ES2868192T3 - Panel resistente balístico - Google Patents

Abstract

Panel resistente balístico que comprende - una cara de impacto inorgánica con un espesor de al menos 1 mm, comprendiendo la cara de impacto una o más de una lámina de metal y una lámina de un material cerámico, - un artículo moldeado resistente balístico por debajo de la cara de impacto, comprendiendo el artículo moldeado una capa basada en HDPE que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un polietileno de densidad alta (HDPE en inglés) como material de matriz.

Description

DESCRIPCIÓN

Panel resistente balístico

La presente invención se refiere a un panel resistente balístico y a un método para la fabricación del mismo.

Los artículos resistentes balísticos son conocidos en la técnica.

El documento WO2009/109632 describe un artículo moldeado resistente balístico que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo y un material de matriz orgánico, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, en donde las cintas tienen un ancho de al menos 2 mm y una relación de ancho respecto a espesor de al menos 10:1, comprendiendo la pila el 0,2-8 % en peso de un material de matriz orgánico. Las cintas de refuerzo son preferiblemente cintas de polietileno de peso molecular muy alto.

Para lograr un rendimiento balístico de alta resistencia, el artículo moldeado se puede combinar con una cara de impacto inorgánica, p. ej., una placa de metal o material cerámico.

Se ha descubierto que, en los paneles balísticos de alta resistencia que comprenden una cara de impacto inorgánica en combinación con un artículo moldeado resistente balístico que comprende cintas de polietileno, a veces resulta necesaria una mejora de las propiedades del panel, en particular, en lo que respecta a la mejora de la deformación de la cara trasera. La presente invención proporciona una solución a este problema.

La presente invención se refiere a un panel resistente balístico según la reivindicación 1, que comprende

- una cara de impacto inorgánica con un espesor de al menos 1 mm, comprendiendo la cara de impacto una o más de una lámina de metal y una lámina de un material cerámico

- un artículo moldeado resistente balístico por debajo de la cara de impacto, comprendiendo el artículo moldeado una capa basada en HDPE que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un polietileno de densidad alta (HDPE en inglés) como material de matriz.

Se ha descubierto que la combinación de una cara de impacto inorgánica y un artículo moldeado resistente balístico que comprende una capa basada en HDPE como material de matriz da como resultado un panel resistente balístico con una deformación de la cara trasera mejorada. Además, se ha visto que el rendimiento balístico del panel según la invención se mantiene a temperaturas más altas. A continuación, se analizarán propiedades ventajosas adicionales del panel.

Cabe destacar que el documento WO2009/109632 describe un artículo moldeado resistente balístico que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cuerpos alargados de refuerzo y un material de matriz orgánico. Los cuerpos alargados son, por ejemplo, cintas de polietileno. Se mencionan muchos materiales de matriz posibles. En los ejemplos, se usa Prinlin B7137AL, que es una resina acuosa de estireno-isopreno-estireno.

Además, el documento WO 2009/141276 describe un laminado con fines antibalísticos que comprende las cintas poliméricas colocadas unidireccionalmente con un módulo E de una cinta polimérica individual de al menos 50 GPa y un peso por metro cuadrado del laminado por encima de 150 g. De nuevo, se mencionan muchos materiales de matriz posibles. En el ejemplo, no se especifica ningún material de matriz.

El documento WO 2009/056287 describe una lámina de material que comprende un tejido tejido de cintas unidireccionales de polímero estirado, en donde el ancho de una cinta varía menos del 2 % en promedio en la dirección longitudinal de la cinta. Se menciona la posibilidad de usar un aglutinante, pero no se proporciona ninguna información sobre aglutinantes específicos. En el ejemplo, no parece que se hayan usado aglutinantes.

Ninguna de estas referencias describe la combinación específica de una cara de impacto inorgánica y un artículo moldeado resistente balístico que comprende una capa basada en HDPE como material de matriz. Además, ninguna de estas referencias, solas o en combinación, sugiere que el panel resistente balístico específico de la invención mostraría una deformación de cara trasera mejorada y un rendimiento mejorado a temperaturas más altas.

El panel resistente balístico según la invención se analizará con más detalle a continuación.

El panel resistente balístico según la invención comprende una cara de impacto inorgánica con un espesor de al menos 1 mm, comprendiendo la cara de impacto una o más de una lámina de metal y una lámina de un material cerámico.

La cara de impacto inorgánica tiene, generalmente, un espesor entre 1 mm y 25 mm, dependiendo del nivel de amenaza. En una realización, la cara de impacto inorgánica tiene un espesor en el intervalo de 1-15 mm, en algunas realizaciones, de 4-10 mm. En otra realización, la cara de impacto inorgánica tiene un espesor de 10-25 mm.

Las láminas de metal adecuadas para su uso en la cara de impacto usada en la invención incluyen láminas que comprenden acero y/o titanio.

Los materiales cerámicos adecuados para su uso en la cara de impacto usada en la invención incluyen óxido de aluminio, carburo de boro, carburo de silicio, óxido de berilio y combinaciones de los mismos, tales como carburo de boro mezclado con carburo de silicio.

En las láminas de cerámica, la cara de impacto tiene, generalmente, una dureza de al menos 1.000 kg/mm2, en particular de al menos 1.400 kg/mm2. En las láminas de metal, la cara de impacto tiene, generalmente, una dureza Brinell de 250, preferiblemente 350.

El panel resistente balístico según la invención comprende, además, un artículo moldeado resistente balístico por debajo de la cara de impacto. Como resultará evidente para el experto en la técnica, la expresión "por debajo" está destinada a referirse al lado de la cara de impacto opuesto al lado desde el que se espera el impacto balístico.

El artículo moldeado resistente balístico por debajo de la cara de impacto comprende una capa basada en HDPE que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un polietileno de densidad alta (HDPE) como material de matriz.

Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión capa basada en HDPE se refiere a una capa que comprende láminas que comprenden cintas de refuerzo y un polietileno de densidad alta (HDPE) como matriz. El contenido de matriz de esta capa puede variar, p. ej., entre el 0,2 y el 20 % en peso. El contenido de matriz óptimo se determina, por un lado, mediante la cantidad de HDPE requerida para proporcionar buenas propiedades de deslaminación. Por otro lado, la cantidad de matriz no debe ser mayor que la que se requiere para obtener este efecto, ya que el exceso de matriz no contribuye sustancialmente a las propiedades balísticas del panel. Se puede preferir que la cantidad de material de matriz de HDPE en esta capa se encuentre en el intervalo del 0,2 al 15 % en peso, más en particular en el intervalo del 0,2-10 % en peso, todavía más en particular en el intervalo del 0,2 al 4 % en peso.

El HDPE usado en la capa basada en HDPE tiene, generalmente, una densidad en el intervalo de 0,925 a 0,970 g/cm3m, determinada de acuerdo con la ASTM D792. Los materiales con una densidad en el extremo inferior de este intervalo a veces se comercializan con la marca MDPE. Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, estos se consideran HDPE.

El HDPE tiene, generalmente, un peso molecular Mw en el intervalo de 1 ■ 10A4 a 1 ■ 10A8 g/mol, en particular de 1 ■ 10A5 a 1-10A7 g/mol.

La matriz de HDPE usada en la presente invención es un material isotrópico y, por ello, se puede distinguir de las cintas de polietileno de peso molecular muy alto de refuerzo, que son anisotrópicas, ya que, en las cintas, el polímero está predominantemente en una dirección de la cinta.

Esto se puede observar, p. ej., a partir de la relación entre la resistencia del material en una primera dirección y la resistencia del material en una dirección perpendicular a la misma. En la matriz de HDPE, que es un material isotrópico, la relación entre la resistencia del material determinada en la dirección donde su resistencia es la más alta (dirección de la máquina) y la resistencia en la dirección perpendicular a la misma es, generalmente, como máximo, de 5:1. Por el contrario, en las cintas, la relación entre la resistencia del material determinada en la dirección donde su resistencia es la más alta (dirección de la máquina) y la resistencia en la dirección perpendicular a la misma es, generalmente, de al menos 50:1. Este parámetro se puede determinar, p. ej., a partir de la tenacidad de rotura, como se determina de acuerdo con la ^{A S t M - D} 7744-11.

Cabe destacar que resulta posible que la capa basada en HDPE también abarque otros tipos de material de matriz. Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, una capa se indicará como capa basada en HDPE si, de la matriz presente en esta capa, al menos el 60 % en peso es HDPE. Por razones de eficacia de fabricación y por el efecto a obtener, se prefiere que la matriz presente en la capa basada en HDPE comprenda al menos el 70 % en peso de HDPE, preferiblemente al menos el 80 % en peso, más preferiblemente al menos el 90 % en peso.

En una realización, en el panel resistente balístico según la invención, el artículo moldeado comprende, además, una capa basada en elastómero que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un elastómero termoplástico como material de matriz, estando presente el material de matriz de elastómero termoplástico en una cantidad del 0,2-8 % en peso. Esta capa basada en elastómero comprende, por tanto, cintas de refuerzo y un elastómero termoplástico como matriz. En esta realización, el artículo moldeado resistente balístico del panel según la invención comprende, por tanto, dos capas con diferentes tipos de materiales de matriz.

Se ha descubierto que la combinación de una capa que comprende HDPE como matriz con una capa que comprende un elastómero termoplástico como matriz da como resultado un artículo que combina una alta resistencia al impacto con una integridad constructiva mejorada del artículo y una deformación de cara trasera dinámica y estática reducida tras el impacto. En particular, el uso de esta combinación de capas garantiza que el artículo moldeado también muestre un buen rendimiento a temperaturas extremas, p. ej., -50 °C o 70 °C o 90 °C. El artículo moldeado también muestra una buena resistencia al pelado y buenas propiedades de procesamiento, siendo, en particular, más fácil de perforar o cortar.

En la capa basada en elastómero, el contenido de matriz se encuentra entre el 0,2 y el 8 % en peso, calculado sobre el total de cintas y material de matriz orgánico. El uso de más del 8 % en peso de material de matriz conduce a una disminución del rendimiento balístico del artículo con el mismo peso de área. Por otro lado, se descubrió que, si no se usa de ninguna manera ningún material de matriz en esta capa, las propiedades de deslaminación del artículo serán inaceptables. Se puede preferir que el material de matriz de elastómero termoplástico esté presente en una cantidad de al menos el 1 % en peso, más en particular en una cantidad de al menos el 2 % en peso, en algunos casos de al menos el 2,5 % en peso. En algunas realizaciones, se puede preferir que el material de matriz esté presente en una cantidad de, como máximo, el 7 % en peso, a veces de, como máximo, el 6,5 % en peso.

Los elastómeros termoplásticos (TPE en inglés), a veces denominados cauchos termoplásticos, que se usan como matriz en la capa basada en elastómero del artículo moldeado del panel según la invención son una clase de copolímeros o una mezcla física de polímeros (normalmente, un plástico y un caucho) que consiste en materiales con propiedades tanto termoplásticas como elastoméricas, es decir, estos muestran un flujo de plástico por encima de su Tg (temperatura de transición vítrea), Tm (punto de fusión) o Ts (punto de reblandecimiento) (comportamiento termoplástico) y propiedades de elasticidad por debajo del punto de reblandecimiento. En una realización, el material tiene un alargamiento a la rotura de al menos el 100 %, en particular de al menos el 200 %. El límite superior no es crucial para la presente invención. En general, se puede mencionar un valor del 600 %. Preferiblemente, el alargamiento a la rotura del elastómero es más alto que el alargamiento a la rotura de la fibra o cinta que se puede fabricar a partir de la composición de la presente invención, como se analizará con más detalle a continuación. En una realización, el elastómero termoplástico tiene un módulo de tracción (a 25 °C) de 40 MPa como máximo (ASTM D7744-11).

Los elastómeros termoplásticos adecuados incluyen poliuretanos, polivinilos, poliacrilatos, copolímeros de bloques y mezclas de los mismos. En una realización, el elastómero termoplástico es un copolímero de bloques de estireno y un comonómero de alfa-olefina. Los comonómeros adecuados incluyen alfa-olefinas C2-C12, tales como etileno, propileno, butadieno e isopreno. El uso de polímero de poliestireno - polibutadieno - poliestireno o poliestireno -isopreno - poliestireno se considera preferido en este momento determinado. Este tipo de polímeros están disponibles en el mercado, p. ej., con el nombre comercial Kraton o Styroflex.

Se entiende que el elastómero termoplástico y el HDPE, como se describen en la presente memoria, no son el mismo polímero. En particular, el HDPE no tiene las propiedades características del elastómero termoplástico y viceversa. El HDPE, generalmente, no se comporta como los elastómeros termoplásticos, aunque este contenga pequeñas cantidades de otros monómeros o polímeros.

Cabe destacar que resulta posible que la capa basada en elastómero abarque también otros tipos de material de matriz. Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, una capa se indicará como capa basada en elastómero si, de la matriz presente en esta capa, al menos el 60 % en peso es elastómero. Por razones de eficacia de fabricación y por el efecto a obtener, se prefiere que la matriz presente en la capa basada en elastómero comprenda al menos el 70 % en peso de elastómero termoplástico, preferiblemente al menos el 80 % en peso, más preferiblemente al menos el 90 % en peso. Por supuesto, se puede usar un tipo individual de elastómero o combinaciones de diferentes elastómeros.

Tanto la capa basada en HDPE como, si está presente, la capa basada en elastómero comprenden láminas que comprenden cintas de refuerzo y una matriz.

Dentro de la presente memoria descriptiva, el término lámina se refiere a una lámina individual que comprende cintas, lámina que se puede combinar individualmente con otras láminas correspondientes. La lámina puede comprender o no un material de matriz, como se aclarará a continuación.

En un ejemplo, el material de matriz se proporciona dentro de las propias láminas, donde este sirve para adherir las cintas entre sí.

En otro ejemplo, el material de matriz se proporciona sobre la lámina, donde este actúa como pegamento o aglutinante para adherir la lámina a láminas adicionales dentro de las pilas. Obviamente, también se prevé la combinación de estos dos ejemplos.

En un ejemplo, las propias láminas contienen cintas de refuerzo y un material de matriz.

Las láminas de este tipo se pueden fabricar, por ejemplo, de la siguiente manera. En una primera etapa, las cintas se proporcionan en una capa y, a continuación, se proporciona un material de matriz sobre la capa en tales condiciones que el material de matriz hace que las cintas se adhieran entre sí. Este ejemplo es particularmente atractivo cuando el material de matriz está en forma de una película. En un ejemplo, las cintas se proporcionan en una disposición paralela.

En un ejemplo adicional, las láminas de este tipo también se pueden fabricar mediante un proceso en el que se proporciona una capa de cintas, se aplica una capa de un material de matriz sobre las cintas y se aplica una capa adicional de cintas por encima de la matriz. En un ejemplo, la primera capa de cintas abarca cintas dispuestas en paralelo y la segunda capa de cintas está dispuesta en paralelo a las cintas en la primera capa, pero desplazada respecto a las mismas. En otro ejemplo, la primera capa de cintas está dispuesta en paralelo y la segunda capa de cintas está dispuesta transversalmente sobre la primera capa de cintas.

En un ejemplo, la provisión del material de matriz se efectúa mediante la aplicación de una o más películas de material de matriz a la superficie, la parte inferior o ambos lados del plano de las cintas y, a continuación, haciendo que las películas se adhieran a las cintas, p. ej., mediante el paso de las películas junto con las cintas, a través de uno o más rodillos de presión calentados.

En un ejemplo, la capa de cintas está provista de una cantidad de una sustancia líquida que contiene el material de matriz. La ventaja de esto es que se logra un recubrimiento o una humectación de superficie más rápida y mejor de las cintas. La sustancia líquida puede ser, por ejemplo, una solución, una dispersión o una masa fundida del material de matriz. Si se usa una solución o una dispersión del material de matriz en la fabricación de la lámina, el proceso también comprende evaporar el disolvente o dispersante. Esto se puede realizar, por ejemplo, mediante el uso de un material de matriz orgánico de viscosidad muy baja en la humectación de las superficies de cinta en la fabricación de la lámina. Si así se desea, el material de matriz se puede aplicar a una presión reducida (al vacío).

En un ejemplo, el material de matriz se aplica en forma de un polvo, que se adhiere a las láminas mediante calor o presión o una combinación de ambos.

En caso de que la lámina en sí no contenga un material de matriz, la lámina se puede fabricar mediante las etapas de provisión de una capa de cintas y, cuando sea necesario, de adherencia de las cintas entre sí mediante la aplicación de calor y presión. En un ejemplo de este ejemplo, las cintas se superponen entre sí al menos parcialmente y, a continuación, se comprimen para adherirse entre sí.

Otro ejemplo en donde las láminas pueden estar libres de matriz es cuando las láminas se fabrican mediante el tejido de cintas, ya sea con otras cintas o con un hilo de unión.

A continuación, el material de matriz se aplicará sobre las láminas para adherir las láminas entre sí durante la fabricación del material balístico. El material de matriz se puede aplicar en forma de una película o en forma de un material líquido, como se ha analizado anteriormente, para su aplicación sobre las propias cintas. También resulta posible aplicar la matriz en forma de un polvo.

En un ejemplo, el material de matriz se aplica en forma de una banda, en donde una banda es una película de polímero discontinua, es decir, una película de polímero con agujeros. Esto permite la provisión de materiales de matriz de pesos bajos. Se pueden aplicar bandas durante la fabricación de las láminas, pero también entre las láminas.

En otro ejemplo, el material de matriz se aplica en forma de tiras, hilos, polvo, pellas o fibras de material de polímero, este último, por ejemplo, en forma de un hilo tejido o no tejido de una banda de fibras u otra trama fibrosa polimérica. De nuevo, esto permite la provisión de materiales de matriz de pesos bajos. Las tiras, los hilos, el polvo, las pellas o las fibras se pueden aplicar durante la fabricación de las láminas, pero también entre las láminas.

En un ejemplo adicional, el material de matriz se aplica en forma de un material líquido, como se ha descrito anteriormente, donde el material líquido se puede aplicar de manera homogénea sobre toda la superficie del plano del cuerpo alargado o de la lámina, según sea el caso. Sin embargo, también resulta posible aplicar el material de matriz en forma de un material líquido de manera no homogénea sobre la superficie del plano del cuerpo alargado o de la lámina, según sea el caso. Por ejemplo, el material líquido se puede aplicar en forma de puntos o rayas o en cualquier otro patrón adecuado.

En diversos ejemplos, el material de matriz se distribuye de manera no homogénea sobre las láminas. En un ejemplo, el material de matriz se distribuye de manera no homogénea dentro de la pila comprimida. En este ejemplo, se puede proporcionar más material de matriz allí donde la pila comprimida encuentra la mayoría de las influencias del exterior que pueden afectar negativamente a las propiedades de la pila.

Como se ha indicado anteriormente, en una realización, el artículo moldeado resistente balístico usado en el panel según la invención comprende una capa basada en HDPE y una capa basada en elastómero. Si así se desea, el artículo puede comprender más de una capa basada en HDPE y/o más de una capa basada en elastómero.

En una realización, el artículo moldeado comprende una capa basada en HDPE en o cerca de la cara trasera del artículo, en donde la cara trasera es la cara opuesta al lado de la cara de impacto, que es el lado desde el que se espera el impacto y donde se localiza la cara de impacto inorgánica. Se espera que la presencia de la capa basada en HDPE en o cerca de la cara trasera del artículo ayude a prevenir la deslaminación y fragmentación del artículo. Además, se mantiene la retención de la estructura interna.

En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión "en la cara trasera" significa que el punto más bajo de la capa en cuestión se encuentra dentro del 5 %, determinado sobre la sección transversal del artículo, de la parte inferior del artículo en cuestión, preferiblemente dentro del 3 %, en particular al 0 % (por tanto, en el lado externo del artículo, sin contar las capas que no comprenden cintas de refuerzo y matriz, p. ej., las capas de cubierta). En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión "cerca de la cara trasera" significa que el punto más bajo de la capa en cuestión se encuentra entre el 5 y el 20 %, determinado sobre la sección transversal del artículo, de la parte inferior del artículo en cuestión.

En otra realización, el artículo moldeado comprende una capa basada en HDPE en o cerca del lado de la cara de impacto del artículo.

En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión "en el lado de la cara de impacto" significa que el punto más alto de la capa en cuestión se encuentra dentro del 5 % de la parte delantera del artículo moldeado en cuestión, determinado sobre la sección transversal del artículo, preferiblemente dentro del 3 %, en particular al 0 % (por tanto, en el lado externo del artículo, sin contar las capas que no comprenden cintas de refuerzo y matriz, p. ej., las capas de cubierta).

En el contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión "cerca del lado de la cara de impacto" significa que el punto más alto de la capa en cuestión se encuentra entre el 5 y el 20 % de la parte delantera del artículo en cuestión, determinado sobre la sección transversal del artículo.

En una realización adicional, el artículo comprende una capa basada en HDPE en o cerca del lado de la cara de impacto del artículo y una capa basada en HDPE en o cerca de la cara trasera del artículo. En esta realización, estará presente una capa basada en elastómero entre las capas basadas en HDPE.

En un ejemplo adicional, el artículo comprende una capa basada en elastómero en o cerca de la cara de impacto del artículo y una capa basada en elastómero en o cerca de la cara trasera del artículo. En un ejemplo, el artículo con esta estructura es un casco. En este ejemplo, estará presente una capa basada en HDPE entre las capas basadas en elastómero. Este ejemplo puede resultar atractivo cuando se desee un sistema con una rigidez muy alta.

Como resultará evidente para el experto en la técnica, los sistemas con más de tres capas, p. ej., 4, 5, 6 o incluso más, también se pueden fabricar, si así se desea.

El artículo moldeado resistente balístico según la invención puede ser plano, de una sola curva, de doble curva o de múltiples curvas. Los ejemplos incluyen paneles, p. ej., para su uso en vehículos y helicópteros, escudos y cascos.

En un ejemplo, el panel según la invención cumple los requisitos de una o más de las normas NIJ de nivel de amenaza III, NIJ de III+, NIJ de IV, Stanag 4569 y AEP 55.

En un ejemplo, el artículo moldeado resistente balístico según la invención es un casco que cumple los requisitos de la clase NIJ III y superiores de la norma NIJ (0106.01, del tipo de munición AK 47MSC y SS109). En este ejemplo, se prefiere un espesor de cara de impacto inorgánica de 1 a 5 mm. Este rendimiento balístico va acompañado preferiblemente de un peso de área bajo, en particular, una masa por área de, como máximo, 20 kg/m2, más en particular de, como máximo, 15 kg/m2, incluso más en particular de, como máximo, 11 kg/m2. En otro ejemplo, se cumplen los requisitos del nivel de amenaza de la clase NIJ IV de la dicha Norma. En este ejemplo, se prefiere un espesor de cara de impacto inorgánica de 4 a 10 mm. Este rendimiento balístico va acompañado preferiblemente de un peso de área bajo, en particular, una masa por área de, como máximo, 40 kg/m2, más en particular de, como máximo, 35 kg/m2, incluso más en particular de, como máximo, 30 kg/m2.

Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, las capas son paralelas a la superficie externa principal (es decir, la más grande) del artículo. Se prefiere que las diversas capas del artículo se extiendan a lo largo de sustancialmente todo el artículo, ya que se cree que esto proporciona las mejores propiedades posibles. Por supuesto, resulta posible que, p. ej., en los bordes del artículo, no estén presentes una o más de las capas, pero se prefiere que tanto una capa basada en HDPE como una capa basada en elastómero estén presentes en al menos el 75 %, preferiblemente al menos el 85 %, más preferiblemente al menos el 90 % del panel, determinado desde una perspectiva superior o inferior.

La composición del artículo moldeado usado en el panel según la invención puede variar dentro de amplios intervalos, dependiendo de las propiedades requeridas del artículo resultante.

En un ejemplo, el artículo comprende únicamente capas basadas en HDPE. En los casos en los que el artículo también comprende capas basadas en elastómero, estas están presentes, generalmente, en una cantidad del 5-95 % en peso, estando también presentes las capas basadas en HDPE en una cantidad del 5-95 % en peso. En un ejemplo, el artículo comprende al menos el 50 % en peso de capas basadas en HDPE.

Pueden estar presentes capas que comprendan cintas de refuerzo y otros materiales de matriz, pero su presencia opcional no resta valor a la preferencia por los intervalos dados anteriormente. En un ejemplo, la/s capa/s basada/s en HDPE y la/s capa/s basada/s en elastómero constituyen al menos el 70 % en peso del artículo, preferiblemente al menos el 80 % en peso, más preferiblemente al menos el 90 % en peso (porcentajes calculados sobre capas que comprenden cintas de refuerzo).

Dependiendo del uso final, el nivel de amenaza esperado y el espesor de las láminas individuales, el número de láminas en la pila en el artículo resistente balístico según la invención es, generalmente, de al menos 10, en particular de al menos 20. El número de láminas es, generalmente, de, como máximo, 500, en particular de, como máximo, 400.

Son posibles diversas configuraciones de lámina. En un ejemplo, una lámina comprende una capa individual de cintas paralelas, en donde las cintas no se superponen ni se superponen en un grado muy limitado. En otro ejemplo, una lámina comprende una primera capa de cintas paralelas y una segunda capa de cintas paralelas por encima de la primera capa de cintas paralelas, en donde las cintas de la segunda capa son paralelas a las cintas de la primera capa, pero desplazadas respecto a las mismas. Si así se desea, se puede proporcionar una tercera, e incluso una cuarta, capa de cintas paralelas, en cada caso, paralelas a las cintas de la capa anterior, pero desplazadas respecto a las mismas. En este ejemplo, se prefiere, generalmente, que la lámina comprenda dos o tres capas de cintas paralelas, en particular, dos capas de cintas paralelas. En un ejemplo adicional, la lámina comprende cintas tejidas. Aunque resulta posible combinar diferentes configuraciones de lámina dentro del mismo panel, se puede preferir, por razones de eficacia del proceso, que las diferentes láminas dentro del panel tengan la misma configuración. Por ejemplo, el artículo moldeado puede comprender una pila comprimida de láminas, en donde las láminas comprenden una capa individual de cintas paralelas que no se superponen y en donde la dirección de las cintas en una segunda lámina se rota con respecto a la dirección de las cintas en la lámina adyacente. En un ejemplo adicional, el artículo moldeado puede comprender una pila comprimida de láminas, en donde las láminas comprenden una primera capa de cintas paralelas y una segunda capa de cintas paralelas por encima de la primera capa de cintas paralelas, en donde las cintas de la segunda capa son paralelas a las cintas de la primera capa, pero desplazadas respecto a las mismas, y en donde la dirección de las cintas en una segunda lámina se rota con respecto a la dirección de las cintas en la lámina adyacente.

En la presente invención, la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional. Esto significa que, en la pila en su conjunto, las cintas están orientadas en diferentes direcciones.

En un ejemplo de la presente invención, las cintas de una lámina están orientadas unidireccionalmente y la dirección de las cintas de una lámina se rota con respecto a la dirección de las cintas de otras láminas de la pila, más en particular con respecto a la dirección de las cintas en láminas adyacentes. Se obtienen buenos resultados cuando la rotación total dentro de la pila es de al menos 45 grados. Preferiblemente, la rotación total dentro de la pila asciende a aproximadamente 90 grados. En un ejemplo, la pila comprende láminas adyacentes en donde la dirección de las cintas en una lámina es perpendicular a la dirección de las cintas en láminas adyacentes.

El panel resistente balístico según la invención, que comprende una cara de impacto inorgánica y un artículo moldeado resistente balístico, se puede fabricar mediante diversos métodos.

En una realización, se fabrica un artículo moldeado resistente balístico y, a continuación, se combina con la cara de impacto inorgánica. En otra realización, el panel resistente balístico se fabrica en una etapa individual.

Por tanto, en una realización de la presente invención, se fabrica un panel resistente balístico según la invención mediante un método según la reivindicación 12, que comprende las etapas de

- fabricar un artículo moldeado resistente balístico mediante el apilamiento de láminas que comprenden cintas de refuerzo de tal manera que la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional para formar una pila de láminas, en donde la pila de láminas comprende un polietileno de densidad alta (HDPE) como material de matriz, y la compresión de la pila de láminas para formar un artículo moldeado resistente balístico, y

- combinar el artículo moldeado resistente balístico con una cara de impacto inorgánica para formar un panel resistente balístico.

El artículo moldeado resistente balístico se puede fabricar mediante métodos usados en la técnica, p. ej., como se describe en el documento WO2009/109632. Los métodos adecuados incluyen la fabricación de láminas, el apilamiento de las láminas de tal manera que la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional y la compresión de la pila, en donde se garantiza, durante la fabricación, que se obtengan la estructura de capas y el contenido de matriz del artículo. Para esto, se hace referencia a lo que se ha indicado anteriormente. La compresión se puede realizar a presión, p. ej., de al menos 0,5 MPa. La compresión también se puede realizar al vacío.

En los casos en los que resulta necesario, la temperatura durante la compresión se selecciona de tal manera que el material de matriz se lleva por encima de su punto de reblandecimiento o fusión, si esto resulta necesario, para que la matriz ayude a adherir las cintas y/o las láminas entre sí. La compresión a una temperatura elevada está destinada a significar que el artículo moldeado se somete a la presión dada durante un tiempo de compresión particular a una temperatura de compresión por encima del punto de reblandecimiento o fusión del material de matriz orgánico y por debajo del punto de reblandecimiento o fusión de las cintas.

El tiempo de compresión y la temperatura de compresión requeridos dependen de la naturaleza de la cinta y del material de matriz y del espesor del artículo moldeado y se pueden determinar fácilmente por parte del experto en la técnica.

Cuando la compresión se lleva a cabo a temperatura elevada, se puede preferir que el enfriamiento del material comprimido tenga lugar también a presión. El enfriamiento a presión está destinado a significar que la presión mínima dada se mantiene durante el enfriamiento al menos hasta que se alcanza una temperatura tan baja que la estructura del artículo moldeado ya no se puede relajar más a presión atmosférica. Está dentro del alcance del experto en la técnica determinar esta temperatura sobre una base de caso por caso. Cuando sea aplicable, se prefiere que el enfriamiento a la presión mínima dada baje hasta una temperatura a la que el material de matriz orgánico se haya endurecido o cristalizado en gran medida o completamente y por debajo de la temperatura de relajación de las cintas de refuerzo. No resulta necesario que la presión durante el enfriamiento sea igual a la presión a la alta temperatura. Durante el enfriamiento, la presión se debe controlar de modo que se mantengan los valores de presión adecuados, para compensar la disminución de la presión causada por la contracción del artículo moldeado y la prensa.

En el proceso, la pila se puede preparar partiendo de láminas sueltas. Sin embargo, las láminas sueltas son difíciles de manipular, ya que estas se rasgan fácilmente en la dirección de las cintas. Por lo tanto, se prefiere preparar la pila a partir de paquetes de láminas consolidadas que contengan de 2 a 8, por regla general, 2, 4 u 8. Para la orientación de las láminas dentro de los paquetes de láminas, se hace referencia a lo que se ha indicado anteriormente para la orientación de las láminas dentro de la pila comprimida.

El término consolidadas está destinado a significar que las láminas están firmemente fijadas entre sí. Se logran muy buenos resultados si también se comprimen los paquetes de láminas. Las láminas se pueden consolidar mediante la aplicación de calor y/o presión, como se conoce en la técnica.

El artículo moldeado resistente balístico así obtenido se puede combinar con la cara de impacto inorgánica mediante métodos conocidos en la técnica. Esto se puede realizar, p. ej., usando un adhesivo. Si así se desea, pueden estar presentes las capas de unión entre el artículo moldeado resistente balístico y la cara de impacto inorgánica, a fin de mejorar la conexión entre los dos. La capa de unión puede ser, p. ej., una capa de película adhesiva conectada al artículo moldeado resistente balístico, que sirve como soporte para la capa adhesiva. Si así se desea, la integridad estructural del artículo moldeado resistente balístico se puede mejorar mediante la aplicación de ligaduras a través del artículo.

En una realización de la presente invención, el panel resistente balístico se fabrica mediante un proceso según la reivindicación 13, que comprende las etapas de

- proporcionar una cara de impacto inorgánica, apilando las láminas que comprenden cintas de refuerzo sobre la parte trasera de la cara de impacto de tal manera que la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional para formar una pila de láminas, en donde la pila de láminas comprende un polietileno de densidad alta (HDPE) como material de matriz, y

- comprimir la pila de láminas y la cara de impacto inorgánica entre sí para formar un panel resistente balístico.

Esta realización tiene la ventaja de que la forma del artículo moldeado resistente balístico se adapta exactamente a la forma de la cara de impacto inorgánica.

La compresión puede tener lugar mediante los métodos descritos anteriormente. En esta realización, se puede preferir la compresión al vacío, ya que esta garantiza que se aplique una presión homogénea independientemente de la forma de la cara de impacto inorgánica.

Se puede aplicar una capa de unión entre la cara de impacto inorgánica y la pila de láminas que comprenden cintas de refuerzo. La capa de unión puede ser, p. ej., una capa de tejido delgada conectada al artículo moldeado resistente balístico, que sirve como soporte para la capa adhesiva.

Si así se desea, se pueden efectuar medidas adicionales para conectar la cara de impacto y el artículo moldeado, tales como el enrollado del panel con un tejido o una banda.

La cinta, como se usa en la presente invención, es un objeto cuya longitud es mayor que el ancho y el espesor, mientras que el ancho es, a su vez, mayor que el espesor. En las cintas que se pueden usar en la presente invención, la relación entre el ancho y el espesor es mayor de 10:1, en particular mayor de 20:1, más en particular mayor de 50:1, todavía más en particular mayor de 100:1. La relación máxima entre el ancho y el espesor no es crucial para la presente invención. Generalmente, esta es de, como máximo, 1.000:1, dependiendo del ancho de la cinta.

El ancho de la cinta que se puede usar en la presente invención es de al menos 2 mm, en particular de al menos 10 mm, más en particular de al menos 20 mm. El ancho de la cinta no es crucial y, generalmente, puede ser de, como máximo, 500 mm. El espesor de la cinta es, generalmente, de al menos 8 micrómetros, en particular de al menos 10 micrómetros. El espesor de la cinta es, generalmente, de, como máximo, 150 micrómetros, más en particular de, como máximo, 100 micrómetros.

En un ejemplo, las cintas que se pueden usar en la presente invención tienen una densidad lineal de al menos 500 dtex, en particular de al menos 1.000 dtex, más en particular de al menos 3.000 dtex, todavía más en particular de al menos 5.000 dtex, incluso más en particular de al menos 10.000 dtex o incluso de al menos 15.000 dtex. Las cintas de mayor dtex tienen la ventaja de que se han de usar menos cintas para obtener un artículo de un determinado peso de área. Esto no es únicamente eficaz en el proceso, sino que también puede reducir el riesgo de efectos de borde.

La relación entre la longitud y el ancho de las cintas usadas en la presente invención no es crucial. Esta depende del ancho de la cinta y del tamaño del artículo moldeado resistente balístico. La relación entre el largo y el ancho es de al menos 1. Como valor general, se puede mencionar una relación máxima de longitud respecto a ancho de 1.000.000.

En principio, se puede usar cualquier cinta natural o sintética en la presente memoria descriptiva. Se pueden usar, por ejemplo, cintas preparadas de metal, semimetal, materiales inorgánicos, materiales orgánicos o combinaciones de los mismos. En la aplicación de las cintas en artículos moldeados resistentes balísticos, resulta esencial que los cuerpos de las cintas sean balísticamente eficaces, lo que, más específicamente, requiere que estos tengan una alta resistencia a la tracción, un alto módulo de tracción y una alta absorción de energía, reflejados en una alta energía a la rotura. Las cintas usadas en la presente invención tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g.

Las cintas inorgánicas adecuadas que tienen una alta resistencia a la tracción son, por ejemplo, las cintas de fibra de carbono, las cintas de fibra de vidrio y las cintas de fibra de cerámica. Las cintas orgánicas adecuadas que tienen una alta resistencia a la tracción son, por ejemplo, las cintas preparadas de aramida, de polímero líquido cristalino y de polímeros altamente orientados, tales como poliolefinas, alcohol polivinílico y poliacrilonitrilo.

En la presente invención, se prefiere el uso de homopolímeros y copolímeros de polietileno y polipropileno. Estas poliolefinas pueden contener pequeñas cantidades de uno o más de otros polímeros, en particular, otros polímeros de alqueno-1.

Se prefiere que las cintas usadas en la lámina de la presente invención sean cintas de alto estirado de polietileno lineal de peso molecular alto. En la presente memoria, el peso molecular alto significa un peso molecular promedio en peso de al menos 400.000 g/mol. En la presente memoria, el polietileno lineal significa el polietileno que tiene menos de 1 cadena lateral por cada 100 átomos de C, preferiblemente menos de 1 cadena lateral por cada 300 átomos de C. El polietileno también puede contener hasta el 5 % en moles de uno o más de otros alquenos que son copolimerizables con el mismo, tales como propileno, buteno, penteno, 4-metilpenteno y octeno.

Particularmente, se puede preferir el uso de cintas de polietileno de peso molecular muy alto (UHMWPE en inglés), es decir, polietileno con un peso molecular promedio en peso de al menos 500.000 g/mol. Particularmente, se puede preferir el uso de cintas con un peso molecular de al menos 1 * 106 g/mol. El peso molecular máximo de las cintas de UHMWPE adecuadas para su uso en la presente invención no es crucial. Como valor general, se puede mencionar un valor máximo de 1 * 108 g/mol. La distribución de peso molecular y los promedios de peso molecular (Mw, Mn, Mz) se pueden determinar como se describe en el documento WO2009/109632.

En un ejemplo, la resistencia a la tracción de las cintas es de al menos 1,2 GPa, más en particular de al menos 1,5 GPa, todavía más en particular de al menos 1,8 GPa, incluso más en particular de al menos 2,0 GPa. En una realización, la resistencia a la tracción de estas cintas es de al menos 2,0 GPa, en particular de al menos 2,5 GPa, más en particular de al menos 3,0 GPa, todavía más en particular de al menos 4 GPa. La resistencia a la tracción se determina de acuerdo con la ASTM D7744-11.

En un ejemplo, las cintas tienen un módulo de tracción de al menos 50 GPa. Más en particular, las cintas pueden tener un módulo de tracción de al menos 80 GPa, más en particular de al menos 100 GPa, todavía más en particular de al menos 120 GPa, incluso más en particular de al menos 140 GPa o de al menos 150 GPa. El módulo se determina de acuerdo con la ASTM D7744-11.

En un ejemplo, las cintas tienen una energía de tracción a la rotura de al menos 20 J/g, en particular de al menos 25 J/g. En otro ejemplo, las cintas tienen una energía de tracción a la rotura de al menos 30 J/g, en particular de al menos 35 J/g, más en particular de al menos 40 J/g, todavía más en particular de al menos 50 J/g. La energía de tracción a la rotura se determina de acuerdo con la ASTM D7744-11. Esta se calcula mediante la integración de la energía por unidad de masa bajo la curva de esfuerzo-deformación.

En un ejemplo, las cintas de polietileno que se pueden usar en la presente invención tienen una orientación molecular alta, como se evidencia mediante su patrón de difracción de XRD.

En un ejemplo, las cintas tienen un parámetro de orientación uniplanar de 200/110 O de al menos 3. El parámetro de orientación uniplanar de 200/110 O se define como la relación entre las áreas de pico 200 y 110 en el patrón de difracción de rayos X (XRD en inglés) de la muestra de cinta, como se determina en la geometría de reflexión. El parámetro de orientación uniplanar de 200/110 proporciona información sobre el grado de orientación de los planos de cristal de 200 y 110 con respecto a la superficie de cinta. En una muestra de cinta con una orientación uniplanar de 200/110 alta, los planos de cristal de 200 están altamente orientados en paralelo a la superficie de cinta. Se ha descubierto que una orientación uniplanar alta, generalmente, va acompañada de un módulo alto, una resistencia a la tracción alta y una energía de tracción a la rotura alta. La relación entre las áreas de pico 200 y 110 de un espécimen con cristalitos orientados aleatoriamente es de aproximadamente 0,4. Sin embargo, en las cintas que se usan preferentemente en una realización de la presente invención, los cristalitos con índices de 200 se orientan preferentemente en paralelo a la superficie de película, dando como resultado un valor más alto de la relación de área de pico 200/110 y, por lo tanto, un valor más alto del parámetro de orientación uniplanar. Este parámetro se puede determinar como se describe en el documento WO2009/109632.

Las cintas de UHMWPE usadas en un ejemplo del material balístico tienen un parámetro de orientación uniplanar de 200/110 de al menos 3. Se puede preferir que este valor sea al menos 4, más en particular al menos 5 o al menos 7. Los valores más altos, tales como los valores de al menos 10 o incluso de al menos 15, se pueden preferir particularmente. El valor máximo teórico de este parámetro es infinito si el área de pico 110 es igual a cero. Los valores altos para el parámetro de orientación uniplanar de 200/110 a menudo van acompañados de valores altos de resistencia y energía a la rotura.

En un ejemplo, las cintas de UHMWPE que se pueden usar en la presente invención tienen una distribución de peso molecular estrecha y tienen una relación Mw/Mn de, como máximo, 6. Más en particular, la relación Mw/Mn es de, como máximo, 5, todavía más en particular de, como máximo, 4, incluso más en particular de, como máximo, 3. En particular, se prevé el uso de materiales con una relación Mw/Mn de, como máximo, 2,5 o incluso de, como máximo, 2.

En un ejemplo, las cintas de UHMWPE, en particular, las cintas de UHMWPE, tienen una cristalinidad de DSC de al menos el 74 %, más en particular de al menos el 80 %. La cristalinidad de DSC se puede determinar como se describe en el documento WO2009/109632.

El polietileno usado en este ejemplo puede ser un homopolímero de etileno o un copolímero de etileno con un comonómero que es otra alfa-olefina o una olefina cíclica, ambos con, generalmente, entre 3 y 20 átomos de carbono. Los ejemplos incluyen propeno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, ciclohexeno, etc. También resulta posible el uso de dienos con hasta 20 átomos de carbono, p. ej., butadieno o 1-4 hexadieno. La cantidad de alfa-olefina no de etileno en el homopolímero o copolímero de etileno usado en el proceso de acuerdo con la invención es preferiblemente de, como máximo, el 10 % en moles, preferiblemente de, como máximo, el 5 % en moles, más preferiblemente de, como máximo, el 1 % en moles. Si se usa una alfa-olefina no de etileno, esta está presente, generalmente en una cantidad de al menos el 0,001 % en moles, en particular de al menos el 0,01 % en moles, todavía más en particular de al menos el 0,1 % en moles. Se prefiere el uso de un material que esté sustancialmente libre de alfa-olefina no de etileno. Dentro del contexto de la presente memoria descriptiva, la expresión sustancialmente libre de alfa-olefina no de etileno está destinada a significar que la única cantidad de alfa-olefina no de etileno presente en el polímero son aquellas cuya presencia no se puede evitar razonablemente.

En general, las cintas de UHMWPE tienen un contenido de disolvente de polímero de menos del 0,05 % en peso, en particular de menos del 0,025 % en peso, más en particular de menos del 0,01 % en peso.

En un ejemplo, las cintas que se pueden usar en la presente invención, en particular, las cintas de UHMWPE, tienen una alta resistencia en combinación con una alta densidad lineal. En la presente solicitud, la densidad lineal se expresa en dtex. Este es el peso en gramos de 10.000 metros de cinta. En un ejemplo, las cintas que se pueden usar en la invención tienen un denier de al menos 500 dtex, en particular de al menos 100 dtex, más en particular de al menos 3.000 dtex, incluso más en particular de al menos 5.000 dtex, más en particular de al menos 10000 dtex, incluso más en particular de al menos 15.000 dtex o incluso de al menos 20.000 dtex, en combinación con resistencias de al menos 1.0 GPa, en particular de al menos 1,5 GPa, más en particular de al menos 2,0 GPa, todavía más en particular de al menos 2,5 GPA, más en particular de al menos 3,0 GPa, todavía más en particular de al menos 3,5 GPa e incluso más en particular de al menos 4 GPa.

En un ejemplo, las cintas de polietileno son cintas fabricadas mediante un proceso que comprende someter un polietileno de partida con un peso molecular promedio en peso de al menos 100.000 gramos/mol y un módulo de cizallamiento elástico G$, determinado directamente después de la fundición a 160 °C, de, como máximo, 1,4 MPa, a una etapa de compactación y una etapa de estirado en tales condiciones que, en ningún punto durante el procesamiento del polímero, su temperatura se eleva hasta un valor por encima de su punto de fusión.

El material de partida en dicho proceso de fabricación es un UHMWPE altamente desenmarañado. Esto se puede observar a partir de la combinación del peso molecular promedio en peso y el módulo elástico. Para mayor aclaración. Como se ha indicado anteriormente, el polímero de partida tiene un módulo de cizallamiento elástico G$, determinado directamente después de la fundición a 160 °C, de, como máximo, 1,4 MPa, más en particular de, como máximo, 1.0 MPa, todavía más en particular de, como máximo, 0,9 MPa, incluso más en particular de, como máximo, 0,8 MPa e incluso más en particular de, como máximo, 0,7.

La expresión "directamente después de la fundición" significa que el módulo elástico se determina tan pronto como el polímero se ha fundido, en particular dentro de los 15 segundos posteriores a la fundición del polímero. En esta masa fundida de polímero, el módulo elástico aumenta típicamente de 0,6 a 2,0 MPa en varias horas.

El módulo de cizallamiento elástico directamente después de la fundición a 160 °C es una medida del grado de enmarañamiento del polímero. es el módulo de cizallamiento elástico en la región estable de caucho. Este está relacionado con el peso molecular promedio entre los enmarañamientos Me, lo que a su vez es inversamente proporcional a la densidad de enmarañamiento. En una masa fundida termodinámicamente estable que tiene una distribución homogénea de los enmarañamientos, Me se puede calcular a partir de mediante la Fórmula = gNpRT/Me, donde gN es un factor numérico establecido en 1, p es la densidad en g/cm3, R es la constante del gas y T es la temperatura absoluta en K. Un módulo elástico bajo representa, por tanto, estirados largos de polímero entre los enmarañamientos y, por tanto, un grado de enmarañamiento bajo. El método adoptado para la investigación sobre los cambios en la formación de enmarañamientos es el mismo que se describe en las publicaciones (Rastogi, S., Lippits, D., Peters, G., Graf, R., Yefeng, Y. y Spiess, H., ''Heterogeneity in Polymer Melts from Melting of Polymer Crystals'', Nature Materials, 4(8), 1 de agosto de 2005, 635-641, y la tesis doctoral de Lippits, D.R., "Controlling the melting kinetics of polymers; a route to a new melt state", Eindhoven University of Technology, de fecha 6 de marzo de 2007, ISBN 978-90-386-0895-2).

El polietileno desenmarañado para su uso en este ejemplo se puede fabricar mediante un proceso de polimerización en donde el etileno, opcionalmente en presencia de otros monómeros como se ha analizado anteriormente, se polimeriza en presencia de un catalizador de polimerización de sitio individual a una temperatura por debajo de la temperatura de cristalización del polímero, de modo que el polímero se cristaliza inmediatamente después de su formación. Los métodos adecuados para la fabricación de polietilenos que se pueden usar en la presente invención son conocidos en la técnica. Se hace referencia, por ejemplo, a los documentos WO01/21668 y US20060142521.

Las cintas de UHMWPE que se pueden usar en la presente invención se pueden fabricar mediante el procesamiento en estado sólido del UHMWPE, proceso que comprende compactar polvo de UHMWPE y estirar las láminas compactadas resultantes para formar cintas. Los métodos adecuados para el procesamiento en estado sólido de UHMWPE son conocidos en la técnica y se describen, p. ej., en los documentos WO2009/109632, WO2009/153318 y WO2010/079172 y no requieren ninguna aclaración adicional en la presente memoria.

La presente invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos, sin estar limitada a los mismos o por los mismos.

Ejemplo 1

Se fabricó un panel resistente balístico según la invención de la siguiente manera.

El material de partida consistía en cintas de polietileno de UHMW disponibles en el mercado como Endumax Tape TA23 a través de Teijin Endumax. Las cintas tenían un ancho de 133 mm y un espesor de 50 gm. Las cintas tenían una resistencia a la tracción de 2,0 GPa, un módulo de tracción de 188 y una energía de tracción a la rotura de 20 J/g.

Las láminas de UD se fabricaron mediante la alineación de las cintas en paralelo para formar una primera capa, la alineación de una capa adicional de las cintas sobre la primera capa paralela y desplazada respecto a las cintas en la primera capa y la presión con calor de las capas de cintas para formar una lámina de UD. Se aplica una lámina de HPDE entre las dos capas de cintas y por encima de la capa de cintas superior.

Las láminas de UD se plegaron transversalmente para formar una lámina de hojas transversales. Se apilaron y comprimieron 58 láminas de hojas transversales a una temperatura de 136-137 °C, a una presión de 6 MPa (60 bares). El material se enfrió y se retiró de la prensa para formar un artículo moldeado resistente balístico. El artículo consistía en 58 capas de lámina de hojas transversales, tenía un peso de área de 12,5 kg/m2 y un contenido de matriz del 9 % en peso.

El artículo moldeado resistente balístico así obtenido se combinó con una cara de impacto inorgánica, en concreto, una 7 Alotec 96 SB de 7 mm, que es una pieza de cerámica de óxido de aluminio con un peso de área de 26,25 kg/m2 y una densidad de 3,75 g/cm3. El panel y la cara de impacto se adhirieron entre sí usando una película adhesiva disponible en el mercado, en concreto, Nolax S22.2031. Se llevó a cabo la consolidación del artículo resistente balístico completo, incluyendo la cara de impacto inorgánica, en una mesa de vacío a 135 °C durante 30 minutos.

El panel se sometió a ensayos balísticos de acuerdo con la norma VRAM APR 2006 y PM 2007 (nivel de ensayo 9) empleando la munición AP7.62 mm (camisa de metal completa (FMJ en inglés), antiblindaje (AP en inglés) y núcleo de acero endurecido, P80). Se usó un cartucho de 63 mm para lograr velocidades de proyectil más altas. La distancia entre el cañón y el objetivo era de 5 m. Los ensayos se llevaron a cabo a 20 °C y 90 °C, el último para investigar el rendimiento del panel a una temperatura más alta. Los resultados se presentan en la Tabla 1.

En la tabla, se puede observar que el panel según la invención mostró un buen rendimiento, tanto a 20 °C como a 90 °C, con únicamente una disminución limitada en el rendimiento a la temperatura más alta. El panel mostró un buen rendimiento estructural, con únicamente una pequeña lesión y sin que se produzca una deslaminación.

Ejemplo 2

Los paneles se fabricaron como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 1, con la excepción de que se usaron 33 o 36 láminas de hojas transversales que comprendían 4 capas de cintas de UHMWPE y se usó una pieza de cerámica de óxido de aluminio Alotec 96 SB de 8 mm con un peso de área de 30 kg/m2 y una densidad de 3,75 g/cm3. Los paneles se sometieron a ensayo a 20 °C según el método descrito anteriormente y los resultados se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2

El panel mostró un buen rendimiento estructural, con únicamente una pequeña lesión y sin que se produzca una deslaminación.

Ejemplo 3

Se preparó un panel como se describe en el Ejemplo 1, con la excepción de que, en lugar de láminas de hojas transversales que comprendían cuatro capas de cintas apiladas en un orden de 0-0-90-90 grados, se aplicaron láminas de hojas transversales que comprendían cuatro capas de cintas en un orden de 0-90-0-90 grados. El panel se combinó con la cara de impacto de 7 mm descrita anteriormente. El panel, que tenía un peso de área de 39,3 kg/m2, se sometió a ensayo a 20 °C según el método descrito anteriormente y los resultados se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3

Ejemplo 4

A fin de investigar el efecto de una matriz de HDPE en comparación con una matriz elastomérica convencional, se llevó a cabo el siguiente experimento.

Se preparó un panel según la invención análogamente al descrito en el Ejemplo 1 usando una placa cerámica de 7 mm y 60 capas de láminas de hojas transversales como en el Ejemplo 1. Se preparó un panel comparativo de la misma manera, con la excepción de que, en lugar de una matriz de HDPE, el panel contenía el 4 por ciento en peso de una matriz de estireno-isopreno-estireno (Kraton). A fin de obtener el mismo peso de panel, se usaron 65 capas de hojas transversales de cinta de polietileno. Ambos paneles tenían un peso de área de 39,1 kg/m2.

Los paneles se sometieron a ensayo a 90 °C, como se ha descrito anteriormente. Los resultados se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4

A partir de los resultados de la Tabla 4, se puede observar que el panel según la invención tiene un V50 más alto que el panel comparativo. Esto resulta particularmente sorprendente, dado que el panel comparativo contiene más cintas de polietileno y, por lo tanto, se esperaría que mostrara mejores resultados.

Ejemplo 5

A fin de investigar adicionalmente el efecto de una matriz de HDPE en comparación con una matriz elastomérica convencional, se llevó a cabo el siguiente experimento.

Se preparó un panel según la invención análogamente al descrito en el Ejemplo 1 usando una placa cerámica de 8 mm y 37 capas de lámina de hojas transversales. Se preparó un panel comparativo de la misma manera, con la excepción de que, en lugar de una matriz de HDPE, el panel contenía el 4 por ciento en peso de una matriz de estireno-isoprenoestireno (Kraton). A fin de obtener el mismo peso de panel, se usaron 40 capas de hojas transversales de cinta de polietileno. Ambos paneles tenían un peso de área de aproximadamente 37,8 kg/m2.

La Figura 1 muestra fotografías de la cara de impacto y la cara trasera del panel según la invención y el panel comparativo. Ambos paneles se dispararon según la norma NIJ 01.0104 nivel IV con la munición 30.06 AP a velocidad inicial. Como se puede observar a partir de las fotografías, el daño a la cara de impacto de ambos paneles es comparable. La cara trasera del panel comparativo se dividió en dos y mostró una lesión grave. La cara trasera del panel según la invención permaneció entera y mostró únicamente una lesión limitada. Esto muestra los efectos ventajosos de la presente invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Panel resistente balístico que comprende

- una cara de impacto inorgánica con un espesor de al menos 1 mm, comprendiendo la cara de impacto una o más de una lámina de metal y una lámina de un material cerámico,

- un artículo moldeado resistente balístico por debajo de la cara de impacto, comprendiendo el artículo moldeado una capa basada en HDPE que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un polietileno de densidad alta (HDPE en inglés) como material de matriz.

2. Panel resistente balístico según la reivindicación 1, en donde la cara de impacto inorgánica tiene un espesor entre 1 mm y 25 mm y, en las láminas de cerámica, una dureza de al menos 1.000 kg/mm2, en particular de al menos 1.400 kg/mm2, y, en las láminas de metal, una dureza Brinell de 250, preferiblemente 350.

3. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pila comprimida de láminas tiene un contenido de matriz entre el 0,2 y el 20 % en peso.

4. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde e1HDPE tiene una densidad en el intervalo de 0,925 a 0,970 g/cm3m, determinada de acuerdo con la ASTM D792.

5. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde e1HDPE tiene un peso molecular Mw en el intervalo de 1 ■ 10A4 a 1 ■ 10A8 g/mol, en particular de 1 ■ 10A5 a 1 ■ 10A7 g/mol.

6. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el artículo moldeado comprende, además, una capa basada en elastómero que comprende una pila comprimida de láminas que comprenden cintas de refuerzo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1,0 GPa, un módulo de tracción de al menos 40 GPa y una energía de tracción a la rotura de al menos 15 J/g, no siendo la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida unidireccional, y un elastómero termoplástico como material de matriz, estando presente el material de matriz de elastómero termoplástico en una cantidad del 0,2-8 % en peso.

7. Panel resistente balístico según la reivindicación 6, en donde el artículo moldeado comprende una capa basada en HDPE en o cerca de la cara trasera del artículo, en donde la cara trasera es la cara opuesta a la cara de impacto.

8. Panel resistente balístico según la reivindicación 6 o 7, en donde el artículo moldeado comprende una capa basada en HDPE en o cerca del lado de la cara de impacto del artículo.

9. Panel resistente balístico según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en donde el artículo comprende una capa basada en HDPE en o cerca de la cara de impacto del artículo y una capa basada en HDPE en o cerca de la cara trasera del artículo.

10. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las cintas de refuerzo son cintas de polietileno de peso molecular muy alto (UHMWPE en inglés).

11. Panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es plano, de una sola curva, de doble curva o de múltiples curvas.

12. Método para la fabricación de un panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de

- fabricar un artículo moldeado resistente balístico mediante el apilamiento de láminas que comprenden cintas de refuerzo de tal manera que la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional para formar una pila de láminas, en donde la pila de láminas comprende un polietileno de densidad alta (HDPE) como material de matriz, y la compresión de la pila de láminas para formar un artículo moldeado resistente balístico, y

- combinar el artículo moldeado resistente balístico con una cara de impacto inorgánica para formar un panel resistente balístico.

13. Método para la fabricación de un panel resistente balístico según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende las etapas de

- proporcionar una cara de impacto inorgánica, apilando las láminas que comprenden cintas de refuerzo sobre la parte trasera de la cara de impacto de tal manera que la dirección de las cintas dentro de la pila comprimida no es unidireccional para formar una pila de láminas, en donde la pila de láminas comprende un polietileno de densidad alta (HDPE) como material de matriz, y

- comprimir la pila de láminas y la cara de impacto inorgánica entre sí para formar un panel resistente balístico.