ES2710884T3 - Construcción de panel balístico con frente de cerámica - Google Patents

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ES2710884T3 ES07758998T ES07758998T ES2710884T3 ES 2710884 T3 ES2710884 T3 ES 2710884T3 ES 07758998 T ES07758998 T ES 07758998T ES 07758998 T ES07758998 T ES 07758998T ES 2710884 T3 ES2710884 T3 ES 2710884T3
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Lori Wagner
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Brian Arvidson
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Abstract

Panel de resistencia balística, comprendiendo el panel: una capa de cerámica frontal que tiene una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior; una primera capa fibrosa que comprende una red de un primer tipo de fibras de alta tenacidad y que comprende una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior, siendo dicha superficie orientada hacia el exterior de dicha primera capa fibrosa adyacente a dicha superficie orientada hacia el interior de dicha capa de cerámica, y una segunda capa fibrosa que comprende una red de un segundo tipo de fibras de alta tenacidad y que comprende una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior, siendo dicha superficie orientada hacia el exterior de dicha segunda capa fibrosa adyacente a dicha superficie orientada hacia el interior de dicha primera capa fibrosa; teniendo dicho primer tipo de fibras de alta tenacidad una composición diferente de la composición de dicho segundo tipo de fibras de alta tenacidad; siendo dicha primera capa fibrosa más rígida que dicha segunda capa fibrosa, en el que dicha primera capa fibrosa comprende fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de aramida, y dicha segunda capa fibrosa comprende fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de aramida, y en el que dicho polietileno de alto peso molecular tiene un peso molecular medio en peso de al menos 150.000; y en el que dichas fibras de alta tenacidad tienen una tenacidad igual o superior a aproximadamente 7 g/d; en el que dicho panel tiene una resistencia balística que es sustancialmente equivalente o superior a la resistencia balística de una construcción de panel de cerámica comparable que tiene una única capa fibrosa que comprende el mismo tipo de fibras de alta tenacidad que dicho primer o segundo tipo de fibras de alta tenacidad, teniendo dicha única capa fibrosa una densidad superficial que es sustancialmente la misma que la densidad superficial combinada de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa.

Description

DESCRIPCION
Construccion de panel bal^stico con frente de ceramica
Antecedentes de la invention
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un blindaje baKstico que incluye una capa frontal de ceramica.
Description de la tecnica relacionada
Se han propuesto varios tipos de construcciones de blindaje baKstico y se han utilizado en diferentes aplicaciones. Estos incluyen blindaje para vehiculos terrestres, aviones, objetos fijos, blindajes corporales y similares. En un tipo de construccion de blindaje balist ico conocido que es util, por ejemplo, para vehiculos terrestres y aviones, se adhiere una capa de ceramica a una capa de fibras de alta tenacidad. La placa de ceramica esta disenada para que aparezca en la parte externa de la construccion, actuando como la capa primaria que proporciona protection inicial contra proyectiles balisticos. Estas estructuras son conocidas como paneles con frente de ceramica. Estos paneles en general son efectivos para absorber y disipar la energia cinetica de los proyectiles y de los fragmentos de proyectil.
Las fibras de alta tenacidad que son utiles en estas aplicaciones incluyen fibras de polietileno de alto peso molecular, fibras de aramida, y similares. Sin embargo, las fibras de alta tenacidad son en general dificiles de fabricar debido a sus complejos procedimientos de fabrication. Como resultado de ello, la capacidad de production ha sido restringida, y en general no se puede aumentar facilmente en tiempos de necesidades especiales. Por ejemplo, puede darse el caso de que aumenten las necesidades para aplicaciones militares, lo cual puede provocar conflictos con necesidades para aplicaciones comerciales, y tales necesidades no se puedan cumplir.
En consecuencia, habra momentos en que habra escasez de un tipo de fibra de alta tenacidad, y la sola sustitucion de un tipo de fibra de alta tenacidad por otro tipo de fibra de alta tenacidad puede no cumplir los requisitos de rendimiento de una aplicacion de uso final particular. Esta sustitucion puede no estar tampoco precualificada para la aplicacion particular.
Ademas, las condiciones de peso generalmente no permiten el uso de placas de ceramica mas gruesas como sustituto de la capa de fibras de alta tenacidad.
El documento GB-A-2276934 divulga un blindaje balistico compuesto en el que la cara de impacto tiene forma de estructura preformada con bolsillos en los cuales se insertan bloques de ceramica. La estructura preformada se une a una capa de refuerzo fibrosa que puede tener dos capas si bien no las capas de la presente invencion.
El documento GB-A-2364956 divulga un escudo de proteccion balistico que incluye una parte de ceramica y una parte de fibra de polimero. Para mayores niveles de proteccion, una capa adicional de material puede unirse entre la parte de ceramica y la parte de fibra de polimero. Se necesita una capa separada de otro material de fibra de polimero que se fije a la cara de impacto de la parte de ceramica.
El documento GB-A-2130073 divulga un escudo protector unido a capas de tela de aramida tejida, y para aumentar la proteccion pueden existir capas adicionales de material de fibra. Se necesita una capa separada de otro material de fibra de polimero que se una a la cara de impacto de la parte de ceramica.
Seria deseable proporcionar un panel frontal de ceramica de resistencia balistica que cumpla los requisitos balisticos necesarios pero que tenga una construccion que sea mas adaptable para cumplir las siempre cambiantes necesidades de los clientes.
Sumario de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un panel de resistencia balistica segun la revindication 1.
La presente invencion proporciona un panel de resistencia balistica que tiene una pluralidad de capas de diferentes fibras que proporcionan la proteccion de la cara de refuerzo en una placa de ceramica. Tambien se ha encontrado que la capa fibrosa adyacente a la capa de ceramica debe ser mas rigida que la capa fibrosa de la cara interior con el fin de proporcionar proteccion mejorada a las amenazas balisticas. Tambien se ha encontrado inesperadamente que, si se utiliza, por ejemplo, una capa de fibras de aramida como la primera capa fibrosa y una capa de fibras de polietileno de alto peso molecular como la segunda capa fibrosa, se logra una resistencia balistica mejorada si se compara con una capa de refuerzo que esta formada solamente de fibras de aramida, pero con una densidad superficial equivalente.
La provision de una pluralidad de capas de refuerzo fibrosas utilizando diferentes tipos de fibras permite una gran flexibilidad a la hora de satisfacer las demandas de los clientes para varias amenazas balisticas ya que las diferentes capas de fibra pueden ser sustituidas por una sola capa de fibra y obtener al menos el mismo grado de proteccion. De esta forma, la disponibilidad de paneles de resistencia balistica no se ve afectada debido al suministro limitado de un tipo unico de material fibroso. Esto tambien permite mayor flexibilidad de fabricacion y ayuda a reducir costes.
Descripcion detallada de la invencion
Como se menciona anteriormente, los paneles balisticos de esta invencion estan formados de un material de ceramica y de una pluralidad de capas fibrosas de fibras de alta tenacidad. El material de ceramica puede tener la forma de una estructura monolitica o la forma de losetas de ceramica individuales mas pequenas que se conectan entre si de algun modo (por ejemplo, adheridas a una capa de soporte o a una capa fibrosa). Aunque se prefiere una capa de ceramica unica, dependiendo de la aplicacion de uso final y de consideraciones de peso se puede emplear una pluralidad de capas de ceramica en la construction de esta invencion. Tales capas de ceramica que son utiles en aplicaciones balisticas son conocidas en la tecnica.
Los materiales de ceramica tipicos utiles en los paneles de esta invencion incluyen nitruros metalicos y no metalicos, boruros, carburos, oxidos y similares, y mezclas de estos. Materiales especificos incluyen carburo de silicio, oxido de silicio, nitruro de silicio, carburo de boro, nitruro de boro, diboruro de titanio, alumina, oxido de magnesio y similares, asi como mezclas de estos. Un material de ceramica preferido es carburo de silicio.
La capa de ceramica puede no estar reforzada o puede estar reforzada con un material fibroso, y esta disponible a partir de una serie de fuentes. Por ejemplo, la capa de ceramica puede unirse o envolverse con fibras de vidrio, fibras de grafito o similares. La capa de ceramica puede tener cualquier espesor deseado, reconociendo, naturalmente, que existen consideraciones de peso en la selection del espesor de la capa de ceramica. Tal capa puede tener un espesor, por ejemplo, de aproximadamente 1,78 a 25,4 mm (aproximadamente de 0,7 a 1 pulgada), preferiblemente de 2,54 a 1,27 mm (aproximadamente de 0,1 a 0,5 pulgadas), mas preferiblemente de aproximadamente 2,54 a 10,16 mm (aproximadamente de 0,1 a 0,4 pulgadas). Una capa de ceramica de carburo de silicio que tiene un espesor de aproximadamente 3,68 mm (aproximadamente 0,145 pulgadas) normalmente puede tener una densidad superficial de aproximadamente 12,2 ksm (aproximadamente 2,50 psf).
Las distintas capas de esta invencion en general tienen una configuration rectangular o cuadrada, aunque se pueden emplear otras formas, tales como capas curvadas. La capa de ceramica tiene una superficie externa y una superficie interna.
Junto a la superficie interna de la capa de ceramica se encuentra una primera capa fibrosa, que preferiblemente se adhiere a esta mediante un medio adhesivo adecuado. La primera capa fibrosa tiene tambien unas superficies interna y externa, y la superficie externa de la primera capa fibrosa es adyacente a la superficie interna de la capa de ceramica. Junto a la primera capa fibrosa se encuentra una segunda capa fibrosa. Esta capa tambien tiene unas superficies interna y externa, y la superficie externa de la segunda capa fibrosa es adyacente a la superficie interna de la primera capa fibrosa. Preferiblemente, las capas fibrosas primera y segunda se adhieren entre si.
Tanto la primera capa fibrosa como la segunda contienen fibras de alta tenacidad. Tal como se usa en la presente description, por “fibras de alta tenacidad” se entiende fibras que tienen tenacidades iguales a o mayores de aproximadamente 7 g/d. Preferiblemente, estas fibras tienen modulos de traction inicial de al menos aproximadamente 150 g/d y energias a la rotura de al menos aproximadamente 8 J/g segun, se mide mediante la norma ASTM D2256. Tal como se usa en la presente descripcion, los terminos “modulo de traccion inicial”, “modulo de traccion”, y “modulo” significan modulo de elasticidad medido segun la norma ASTM 2256 para un hilo y segun la norma ASTM D638 para un elastomero o material matricial.
Preferiblemente, las fibras de alta tenacidad tienen tenacidades iguales o superiores a aproximadamente 10 g/d, mas preferiblemente iguales o superiores a aproximadamente 16 g/d, aun mas preferiblemente iguales o superiores a aproximadamente 22 g/d, y mas preferiblemente iguales o superiores a aproximadamente 28 g/d.
Para los propositos de la presente invencion, una fibra es un cuerpo alargado cuya dimension longitudinal es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. Por consiguiente, el termino fibra incluye monofilamento, multifilamento, cinta, tira, fibras cortadas y otras formas de fibra troceada, cortada o discontinua y similares que tienen seccion transversal regular o irregular. El termino “fibra” incluye una pluralidad de cualquiera de las anteriores o una combination de estas. Un hilo es una hebra continua compuesta de muchas fibras o filamentos.
Las secciones transversales de las fibras utiles en la presente invention pueden variar ampliamente. Pueden ser secciones transversales circulares, planas u oblongas. Pueden ser tambien de seccion transversal multilobular irregular o regular que tenga uno o mas lobulos regulares o irregulares que sobresalgan del eje lineal o longitudinal de las fibras. Es preferible que las fibras sean de seccion transversal sustancialmente circular, plana u oblonga, mas preferiblemente sustancialmente circular.
Cada una de las capas fibrosas primera y segunda, comprende una red de fibras. Las fibras pueden tener forma de telas tejidas, tricotadas o no tejidas. Preferiblemente, al menos el 50 % en peso de las fibras en la tela seran fibras de alta tenacidad, mas preferiblemente al menos aproximadamente el 75 % en peso de las fibras en la tela seran fibras de alta tenacidad, y mas preferiblemente sustancialmente todas las fibras en la tela seran fibras de alta tenacidad.
Los hilos y telas usados en la presente invencion pueden consistir en una o mas fibras de alta resistencia diferentes. Los hilos pueden estar alineados esencialmente en paralelo, o los hilos pueden estar trenzados, recubiertos o enredados. Las telas empleadas en la presente invencion pueden tejerse con hilos que tienen fibras diferentes en las direcciones de trama y urdimbre, o en otras direcciones.
Las fibras de alta tenacidad utiles en los hilos y telas de la invencion incluyen fibras de poliolefina de alto peso molecular, altamente orientadas, particularmente fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de aramida.
La patente US 4.457.985 en general analiza tales fibras de polietileno y polipropileno de alto peso molecular. En el caso de polietileno, las fibras adecuadas son aquellas de peso molecular medio en peso de al menos aproximadamente 150.000, preferiblemente al menos aproximadamente un millon o mas preferiblemente entre aproximadamente dos millones y aproximadamente cinco millones. Tales fibras de polietileno de alto peso molecular pueden ser hiladas en solution (ver patente US 4.137.394 y patente US 4.356.138), o un filamento hilado a partir de una solution para formar una estructura de gel (ver patente US 4.413.110, patente alemana 3.004.699 y patente GB 2051667), o las fibras de polietileno pueden producirse mediante un proceso de laminado y estirado (ver patente US 5.702.657). Tal como se usa en el presente documento, el termino polietileno significa un material predominantemente de polietileno lineal que puede contener cantidades menores de ramification de cadena o de comonomeros que no excedan de 5 unidades modificadoras por 100 atomos de carbono de cadena principal, y que tambien puede contener mezclado con este, no mas de aproximadamente 50 % en peso de uno o mas aditivos polimericos tal como pueden ser polimeros alqueno-1, en particular polietileno de baja densidad, polipropileno o polibutileno, copolimeros que contienen mono-olefinas primarias, poliolefinas oxidadas, injertados de poliolefinas y polioximetilenos o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes filtradores de luz ultravioleta, colorantes y similares que son normalmente incorporados.
Las fibras de polietileno de alta tenacidad (tambien conocidas como fibras de polietileno de cadena extendida o alto peso molecular) son preferidas como unas de las fibras utiles para las capas fibrosas de esta invencion. Tales fibras se venden bajo la marca comercial SPECTRA® por Honeywell Internacional Inc. de Morristown, New Jersey, USA.
Dependiendo de la tecnica de formation, de la proportion de estirado y de la temperatura y otras condiciones, se les puede impartir una variedad de propiedades a estas fibras. La tenacidad de las fibras es de al menos aproximadamente 7 g/d, preferiblemente al menos aproximadamente 15 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 20 g/d, aun mas preferiblemente al menos aproximadamente 25 g/d y mas preferiblemente al menos aproximadamente 30 g/d. De forma similar, el modulo de traction inicial de las fibras, medido por una maquina de prueba de traction Instron, es preferiblemente al menos aproximadamente 300 g/d, mas preferiblemente al menos aproximadamente 500 g/d, aun mas preferiblemente al menos aproximadamente 1.000 g/d, y mas preferiblemente al menos aproximadamente 1.200 g/d. Estos valores mas altos para el modulo de traccion inicial y tenacidad se obtienen en general empleando procesos de crecimiento en solucion o de hilado en gel. Muchos de los filamentos tienen puntos de fusion mas altos que el punto de fusion del polimero del cual estan formados. De esta manera, por ejemplo, el polietileno de alto peso molecular de aproximadamente 150.000, de aproximadamente un millon y de aproximadamente dos millones de peso molecular en general tienen puntos de fusion a granel de 138 °C. Los filamentos de polietileno altamente orientados hechos de estos materiales tienen puntos de fusion mas altos de aproximadamente 7 °C a aproximadamente 13 °C. De esta manera, un ligero aumento en el punto de fusion refleja la perfection cristalina y una orientation cristalina mas alta de los filamentos cuando se compara con el polimero a granel.
En el caso de fibras de aramida, fibras adecuadas formadas de poliamidas aromaticas se describen en la patente US 3.671.542. Las fibras de aramida preferidas tendran una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d, un modulo de traccion inicial de al menos aproximadamente 400 g/d y una energia a la rotura de al menos aproximadamente 8 J/g, y particularmente las fibras de aramida preferidas tendran una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d y una energia a la rotura de al menos aproximadamente 20 J/g. Las fibras de aramida mas preferidas tendran una tenacidad de al menos aproximadamente 23 g/d, un modulo de al menos aproximadamente 500 g/d y una energia a la rotura de al menos aproximadamente 30 J/g. Por ejemplo, los filamentos de poli (p-fenileno tereftalamida) que tienen valores de modulos y tenacidad moderadamente altos son particularmente utiles para formar compuestos de resistencia baKstica. Ejemplos son Twaron®T200 de Teijin que tiene un denier de 1000. Otros ejemplos son Kevlar® 29 que tiene 500 g/d y 22 g/d como valores de modulo de traccion inicial y tenacidad, respectivamente, asi como Kevlar® 129 y KM2 que estan disponibles en 400, 640 y 840 deniers de Du Pont. Las fibras de aramida de otros fabricantes tambien se pueden utilizar en esta invencion. Tambien se pueden utilizar copolimeros de poli(p-fenileno tereftalamida), tales como co-poli(p-fenileno tereftalarnida 3,4' oxidifelinelo tereftalamida). Tambien utiles en la practica de esta invencion son las fibras poli(mfenileno isoftalamida) vendidas por Du Pont bajo el nombre comercial Nomex®.
Se pueden tambien emplear capas fibrosas de refuerzo adicionales en los paneles de esta invencion formadas a partir de fibras de alta tenacidad, tal como una tercera capa fibrosa, una cuarta capa fibrosa, etc. Estas capas pueden colocarse hacia el interior de la segunda capa fibrosa, o entre las capas fibrosas primera y segunda, o ambas entre las capas fibrosas primera y segunda y hacia el interior de las segundas capas fibrosas.
Como se menciona anteriormente, las capas fibrosas pueden tener forma de una tela tejida, tricotada o no tejida. Si la tela es una tela tejida, puede ser de cualquier tejido deseado, tal como un patron de tejido abierto.
Preferiblemente, las capas fibrosas tienen forma de tela no tejida, tal como hojas de fibras orientadas unidireccionalmente, o fibras que estan apelmazadas en una orientacion aleatoria, que estan integradas en una matriz de resina adecuada, como se conoce en la tecnica. Las telas formadas a partir de fibras orientadas unidireccionalmente normalmente tienen una capa de fibras que estan alineadas en paralelo entre si a lo largo de una direccion de fibra comun, y una segunda capa de fibras orientadas unidireccionalmente alineadas en paralelo entre si a lo largo de una direccion de fibra comun que es de 90° desde la direccion de las primeras fibras. Cuando las hojas individuales son fibras orientadas unidireccionalmente, las hojas sucesivas son preferiblemente giradas entre si, por ejemplo, en angulos de 0°/90°, 079070790° o 074579074570°, o en otros angulos. Tales alineamientos unidireccionales girados se describen, por ejemplo, en las patentes US 4.623.574; 4.737.402; 4.748.064 y 4.916.000.
La capa o capas fibrosas estan preferiblemente en una matriz de resina. La matriz de resina para las hojas de fibra se puede formar a partir de una variedad de materiales elastomericos que tienen las caracteristicas deseadas. En una realización, los materiales elastomericos usados en tal matriz tienen un modulo de traccion inicial (modulo de elasticidad) igual o inferior a aproximadamente 6.000 psi (41,4 MPa) medido segun la norma ASTM D638. Mas preferiblemente, el elastomero tiene un modulo de traccion inicial igual a o inferior que aproximadamente 2.400 psi (16,5 MPa) material elastomerico tiene un modulo de traccion inicial igual o inferior a aproximadamente 1.200 psi (8,23 MPa). Estos materiales resinosos son normalmente de naturaleza termoplastica, aunque los materiales termocurables tambien son utiles.
De manera alternativa, la matriz de resina se puede seleccionar para tener un modulo de traccion alto cuando se cura, al menos aproximadamente de 6895 MPa (aproximadamente 1 x 106 psi). Ejemplos de tales materiales se describen, por ejemplo, en la patente US 6.642.159.
La proportion del material matricial de resina a la fibra en las capas compuestas puede variar ampliamente dependiendo del uso final. El material matricial de resina preferiblemente va aproximadamente de 1 a aproximadamente 98 por ciento en peso, mas preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 95 por ciento en peso y mas preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 por ciento en peso, del peso total de las fibras y la matriz de resina.
Se puede utilizar una amplia variedad de materiales como matriz de resina, incluyendo resinas termoplasticas y termocurables. Por ejemplo, se puede emplear cualquiera de los siguientes materiales: polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolimeros etileno-propileno, terpolimeros etileno-propileno-dieno, polimeros de polisulfuro, poliuretanos termoplasticos, elastomeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado, policloropreno, cloruro polivinilico plastificado usando ftalato de dioctilo u otros plastificadores bien conocidos en la tecnica, elastorneros butadieno acrilonitrilo, poli(isobutileno-co-isopreno), poliacrilatos, poliesteres, polieteres, fluoroelastomeros, elastorneros de silicona, elastomeros termoplasticos, y copolimeros de etileno. Ejemplos de resinas termocurables incluyen aquellas que son solubles en disolventes saturados carbono-carbono tales como metiletilcetona, acetona, etanol, metanol, alcohol isopropilico, ciclohexano, etilacetona y combinaciones de estos. Entre las resinas termocurables hay esteres vinilicos, copolimeros en bloque estireno-butadieno, ftalato de dialilo, fenol formaldehido, polivinilo butiral y mezclas de estos, como se describe en la patente US 6.642.159 antes mencionada. Las resinas termocurables preferidas para telas de fibra de polietileno incluyen al menos un ester vinilico, ftalato de dialilo y opcionalmente un catalizador para curar la resina de ester vinilico.
Un grupo preferido de materiales son los copolimeros en bloque de dienos conjugados y copolimeros aromaticos de vinilo. Butadieno e isopreno son elastomeros dieno conjugados preferidos. Estireno, vinil tolueno y t-butil estireno son monomeros aromaticos conjugados preferidos. Los copolimeros en bloque que incorporan poliisopreno pueden ser hidrogenados para producir elastomeros termoplasticos que tienen segmentos de elastomero de hidrocarburo saturado. Los polimeros pueden ser copolimeros tribloque simples del tipo R- (BA)x (x=3-150); en el que A es un bloque de un monomero aromatico de polivinilo y B es un bloque de un elastomero dieno conjugado. Una matriz de resina preferida es un copolimero en bloque isopreno-estireno-isopreno, tal como Kraton® D1107 copolimero en bloque isopreno-estirenoisopreno, disponible en Kraton Polymer LLC.
Otra matriz resina preferida es un poliuretano termoplastico, tal como una mezcla de copolimero de resinas de poliuretano en agua.
El material resina puede ser compuesto con cargas tales como negro de humo, silice, etc. y puede ser extendido con aceites y vulcanizado mediante azufre, peroxido, oxido metalico o sistemas de curado por radiacion usando metodos bien conocidos por tecnologos del caucho. Tambien se pueden usar mezclas de diferentes resinas.
En general, las capas fibrosas de la invencion se forman preferiblemente construyendo inicialmente una red de fibras y despues recubriendo la red con la composicion matricial. Tal como se usa en el presente documento, el termino “recubrir” se utiliza en un sentido amplio para describir una red de fibras en la que las fibras individuales tienen una capa continua de la composicion matricial rodeando las fibras o una capa discontinua de la composicion matricial en la superficie de las fibras. En el primer caso, se puede decir que las fibras estan totalmente integradas en la composicion matricial. Los terminos recubrir e impregnar se usan de forma intercambiable en el presente documento. Las redes de fibras se pueden construir mediante una variedad de metodos. En el caso preferido de redes de fibras alineadas unidireccionalmente, los haces de hilos de los filamentos de alta tenacidad son suministrados desde una fileta y dirigidos a traves de guias y una o mas barras espaciadoras hacia un peine colimador antes de recubrirlos con el material matricial. El peine colimador alinea los filamentos de forma coplanar y en una forma sustancialmente unidireccional.
La composicion de resina matricial se puede aplicar de cualquier forma adecuada, tal como una solucion, dispersion o emulsion sobre la capa fibrosa, preferiblemente una red de fibras unidireccionales. La red de fibras recubierta con matriz se seca despues. La solucion, dispersion o emulsion de la resina matricial puede ser rociada sobre los filamentos. De otro modo, la estructura de filamentos puede ser recubierta con la solucion acuosa, dispersion o emulsion mediante goteo o mediante un recubridor de rodillo o similar. Despues del recubrimiento, la capa fibrosa recubierta puede pasarse despues a traves de un horno de secado, en el cual la capa de red de fibras recubiertas (unitape) se somete a suficiente calor para evaporar el agua u otro liquido en la composicion matricial. La red fibrosa recubierta se puede colocar despues en una cinta portadora, que puede ser un papel o un sustrato de pelicula, o las fibras pueden colocarse inicialmente en una cinta portadora antes de recubrirlas con la resina matricial. El sustrato y la unitape pueden tejerse despues en un rollo continuo de una forma conocida.
Los hilos utiles en las capas fibrosas pueden tener cualquier denier adecuado, tal como de aproximadamente 50 denier a aproximadamente 3000 denier. La seleccion depende de consideraciones de propiedades y costes deseados. Los hilos mas finos son mas caros de fabricar y tejer, aunque se pueden producir mejores propiedades (tal como mayor efectividad balistica por unidad de peso). Los hilos tienen preferiblemente de aproximadamente 200 denier a aproximadamente 3000 denier. Mas preferiblemente, los hilos tienen de aproximadamente 650 denier a aproximadamente 1500 denier. Mas preferiblemente, los hilos tienen de aproximadamente 800 denier a aproximadamente 1300 denier.
Como se menciona anteriormente, las fibras en las capas fibrosas primera y segunda tienen diferentes composiciones. Preferidas entre las fibras de alta tenacidad enumeradas anteriormente para tales capas son las fibras de polietileno de cadena extendida y las fibras de aramida. La relacion de peso de las capas fibrosas primera y segunda puede variar segun se desee. Preferiblemente, la relacion de peso de la primera capa fibrosa a la segunda capa fibrosa varia de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 1:10, mas preferiblemente de aproximadamente 1:10, mas preferiblemente de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:3, y mas preferiblemente de aproximadamente 1.5:1 a aproximadamente 1:1.5. En una realization mas preferida, las capas fibrosas primera y segunda tienen aproximadamente el mismo peso. El espesor de las capas fibrosas primera y segunda combinadas tambien puede variar dependiendo de la aplicacion especifica, limitaciones de costes y peso. Por ejemplo, el espesor combinado de las capas fibrosas primera y segunda puede variar de aproximadamente 2,54 a aproximadamente 20,32 mm (de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,8 pulgadas), mas preferiblemente de aproximadamente 5,08 a aproximadamente 15,24 mm (de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,6 pulgadas), y mas preferiblemente de aproximadamente 7,62 a aproximadamente 12,70 mm (de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 pulgadas).
Es preferible que la primera capa fibrosa tenga un modulo de flexion que sea mayor que el modulo de flexion de la segunda capa fibrosa. El modulo de flexion al que se hace referencia en este ejemplo es el modulo de flexion de la capa fibrosa completa (incluyendo la matriz de resina). De esta manera, la capa adyacente a la capa de ceramica (la primera capa fibrosa) es mas rigida que la capa que esta separada de la capa de ceramica (la segunda capa fibrosa).
Preferiblemente, el modulo de flexion de la primera capa fibrosa es al menos aproximadamente 5 % mayor que el modulo de flexion de la segunda capa fibrosa. Mas preferiblemente, el modulo de flexion de la primera capa fibrosa es al menos aproximadamente 15 % mayor que el modulo de flexion de la segunda capa fibrosa. Mas preferiblemente, el modulo de flexion de la primera capa fibrosa es al menos aproximadamente 25 % mayor que el modulo de flexion de la segunda capa fibrosa. Tal como se utiliza en el presente documento, el modulo de flexion se determina de acuerdo con la norma ASTM D790 a temperatura ambiente.
En una realization preferida, la primera capa fibrosa esta formada de fibras de polietileno de alto peso molecular en forma de una tela no tejida unidireccional o una tela tejida, y la segunda capa fibrosa esta formada de fibras de aramida que tienen forma de una tela tejida o forma de una tela no tejida unidireccional. En otra realización preferida, la primera capa fibrosa esta formada de fibras de aramida que tienen forma de una tela tejida o forma de una tela no tejida unidireccional y la segunda capa fibrosa esta formada de fibras de polietileno de alto peso molecular en forma de una tela no tejida unidireccional o una tela tejida.
Tambien preferiblemente, las capas fibrosas primera y segunda (asi como cualquier capa fibrosa adicional) estan formadas de una pluralidad de hojas que han sido laminadas juntas. El numero de hojas en cada capa depende de la densidad superficial, espesor, nivel de protection deseados y similares. Por ejemplo, cuando la capa fibrosa esta formada de fibras de polietileno de alto peso molecular o de fibras de aramida, el numero de hojas individuales puede variar de aproximadamente 2 a aproximadamente 200, mas preferiblemente de aproximadamente 10 a de aproximadamente 150 y mas preferiblemente de 50 a aproximadamente 100. Se debe reconocer que las hojas individuales pueden preformarse como fibras preimpregnadas multiples. Por ejemplo, si la fibra preimpregnada esta formada por 4 hojas, entonces el numero de hojas mencionadas anteriormente se reduciria a un cuarto de las cantidades establecidas.
Las hojas individuales tambien pueden tener forma de subconjuntos de dos o cuatro unidades que incluyen hojas cruzadas, preferiblemente a 0°/90° para una unidad de dos hojas y a 079070790° para una unidad de cuatro hojas. Las capas fibrosas se pueden formar a partir de una pluralidad de unidades de hojas cruzadas.
Los laminados de dos o mas hojas que forman las capas fibrosas de la invention se producen preferiblemente a partir de rollos continuos de fibras preimpregnadas unidireccionales, utilizando una operation continua de hojas cruzadas. Tal metodo se describe en las patentes US 5.173.138 y 5.766.725. De otro modo, las hojas pueden colocarse a mano o por cualquier otro medio adecuado. Las hojas, (por ejemplo, dos hojas) se consolidan mediante la aplicacion de calor y presion en el proceso de cruzamiento de hojas. Las temperaturas pueden variar de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 160 °C y las presiones pueden variar de aproximadamente 69 a aproximadamente 17.0000 kPa (de aproximadamente 100 a aproximadamente 2500 psi), dependiendo del tipo de fibras y de la hoja matriz que se emplee. Por “consolidation” se entiende que el material matricial y las hojas fibrosas se combinan en una capa unitaria unica. La consolidation puede ocurrir por secado, enfriamiento, calentamiento, presion o una combination de estos.
Los conjuntos de varias hojas que constituyen las capas fibrosas de esta invencion pueden comprender conjuntos rigidos o conjuntos flexibles. Los conjuntos rigidos se forman generalmente apilando y consolidando las hojas en una prensa, tal como en las condiciones antes mencionadas. Los conjuntos flexibles se pueden formar apilando de manera suelta las hojas, en donde las hojas estan sin unir o unidas unicamente por uno o mas bordes mediante, por ejemplo, costura.
El grado de flexibilidad de cada capa fibrosa depende de las fibras y resinas empleadas, asi como de las condiciones de procesamiento. Estas consideraciones son conocidas por las personas expertas en la tecnica.
Se pueden incluir una o mas peliculas plasticas en las capas fibrosas, por ejemplo, para permitir que diferentes capas se deslicen unas sobre otras para definir facilmente la forma deseada. Estas peliculas plasticas normalmente se adhieren a una o ambas superficies de cada capa fibrosa o de cada fibra preimpregnada consolidada de dos o cuatro hojas que forman las capas fibrosas. Se puede emplear cualquier pelicula plastica adecuada, tal como peliculas hechas de poliolefinas, por ejemplo, peliculas de polietileno de baja densidad lineal (LLDPE) y peliculas de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE), asi como peliculas de poliester, peliculas de nailon, peliculas de policarbonato y similares. Estas peliculas pueden tener cualquier espesor deseado. Los espesores normales varian de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 30 |jm (de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1,2 mils), mas preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 jm (de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 1 mil) y mas preferiblemente de aproximadamente 7,5 a aproximadamente 12,5 jm (de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,5 mils). Las peliculas mas preferidas son de LLDPE.
Ademas de las capas fibrosas de fibras de alta tenacidad que estan presentes en el material compuesto de esta invention, tambien se pueden emplear otras capas. Por ejemplo, un compuesto de fibra de vidrio y/o un compuesto de grafito se pueden intercalar entre la primera capa fibrosa y la capa de ceramica. Tales compuestos se pueden formar con una resina deseada, tal como una resina epoxica termocurable. Si esta presente, tal capa o capas adicionales tienen de manera deseable un modulo de flexion mayor que el de la primera capa fibrosa. De otro modo, tales materiales compuestos pueden estar presentes en otros lugares del articulo de esta invencion.
En una realization particularmente preferida de esta invencion, la capa de ceramica esta formada de carburo de silicio, la primera capa fibrosa esta formada de fibras de aramida, la segunda capa fibrosa esta formada de fibras de polietileno de alto peso molecular y la densidad superficial de las capas fibrosas primera y segunda es aproximadamente la misma.
Preferiblemente, la capa de ceramica y las capas fibrosas primera y segunda se adhieren entre si en condiciones adecuadas, tal como simplemente mediante union a temperatura ambiente, o union con calor y presion adecuados. Cualquier medio adecuado se puede utilizar para unir las capas entre si, tal como una pelicula adhesiva solida, un adhesivo liquido, etc. Son preferidas peliculas adhesivas, tales como adhesivos de poliuretano, adhesivos epoxicos, adhesivos de polietileno y similares. Si se utilizan calor y presion para unir las capas entre si, preferiblemente las temperaturas empleadas son de preferencia de aproximadamente 11,1 a aproximadamente 16,7 °C (de aproximadamente 20 a aproximadamente 30 °F) por debajo de la temperatura utilizada en la consolidation de las capas fibrosas mencionadas anteriormente, o de aproximadamente 11,1 a aproximadamente 16,7 °C (de aproximadamente 20 a aproximadamente 30 °F) por debajo del punto de fusion de las fibras usadas en las capas fibrosas de refuerzo. Las presiones pueden estar por debajo de las utilizadas en la consolidacion de las capas fibrosas, tal como de aproximadamente 0,14 a aproximadamente 3,4 MPa (de aproximadamente 20 a aproximadamente 500 psi). Si se emplea una autoclave, las presiones pueden variar, por ejemplo, de aproximadamente 0,34 a aproximadamente 1,7 MPa (de aproximadamente 50 a aproximadamente 250 psi). Preferiblemente, las capas fibrosas primera y segunda primero se unen entre si (tal como mediante moldeo con presion y calor adecuados), preferiblemente sin adhesivo, antes de adherirse a la capa de ceramica.
Los siguientes ejemplos no limitativos se presentan para proporcionar una comprension mas completa de la invencion. Las tecnicas especificas, condiciones, materiales, proporciones y datos obtenidos que se exponen para demostrar los principios de la invencion son ejemplares y no deben considerarse como limitativos del alcance de la invencion.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 (Comparativo)
Se preparo un panel de ceramica frontal a partir de una loseta de ceramica. La loseta era una ceramica de carburo de silicio (SiC-N, disponible en Cercom Ceramics, y que tiene, segun el fabricante, una densidad voluminica de 3,20 g/cm3, un tamano de grano promedio de 3-5 |jm y una resistencia a la flexion (4-pt MOR a temperatura ambiente) de 586 MPa (85 ksi). Se utilizaron cuatro losetas, cada una con un espesor de 3,68 mm (0,145 pulgadas), una densidad superficial de 12,2 ksm (2,50 psf) y en forma de una placa de 13,34 x 13,34 cm (5,25 x 5,25 pulgadas).
Se formo una capa fibrosa de un compuesto de fibra de polietileno de alto peso molecular de cuatro hojas (SPECTRA SHEILD® PCR de Honeywell Internacional Inc.). Este material era una estructura no tejida orientada unidireccionalmente, con una resina matricial (16 % en peso de Kraton® D1107 copolimero en bloque isopreno-estireno-isopreno disponible en Kraton Polymer LLC). La estructura de 4 hojas incluia hojas individuales que eran hojas cruzadas a 0°/90°/0°/90°. Las fibras de polietileno SPECTRA® tienen una tenacidad de 30 g/d, un modulo de traction de 850 g/d y una energia a la rotura de 45 g/d.
Se corto un total de 42 capas de las fibras preimpregnadas de 4 hojas a un tamano de 30,48 x 30,48 cm (12 x 12 pulgadas) y se apilaron, con cada fibra preimpregnada siendo orientada 90° con respecto a una capa de fibras preimpregnadas adyacente. La pila de fibras preimpregnadas se moldeo a 116 °C (240 °F) a una presion de 10,3 MPa (1500 psi) durante 10 minutos, seguido de enfriamiento. La capa fibrosa de refuerzo tenia una densidad superficial de 10,0 ksm (2,05 psf), un espesor de 10,72 mm (0,422 pulgadas) y un modulo de flexion de 809,6 MPa (117.5 ksi).
Se montaron cuatro placas de ceramica en la capa de tela no tejida de polietileno de alto peso molecular moldeada utilizando una pelicula adhesiva, y la estructura combinada se consolido en una autoclave a 116 °C (240 °F) a una presion de 0,69 MPa (100 psi). La pelicula adhesiva fue un poliuretano alifatico polieter disponible en Stevens Urethane que tiene un intervalo de fusion de 120 a 140 °C, una elongation a la rotura de 450 % y una gravedad especifica de 1,07 g/cc. La densidad superficial total fue de 22.2 ksf (4.55 psf). Despues de sacarlo de la autoclave, el panel completo se envolvio con una tela no tejida de SPECTRA SHIELD® PCR en ambas direcciones, para propositos de prueba. La envoltura del panel permite al material de ceramica retener su integridad (no expulsa componentes desmenuzados) aun despues de varios impactos balisticos.
Se probo el rendimiento balistico del panel de acuerdo con MIL-STD-662E. El proyectil fue una bala Russian Dragnov (7,62 x 54 R LPS), que pesaba 149 granos. Se utilizo un material de arcilla de refuerzo para determinar la deformacion de la cara posterior (Roma Plastilina #1, de 10 cm (4 pulgadas) de espesor). Los resultados se muestran en la Tabla 1, mas adelante.
Ejemplo 2 (Comparativo)
Se repitio el ejemplo 1 utilizando un material de refuerzo fibroso diferente. El material de refuerzo se formo de GOLD SHIELD® RS (de Honeywell Internacional Inc.), que es una estructura orientada unidireccionalmente no tejida de aramida de 4 hojas con una resina matricial (16 % en peso de una resina de poliuretano termoplastico, descrita por su fabricante como una mezcla de copolimero de resinas de poliuretano en agua. La estructura de 4 hojas incluyo hojas individuales que eran hojas cruzadas a 079070790°. Las fibras de aramida tienen un denier de 1000 y una tenacidad de 26 g/d.
Se corto un total de 44 capas de fibras preimpregnadas de 4 hojas al mismo tamano del ejemplo 1 y se apilaron, siendo cada fibra preimpregnada orientada 90° con respecto a una capa de fibras preimpregnadas adyacente. La pila de fibras preimpregnadas se moldeo a 116 °C (240 °F) a una presion de 10,3 MPa (1500 psi) durante 10 minutos, seguido de enfriamiento. La capa de refuerzo fibrosa tenia una densidad superficial de 9,76 ksm (2,00psf), un espesor de 8,23 mm (0,324 pulgadas) y un modulo de flexion de 1095.5 MPa (159.0 ksi).
Se montaron cuatro placas de ceramica en la capa de tela no tejida de aramida moldeada, utilizando la pelicula adhesiva del ejemplo 1, y la estructura combinada se consolido en una autoclave como en el ejemplo 1. La densidad superficial total fue de 21,96 ksf (4,50 psf). El panel completo se envolvio despues con tela no tejida de SPECTRA SHIELI® PCR en ambas direcciones.
Se probaron las propiedades balisticas del panel como en el ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 1, mas adelante.
Ejemplo 3
Se repitio el ejemplo 1, excepto que se utilizo tanto una primera capa fibrosa de polietileno de alto peso molecular como una segunda capa fibrosa de aramida como capas de refuerzo. La capa de polietileno de alto peso molecular se formo a partir de un total de 20 capas de fibras preimpregnadas de polietileno de alto peso molecular de 4 hojas del ejemplo 1, y se utilizo como la primera capa de refuerzo fibrosa. La capa de aramida se formo a partir de un total de 22 capas de fibras preimpregnadas de aramida de 4 hojas del ejemplo 2, y se utilizo como la segunda capa de refuerzo fibrosa.
Las capas combinadas se cortaron al mismo tamano y se apilaron como en el ejemplo 1, junto con las hojas adyacentes de las fibras de polietileno de alto peso molecular y las fibras de aramida se giraron 90° entre si. Las capas combinadas se moldearon en las condiciones del ejemplo 1. Las capas de refuerzo fibrosas combinadas tenian una densidad superficial de 9,86 ksm (2,02 psf), un espesor de 9.50 mm (0,374 pulgadas) y un modulo de flexion de 1457,9 MPa (211,6 ksi).
Se montaron cuatro placas de ceramica en las capas de tela no tejida de polietileno de alto peso molecular moldeada y la capa de tela no tejida de aramida combinadas utilizando la pelicula adhesiva del ejemplo 1, con las capas de polietileno de alto peso molecular adyacentes a las placas de ceramica. La estructura combinada se consolido en una autoclave como en el ejemplo 1. La densidad superficial total fue de 22,05 ksf (4,52 psf). El panel completo se envolvio despues con tela no tejida de SPECTRA SHIELD® PCR en ambas direcciones.
Se probaron las propiedades balisticas del panel como en el ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 1, mas adelante.
Ejemplo 4
Se repitio el ejemplo 3, excepto que se invirtio la disposicion de la capa fibrosa de polietileno de alto peso molecular y la capa fibrosa de aramida, con la capa de aramida formando la primera capa fibrosa (junto a la capa de ceramica) y la capa de polietileno de alto peso molecular formando la segunda capa fibrosa.
Las capas combinadas se cortaron al mismo tamano y se apilaron como en el ejemplo 1, junto con las hojas adyacentes de las fibras de polietileno de alto peso molecular y siendo giradas las fibras de aramida 90° entre si. Las capas combinadas se moldearon en las condiciones del ejemplo 1. Las capas de refuerzo fibrosas combinadas tenian una densidad superficial de 9,86 ksm (2,02 psf), un espesor de 9.42 mm (0,371 pulgadas) y un modulo de flexion de 133,60 MPa (193,9 ksi).
Se montaron cuatro placas de ceramica en las capas de tela no tejida de polietileno de alto peso molecular moldeada y la capa de tela no tejida de aramida combinadas utilizando la pelicula adhesiva del ejemplo 1, con las capas de polietileno de alto peso molecular adyacentes a las placas de ceramica. La estructura combinada se consolido en una autoclave como en el ejemplo 1. La densidad superficial total fue de 22,05 ksf (4,52 psf). El panel completo se envolvio despues con tela no tejida de SPECTRA SHIELD® PCR en ambas direcciones.
Se probaron las propiedades balisticas del panel como en el ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 1, mas adelante.
Tabla 1
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Estos ejemplos demuestran que el producto de ceramica reforzado fibroso de la invencion tiene aproximadamente la misma o mejor resistencia balistica que un material comparativo que se formo unicamente de un tipo de capa de refuerzo fibrosa. Si se comparan los ejemplos 1 y 3, se puede ver que el uso de una capa fibrosa de aramida separada y una capa fibrosa de polietileno de alto peso molecular separada (en donde aproximadamente la mitad de las hojas de aramida son sustituidas por hojas de polietileno de alto peso molecular) producen un panel de resistencia balistica mejorada si se compa con un panel formado de una capa unica de fibras de aramida (teniendo los paneles sustancialmente la misma densidad superficial). Ademas, la deformacion de la cara de refuerzo se mejoro en el ejemplo de la invencion. Si se comparan los ejemplos 2 y 4, se puede ver que el uso de una capa fibrosa de polietileno de alto peso molecular separada y una capa fibrosa de aramida separada (en donde aproximadamente la mitad de las hojas de polietileno de alto peso molecular son sustituidas por hojas de aramida) producen del mismo modo un panel balistico mejorado si se compara con un panel formado unicamente de una sola capa de fibras de polietileno de alto peso molecular (teniendo los paneles sustancialmente la misma densidad superficial). En este caso, la deformacion de la cara de refuerzo es practicamente similar.
Por consiguiente, se puede ver que la presente invencion proporciona un panel de ceramica que esta formado de al menos dos capas fibrosas que tienen diferentes composiciones de fibra, y sin embargo la resistencia balistica no se ve afectada. De hecho, la resistencia balistica aumenta cuando se mide mediante la propiedad V50. Esto significa que es posible sustituir un refuerzo de ceramica de una capa unica de fibras de alta tenacidad por dos capas de diferentes fibras de alta tenacidad (sustancialmente con la misma densidad superficial) y lograr el rendimiento balistico requerido. Por lo mismo, cuando un material fibroso escasea es posible sustituir una parte considerable de ese material por otro material fibroso de alta tenacidad y aun lograr las propiedades deseadas. Esto aumenta grandemente la flexibilidad a la hora de fabricar y suministrar paneles para muchas aplicaciones criticas.
Los paneles de esta invencion son particularmente utiles para resistencia balistica de vehuculos terrestres y aviones. Tambien son utiles como insertos para armaduras para el cuerpo humano, tal como chalecos y cascos, en dispositivos fijos, asi como en aplicaciones de seguridad nacional.
Tras haberse descrito la invencion en detalle, se entendera que no es necesario cenirse estrictamente a ese detalle, sino que se pueden sugerir otros cambios y modificaciones a las personas expertas en la tecnica, estando todo dentro del ambito de aplicacion de la invencion, como se define en las reivindicaciones que se acompanan.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Panel de resistencia balistica, comprendiendo el panel:
una capa de ceramica frontal que tiene una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior;
una primera capa fibrosa que comprende una red de un primer tipo de fibras de alta tenacidad y que comprende una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior, siendo dicha superficie orientada hacia el exterior de dicha primera capa fibrosa adyacente a dicha superficie orientada hacia el interior de dicha capa de ceramica, y
una segunda capa fibrosa que comprende una red de un segundo tipo de fibras de alta tenacidad y que comprende una superficie orientada hacia el exterior y una superficie orientada hacia el interior, siendo dicha superficie orientada hacia el exterior de dicha segunda capa fibrosa adyacente a dicha superficie orientada hacia el interior de dicha primera capa fibrosa;
teniendo dicho primer tipo de fibras de alta tenacidad una composition diferente de la composition de dicho segundo tipo de fibras de alta tenacidad;
siendo dicha primera capa fibrosa mas rigida que dicha segunda capa fibrosa, en el que dicha primera capa fibrosa comprende fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de aramida, y dicha segunda capa fibrosa comprende fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras de polietileno de alto peso molecular y fibras de aramida, y
en el que dicho polietileno de alto peso molecular tiene un peso molecular medio en peso de al menos 150.000; y
en el que dichas fibras de alta tenacidad tienen una tenacidad igual o superior a aproximadamente 7 g/d; en el que dicho panel tiene una resistencia balistica que es sustancialmente equivalente o superior a la resistencia balistica de una construction de panel de ceramica comparable que tiene una unica capa fibrosa que comprende el mismo tipo de fibras de alta tenacidad que dicho primer o segundo tipo de fibras de alta tenacidad, teniendo dicha unica capa fibrosa una densidad superficial que es sustancialmente la misma que la densidad superficial combinada de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa.
2. Panel segun la reivindicación 1, en el que dicha primera capa fibrosa tiene un modulo de flexion que es al menos aproximadamente un 5 % mayor que el modulo de flexion de dicha segunda capa fibrosa, preferiblemente al menos aproximadamente un 15 % mayor que el modulo de flexion de dicha segunda capa fibrosa, mas preferiblemente al menos aproximadamente un 25 % mayor que el modulo de flexion de dicha segunda capa fibrosa, en el que el modulo de flexion se determina de acuerdo con la norma ASTM D790 a temperatura ambiente.
3. Panel segun la reivindicación 1, en el que dichos tipos primero y segundo de fibras de alta tenacidad tienen tenacidades de al menos aproximadamente 22 g/d, preferiblemente en el que dichos tipos primero y segundo de fibras de alta tenacidad tienen tenacidades de al menos aproximadamente 28 g/d.
4. Panel segun la reivindicación 1, en el que al menos una de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa tiene forma de red de fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente con una matriz de resina.
5. Panel segun la reivindicación 4, en el que dicha resina comprende de 5 a 40 por ciento en peso de dicha al menos una de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa.
6. Panel segun la reivindicación 4, en el que dicha al menos una de dichas capas fibrosas primera y segunda comprende una pluralidad de hojas individuales que estan orientadas una con respecto a otra, preferiblemente en el que cualquiera de dichas hojas esta orientada en un angulo de 90° con respecto a hojas adyacentes, o en el que ambas de las mencionadas capas fibrosas primera y segunda comprenden una pluralidad de hojas individuales que estan orientadas una con respecto a otra.
7. Panel segun la reivindicación 1, en el que tanto la primera capa fibrosa como la segunda capa fibrosa mencionadas tienen forma de red de fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente con una matriz de resina, o en el que al menos una de dichas capas fibrosas primera y segunda tiene la forma de una tela tejida con una matriz de resina.
8. Panel segun la reivindicación 1, en el que cada una de dichas capas fibrosas primera y segunda comprende una pluralidad de hojas individuales que estan orientadas unas con respecto a otras, y el numero de hojas varia de 2 a 200.
9. Panel segun la reivindicación 1, en el que dicha primera capa fibrosa comprende fibras de aramida y dicha segunda capa fibrosa comprende fibras de polietileno de alto peso molecular.
10. Panel segun la reivindicación 1, en el que dicha capa de ceramica comprende un material de ceramica seleccionado del grupo que consiste en nitruros, boruros, carburos y oxidos metalicos y no metalicos, y mezclas de estos.
11. Panel segun la reivindicación 1, en el que dicha capa de ceramica comprende un material de ceramica seleccionado del grupo que consiste en carburo de silicio, oxido de silicio, nitruro de silicio, carburo de boro, nitruro de boro, diboruro de titanio, alumina y oxido de magnesio, y mezclas de estos, preferiblemente en el que dicha capa de ceramica comprende carburo de silicio.
12. Panel segun la reivindicación 1, que comprende ademas una tercera capa fibrosa interpuesta entre dicha primera capa fibrosa y dicha capa de ceramica, preferiblemente en el que dichas fibras de dicha tercera capa fibrosa se seleccionan del grupo que consiste en fibra de vidrio y fibras de grafito.
13. Panel segun la reivindicación 1, que comprende ademas al menos una capa de una pelicula de plastico.
14. Panel de resistencia balistica segun la reivindicación 1, en el que:
dicha capa de ceramica comprende carburo de silicio;
teniendo cada una de dichas capas fibrosas primera y segunda forma de red de fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente con una matriz de resina; y
teniendo dicha primera capa fibrosa un modulo de flexion que es al menos aproximadamente un 15 % mayor que el modulo de flexion de dicha segunda capa fibrosa, en el que el modulo de flexion se determina de acuerdo con la norma ASTM D790 a temperatura ambiente.
15. Panel segun la reivindicación 14, en el que dicha matriz de resina es una resina de poliuretano termoplastico cuando dichas fibras son fibras de aramida y dicha matriz de resina es un copolimero en bloque de estireno-isopreno-estireno cuando dichas fibras son fibras de polietileno de alto peso molecular, de preferencia en el que la relacion del espesor de dicha primera capa fibrosa al espesor de dicha segunda capa fibrosa es de aproximadamente 1.5:1 a aproximadamente 1:1.5, mas preferiblemente en el que el denier de dicho primer tipo de las fibras de alta tenacidad y el denier de dicho segundo tipo de fibras de alta tenacidad es de 50 a 3000, mas preferiblemente en el que dicha primera capa fibrosa se adhiere a dicha capa de ceramica mediante una pelicula adhesiva.
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