 100% de alargamiento de aproximadamente 1000 psi o mas, y todavia mas preferiblemente aproximadamente 1100 psi o mas. De manera mas preferida es una dispersion alifatica anionica de poliuretano basada en polieter que tiene un modulo de 1000 psi o mas, preferiblemente 1100 psi o mas.

Los metodos para aplicar un material ligante polimerico a fibras/cintas para impregnar por medio de estas capas de fibra con el ligante son conocidos y se determinan facilmente por un experto en la tecnica. El termino "impregnado" se considera en este documento como sinonimo de "incrustado", "recubierto", o de otra manera aplicado con un revestimiento polimerico donde el material ligante se difunde dentro de la lamina y no simplemente sobre una superficie de la lamina. Cualquier metodo de aplicacion adecuado se puede utilizar para aplicar el material ligante polimerico y el uso particular de un termino tal como "recubierto" no se pretende que limite el metodo por el cual se aplica sobre los filamentos/fibras/cintas. Los metodos utiles incluyen, por ejemplo, pulverizar, extrudir o recubrir con rodillos polimeros o disoluciones polimericas sobre las fibras/cintas, al igual que transportar las fibras/cintas a traves de un polimero fundido o disolucion polimerica. Los metodos mas preferidos son aquellos que recubren o encapsulan sustancialmente cada una de las fibras/cintas individuales y que recubren toda o sustancialmente toda el area superficial de la fibra/cinta con el material ligante polimerico.

Despues de que se recubren las fibras/cintas con un material ligante opcional, las fibras/cintas recubiertas se forman en laminas de fibra no entretejida o laminas de cinta no entretejida que comprenden una pluralidad de capas de fibra o cinta no entretejida solapadas que se consolidan en un elemento monolitico de lamina unica. En una estructura de tejido no entretejido preferida, una pluralidad de unicintas solapadas apiladas se forma en donde las fibras/cintas paralelas de cada capa unica (unicinta) se posicionan ortogonalmente a las fibras/cintas paralelas de cada capa unica adyacente en relacion a la direccion longitudinal de la fibra/cinta de cada capa unica. El apilado de capas de fibra/cinta no entretejida solapadas se consolida con calor y presion, o al adherir los revestimientos de capas de fibra/cinta individuales, para formar un elemento monolitico de lamina unica al que tambien se ha referido en la tecnica como red consolidada de lamina unica donde una "red consolidada" describe una combinacion consolidada (fundida) de capas de fibra/cinta con la matriz/ligante polimericos. En este documento, los materiales fibrosos pueden comprender tambien una combinacion hibrida consolidada de tejidos entretejidos y tejidos no entretejidos, al igual que combinaciones de tejidos no entretejidos formados a partir de capas de fibra/cinta unidireccionales y tejidos de fieltro no entretejidos.

De manera mas tipica, las laminas o tejidos de fibra/cinta no entretejidos incluyen de 1 a aproximadamente 6 capas, pero pueden incluir tantas como aproximadamente 10 a aproximadamente 20 capas tal como se puede desear para varias aplicaciones. Cuanto mayor sea el numero de capas se traduce en mayor resistencia balistica, pero tambien mayor peso. Tal como se conoce convencionalmente en la tecnica, una resistencia balistica excelente se logra cuando capas de fibra/cinta individuales se pliegan transversalmente de tal manera que la direccion de alineacion de la fibra/cinta se rota en un angulo con respecto a la direccion de alineacion de la fibra/cinta de otra capa. De manera mas preferida, las capas de fibra/cinta se pliegan transversalmente ortogonalmente en angulos de 0° y 90°, pero las capas adyacentes se pueden alinear en cualquier angulo virtualmente entre aproximadamente 0° y aproximadamente 90° con respecto a la direccion longitudinal de la fibra/cinta de otra capa. Por ejemplo, una estructura no entretejida de tres capas puede tener las capas orientadas a ± 45° para formar una estructura de 45°/0°/-45°, o una estructura no entretejida de cinco capas puede tener las capas orientadas a 0°/45°/90°/45°/0° en relacion a los ejes longitudinales respectivos de la fibra/cinta de cada capa. Las alineaciones unidireccionales rotadas de este tipo se describen, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n°. 4.457.985; 4.748.064; 4.916.000; 4.403.012; 4.623.574 y 4.737.402. Otros angulos tambien son adecuados, tales como rotar las capas adyacentes en incrementos de 15° o incrementos de 30° en relacion a las fibras adyacentes.

Los metodos para consolidar las capas/laminas de fibra/cinta para formar materiales compuestos complejos conocidos, tales como por medio de los metodos descritos en la patente estadounidense n°. 6.642.159. La consolidacion puede ocurrir por medio de secado, enfriamiento, calentamiento, presion o una combinacion de estos. El calor y/o presion pueden ser no necesarios, ya que las capas/laminas simplemente pueden pegarse juntas, como es el caso en el proceso de laminacion en humedo. Tipicamente, la consolidacion se hace al posicionar las capas individuales las unas sobre las otras en condiciones de calor y presion suficientes para provocar que las capas se combinen en un tejido unitario. La consolidacion se puede hacer a temperaturas que oscilan de aproximadamente 50°C a aproximadamente 175°C, preferiblemente de aproximadamente 105°C a aproximadamente 175°C. y a presiones que oscilan de aproximadamente 5 psig (0,034 MPa) a aproximadamente 2500 psig (17 MPa), durante de aproximadamente 0,01 segundos a aproximadamente 24 horas, preferiblemente de aproximadamente 0,02 segundos a aproximadamente 2 horas. Cuando se calienta, es posible que se provoque que el revestimiento ligante polimerico se pegue o fluya sin fundirse por completo. Sin embargo, en terminos generales, si se provoca que el material ligante polimerico se funda, se requiere relativamente poca presion para formar el material compuesto, mientras que si el material solo se calienta a un punto de pegado, se requiere tipicamente mas presion. Tal como se conoce convencionalmente en la tecnica, la consolidacion se puede llevar a cabo en un conjunto de calandria, un laminador de lecho plano, una prensa o en una autoclave. La consolidacion se puede llevar a cabo tambien por medio de moldeo al vacio del material en un molde que se coloca al vacio. La tecnologia de moldeado al vacio es conocida en la tecnica. De manera mas comun, una pluralidad de bandas de fibra ortogonal se "pegan" juntas con el polimero ligante y se pasan por un laminador de lecho plano para mejorar la uniformidad y resistencia de la union. Ademas, las etapas de consolidacion y aplicacion/union del polimero pueden comprender dos etapas separadas o una unica etapa de consolidacion/laminacion.

Alternativamente, la consolidacion se puede lograr al moldear con calor y presion en un aparato de moldeo adecuado. Generalmente, el moldeo se lleva a cabo a una presion de aproximadamente 50 psi (344,7 kPa) a aproximadamente 5.000 psi (34.470 kPa), mas preferiblemente aproximadamente 100 psi (689,5 kPa) a aproximadamente 3.000 psi (20.680 kPa), de manera mas preferida de aproximadamente 150 psi (1.034 kPa) a aproximadamente 1.500 psi (10.340 kPa). Alternativamente, el moldeo se puede llevar a cabo a presiones mayores de aproximadamente 5.000 psi (34.470 kPa) a aproximadamente 15.000 psi (103.410 kPa), mas preferiblemente aproximadamente de 750 psi (5.171 kPa) a aproximadamente 5.000 psi, de manera mas preferida de aproximadamente 1.000 psi a aproximadamente 5.000 psi. La etapa de moldeo puede llevar de aproximadamente 4 segundos a aproximadamente 45 minutos. Las temperaturas de moldeo preferidas oscilan de aproximadamente 200°F (~93°C) a aproximadamente 350°F (~177°C), mas preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 200°F a aproximadamente 300°F y de manera mas preferida a una temperatura de aproximadamente 200°F a aproximadamente 280°F. La presion a la que las laminas de fibra se moldean tiene un efecto directo en la rigidez o flexibilidad del producto moldeado resultante. Particularmente, cuanto mayor es la presion a la que se moldean, mayor es la rigidez, y viceversa. Ademas de la presion de moldeo, la cantidad, espesor y composicion de las capas de fibra y del tipo de revestimiento de ligante polimerico, tambien afecta directamente la rigidez del material compuesto.

Mientras que 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 implica tipicamente el uso de un molde, tal como un molde de forma o un troquel coincidente cuando se forma un panel plano, y no da como resultado necesariamente un producto plano. Normalmente, la consolidacion se hace en un laminador de lecho plano, un conjunto de retencion de la calandria o como una laminacion en humedo para producir tejidos de armadura corporal blanda (flexible). El moldeo se reserva tipicamente para la fabricacion de una armadura dura, por ejemplo, placas rigidas. En cualquier proceso, las temperaturas, presiones y tiempos adecuados dependen generalmente del tipo de materiales de revestimiento de ligante polimerico, contenido de ligante polimerico, proceso utilizado y tipo de fibra/cinta.

En las realizaciones preferidas, el peso total del ligante/matriz que comprende un material compuesto fibroso de la invencion preferiblemente comprende de aproximadamente un 2% a aproximadamente un 50% en peso, mas preferiblemente de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 30% en peso, mas preferiblemente de aproximadamente un 7% en peso aproximadamente un 20% en peso, y de manera mas preferida de aproximadamente un 11% a aproximadamente un 16% en peso de las fibras/cintas mas el peso del revestimiento. Un contenido bajo de ligante/matriz es apropiado para tejidos entretejidos, en donde un contenido de ligante polimerico es superior a cero pero inferior a un 10% en peso de las fibras/cintas mas el peso del revestimiento es tipicamente lo mas preferido, pero no se pretende que esto sea limitante. Por ejemplo, tejidos entretejidos impregnados con fenolico/PVB se fabrican a veces con un contenido mayor de resina de aproximadamente un 20% a aproximadamente un 30%, aunque se prefiere tipicamente alrededor de un 12% de contenido.

Los materiales de la invencion pueden comprender tambien opcionalmente una o mas laminas polimericas termoplasticas fijadas a una o ambas de sus superficies externas. Los polimeros adecuados para la lamina polimerica termoplastica incluyen no exclusivamente poliolefinas, poliamidas, poliesteres (particularmente tereftalato de polietileno (PET) y copolimeros de PET), poliuretanos, polimeros de vinilo, copolimeros de alcohol vinilico de etileno, copolimeros de octano etileno, copolimeros de acrilonitrilo, polimeros acrilicos, polimeros de vinilo, policarbonatos, poliestirenos, fluoropolimeros y similares, al igual que copolimeros y mezclas de estos, incluidos el etilvinilacetato (EVA) y el acido acrilico de etileno. Tambien son utiles los polimeros de goma natural y sintetica. De estos, se prefieren las laminas de poliolefina y poliamida. La poliolefina preferida es un polietileno. Ejemplos no limitativos de polietilenos utiles son polietileno de baja densidad (PEBD), polietileno de baja densidad lineal (PEBDL). polietileno de media densidad (PEMD), polietileno de media densidad lineal (PEMDL), polietileno de muy baja densidad lineal (PEMBDL), polietileno de ultra baja densidad lineal (PEUBDL), polietileno de alta densidad (PEAD) y copolimeros y mezclas de estos. Tambien son utiles las bandas de poliamida SPUNFAB® disponibles comercialmente de Spunfab, Ltd, de Cuyahoga Falls, Ohio, EE. UU (nombre comercial registrado por Keuchel Associates, Inc.), al igual que las bandas, redes y peliculas THERMOPLAST® y HELIOPLAST®, disponibles comercialmente de Protechnic S.A. de Cernay, Francia. Una lamina polimerica termoplastica de este tipo se puede unir a las superficies del material utilizando tecnicas conocidas, tales como laminacion termica. Tipicamente, la laminacion se hace al posicionar las capas individuales las unas sobre las otras en condiciones de calor y presion suficientes para provocar que las capas se combinen en una estructura unitaria. La laminacion se puede hacer a temperaturas que oscilan de aproximadamente 95°C a aproximadamente 175°C, preferiblemente de aproximadamente 105°C a aproximadamente 175°C y a presiones que oscilan de aproximadamente 5 psig (0,034 MPa) a aproximadamente 100 psig (0,69 MPa), durante de aproximadamente 5 segundos a aproximadamente 36 horas, preferiblemente de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 24 horas. Las laminas polimericas termoplasticas de este tipo se pueden unir alternativamente a las superficies del material con cola al calor o fibras de fusion en caliente como podria entender un experto en la tecnica.

El espesor de los materiales compuestos se corresponded con el espesor de las fibras/cintas individuales y el numero de capas incorporadas en el material. Por ejemplo, un tejido entretejido preferido tendra un espesor preferido de aproximadamente 25 pm a aproximadamente 600 pm por capa/lamina, mas preferiblemente de aproximadamente 50 pm a aproximadamente 385 pm y de manera mas preferida de aproximadamente 75 pm a aproximadamente 255 pm por capa/lamina. Un tejido entretejido de dos capas preferido tendra un espesor preferido de aproximadamente 12 pm a aproximadamente 600 pm, mas preferiblemente de aproximadamente 50 pm a aproximadamente 385 pm y de manera mas preferida de aproximadamente 75 pm a aproximadamente 255 pm. Cualquier lamina polimerica termoplastica es preferiblemente muy fina, con un espesor de lamina preferido de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 250 pm, mas preferiblemente de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 25 pm y de manera mas preferida de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 9 pm. Las bandas discontinuas tales como bandas no entretejidas preferiblemente se aplican con un peso base de gramos por metro cuadrado (psm). Mientras que se prefiere un espesor de este tipo, se entiende que otros espesores se pueden producir para satisfacer una necesidad particular y todavia se encontrarian dentro del alcance de la invencion.

Un material fibroso de la invencion formado a partir de una pluralidad de capas de fibra/cinta hibridas tendra una densidad de area del material compuesto preferida de aproximadamente 0,2 psf a aproximadamente 8,0 psf, mas preferiblemente de aproximadamente 0,3 psf a aproximadamente 6,0 psf, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 0,5 psf a aproximadamente 5,0 psf, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 0,5 psf a aproximadamente 3,5 psf, todavia mas preferiblemente de aproximadamente 1,0 psf a aproximadamente 3,0 psf, y de manera mas preferida de aproximadamente 1,5 psf a aproximadamente 2,5 psf.

Los materiales fibrosos de la invencion se pueden utilizar en varias aplicaciones para formar una variedad de diferentes articulos con resistencia balistica utilizando tecnicas conocidas. Por ejemplo, las tecnicas adecuadas para formar articulos con resistencia balistica se describen en, por ejemplo, las patentes estadounidenses n°. 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 materiales fibrosos son particularmente utiles para la formacion de articulos de armadura blanda y flexible, incluidas la prendas tales como chalecos, pantalones, sombreros y otros articulos de ropa, y fundas o mantas, utilizadas por personal militar para protegerse frente a un numero de amenazas balisticas, tales como una bala encamisada de 9 mm (FMJ) y una variedad de fragmentos generados debido a la explosion de granadas de mano, casquillos de artilleria, artefactos explosivos improvisados (AEI) y otros dispositivos de este tipo encontrados en misiones militares y de mantenimiento de la paz.

Tal como se utiliza en este documento, una armadura "blanda" o "flexible" es una armadura que no conserva su forma cuando se somete a una cantidad significativa de tension. Las estructuras son utiles tambien para la formacion de articulos de armaduras duras y rigidas. Por armadura "dura" se refiere a un articulo, tal como cascos, paneles para vehiculos militares, o escudos protectores, que tiene una resistencia mecanica suficiente de modo que conserva su rigidez estructural cuando se somete a una cantidad significativa de tension y es capaz de mantenerse sin derrumbarse. Las estructuras se pueden cortar en una pluralidad de hojas discretas y se pueden apilar para formar un articulo o se pueden formar en un precursor que se utiliza subsecuentemente para formar un articulo. Las tecnicas de este tipo son conocidas en la tecnica.

Las prendas de la invencion se pueden formar a traves de metodos conocidos convencionalmente en la tecnica. Preferiblemente, una prenda se puede formar al adosar los articulos con resistencia balistica de la invencion con un articulo de ropa. Por ejemplo, un chaleco puede comprender un chaleco de tejido generico que se adosa con las estructuras con resistencia balistica de la invencion, por donde las estructuras de la invencion se insertan en unos bolsillos colocados estrategicamente. Esto permite maximizar la proteccion balistica, mientras se minimiza el peso del chaleco. Tal como se utiliza en este documento, los terminos "adosar" o "adosados" se pretende que incluyan fijar, tal como por medio de cosido o adhesion y de manera que los articulos con resistencia balistica se puedan retirar facilmente de manera opcional del chaleco u otro articulo de ropa. Los articulos utilizados para formar estructuras flexibles como hojas, chalecos y otras prendas flexibles preferiblemente se forman al utilizar un material ligante de bajo modulo de traccion. Los articulos duros como cascos y armaduras preferiblemente se forman, pero no exclusivamente, al utilizar un material ligante de alto modulo de traccion.

Las propiedades de resistencia balistica se determinan utilizando procedimientos de analisis convencionales que se conocen en la tecnica. Particularmente, el poder protector o resistencia a la penetracion de un material compuesto con resistencia balistica se expresa normalmente al citar la velocidad de impacto a la cual un 50% de los proyectiles penetran en el material compuesto mientras que un 50% es parado por el material compuesto, tambien conocido como el valor V⁵⁰. Tal como se utiliza en este documento, la "resistencia a la penetracion" de un articulo es la resistencia a la penetracion por una amenaza designada, tal como un objeto fisico incluidos balas, fragmentos, metralla y similares. Para materiales compuestos de igual densidad de area, que es el peso del material compuesto dividido por su area, cuanto mayor el V⁵⁰mejor es la resistencia balistica del material compuesto. La resistencia a penetracion para amenazas designadas se puede expresar tambien por la absorcion de energia especifica total ("SEAT") del material con resistencia balistica. El SEAT total es la energia cinetica de la amenaza dividida por la densidad de area del material compuesto. Cuanto mayor es el valor SEAT, mejor es la resistencia del material compuesto a la amenaza. Las propiedades de resistencia balistica de los articulos de la invencion variaran dependiendo de muchos factores, particularmente del tipo de fibras utilizado para fabricar los materiales fibrosos, el porcentaje en peso de las fibras en los materiales fibrosos, la idoneidad de las propiedades fisicas de los materiales de revestimiento, el numero de laminas de tejido que componen los materiales fibrosos y la densidad de area total de los materiales fibrosos.

Los siguientes ejemplos no limitativos sirven para ilustrar la invencion:

Ejemplo de referencia 1

Para preparar una capa de fibra hibrida, un haz de fibras SPECTRA® 1000 de 650 denier se mezcla con una fibra aramida de 500 denier utilizando un chorro de aire de alta presion. Esto da como resultado una fibra hibrida de 1100 denier. Varias bobinas de fibra hibrida de 1 lb (~453,6 g) se fabrican a partir de esta fibra hibrida. Estas bobinas se utilizan entonces para convertir las fibras en una pluralidad de unicintas que tienen una densidad de area de fibra de 53 g/m2 (gsm). Una resina acuosa basada en poliuretano (tal como la resina Bayer DISPERCOLL® U53) se aplica a las unicintas para sumergir las fibras en un bano de resina. Cada unicinta se pasa entonces a traves de un horno calentado para eliminar cualquier sustancia volatil. Despues de completar el secado, la unicinta tiene un contenido de resina de 16±2%. Las unicintas se pliegan transversalmente entonces para lograr un rollo de dos capas continuas de material 0°/90°.

Ejemplo 2 (comparativo)

El proceso del Ejemplo 1 se repite excepto que las capas de fibra se fabrican a partir de un 100% de fibras SPECTRA® 1000 de 650 denier. Las fibras se recubren con la misma resina y contienen el mismo contenido de resina. Las unicintas se pliegan transversalmente para lograr un rollo de dos capas continuas de material 0°/90°.

Ejemplo 3 (comparativo)

El proceso del Ejemplo 1 se repite excepto que las capas de fibra se fabrican a partir de un 100% de fibras aramidas de 1000 denier. Las fibras se recubren con la misma resina y contienen el mismo contenido de resina. Las unicintas se pliegan transversalmente para lograr un rollo de dos capas continuas de material 0°/90°.

Cada uno de los materiales de los Ejemplos 1-3 se forma en paquetes de disparo de 40 cm x 40 cm. Los paquetes de disparo se cosen en las esquinas para mantener las laminas juntas. La prueba se lleva a cabo en un bloque de arcilla Roma Plastilina n°. 1 calibrado de 127 cm de espesor por el estandar NIJ 0101.06. La prueba se lleva a cabo para lograr un valor V50 en ±15 mps basado en un promedio de al menos ocho balas disparadas en cada paquete de disparo, donde 4 balas penetran completamente el paquete de disparo y 4 balas penetran parcialmente el paquete de disparo. Se espera que los datos muestren que, al utilizar capas de fibra hibridas, la resistencia balistica aumenta y la deformacion de la cara posterior se reduce.

Ejemplo 4 (referencia)

Ejemplo 5 (comparativo) y Ejemplo 6 (comparativo)

Una pluralidad de capas de fibra 30 cm x 30 cm a partir de cada uno de los Ejemplos 1-3 se cortan y apilan, manteniendo una configuracion plegada transversalmente de 0°/90°. Cada pila se moldea entonces en un molde precalentado a 120°C en una prensa hidraulica de 200 ton. La pila de cada material se precalienta en el molde sin presion de moldeo durante 20 minutos. Despues de 20 minutos, se aplica una presion de sujecion total. Despues de 15 minutos, se inicia un ciclo de enfriamiento. Durante el ciclo de enfriamiento, no se libera la presion de moldeo. Este proceso convierte la pila en un panel consolidado. Una vez que el panel alcanza 50°C, el molde se abre y el panel se libera para probarlo.

48 horas despues del moldeo, cada panel se monta en un marco sin ninguna arcilla en la parte posterior del panel. Varios FSP (proyectiles simuladores de fragmentos) de 17 granos se disparan en cada panel para lograr un V⁵⁰en ±15 m/s. Se espera que los datos muestren que los paneles formados a partir de las capas de fibra hibridas tengan una resistencia a la penetracion balistica mejor que los otros paneles no hibridos.

Mientras que la presente invencion se ha mostrado particularmente y descrito con referencia a las realizaciones preferidas, se apreciara rapidamente por personas con experiencia ordinaria en la tecnica que se pueden hacer varios cambios y modificaciones sin alejarse del alcance de la invencion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material con resistencia balistica que comprende al menos una capa hibrida, cuya capa hibrida comprende una pluralidad de fibras o una pluralidad de cintas, o ambas, cuya pluralidad de fibras comprende al menos dos tipos de fibra fisicamente diferentes y dicha pluralidad de cintas comprende al menos dos tipos de cinta fisicamente diferentes, cuyos tipos de fibra o cinta fisicamente diferentes tienen al menos una propiedad fisica distinta, en donde dichas fibras tienen una tenacidad de al menos 25 g/denier y dichas cintas tienen una tenacidad de al menos 20 g/denier y dichas fibras y cintas tienen un modulo de traccion de aproximadamente 300 g/denier o mas, y en donde dichos al menos dos tipos de fibras o cintas fisicamente diferentes se forman a partir del mismo polimero.

2. El material de la reivindicacion 1, en donde dichas fibras tienen una tenacidad de al menos 30 g/denier.

3. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende una pluralidad de fibras de alta tenacidad que tienen una tenacidad de al menos 25 g/denier y una pluralidad de fibras de baja tenacidad que tienen una tenacidad inferior a 10 g/denier.

4. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende una pluralidad de fibras que tienen un primer denier por filamento y una pluralidad de fibras que tienen un segundo denier por filamento, en donde dicho primer denier por filamento es mayor que dicho segundo denier por filamento.

5. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende una pluralidad de fibras de polietileno fisicamente distintas.

6. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende una pluralidad de fibras aramidas fisicamente distintas.

7. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende tipos de fibra fisicamente diferentes que ni se han torcido ni enredado.

8. El material de la reivindicacion 1, que es un material no entretejido que comprende una pluralidad de fibras orientadas unidireccionalmente y sustancialmente paralelas o una pluralidad de cintas orientadas unidireccionalmente y sustancialmente paralelas, en donde las fibras paralelas adyacentes o las cintas paralelas adyacentes en cada capa hibrida son diferentes tipos de fibra o diferentes tipos de cinta.

9. El material de la reivindicacion 1, en donde la al menos una capa hibrida comprende una pluralidad de fibras o cintas de polietileno fisicamente diferentes.

10. El material de la reivindicacion 1, que comprende una pluralidad de capas de fibra hibridas y/o capas de cinta hibridas que se pueden consolidar para formar laminas de fibra multicapa y/o laminas multicinta.

11. El material de la reivindicacion 1, en donde dicha capa hibrida comprende tanto una pluralidad de fibras como una pluralidad de cintas.

12. El material de la reivindicacion 11, en donde dicha capa hibrida comprende una pluralidad de fibras de polietileno y una pluralidad de cintas de polietileno.