IT202100005618A1 - Materiale composito fibrorinforzato e metodo ed impianto per la sua produzione - Google Patents

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Vedova Thomas Della
Carmine Lucignano
Paolo Canonico
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Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: "MATERIALE COMPOSITO FIBRORINFORZATO E METODO ED IM-PIANTO PER LA SUA PRODUZIONE"
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha come oggetto un materiale composito fibrorinforzato di protezione ed il metodo e l?impianto per la sua produzione.
Pi? particolarmente, il presente trovato ha come oggetto un materiale composito fibro-rinforzato pre-impregnato, cosiddetto ?prepreg?, utilizzato come base per la realizzazione di manufatti dotati di protezione balistica, particolarmente per la blindatura di veicoli, ?hard armoring?, e per la realizzazione di elmetti balistici.
Il campo delle blindature ? caratterizzato dall?utilizzo dei pi? svariati materiali balistici, spesso utilizzati in combinazione tra loro, quali acciaio balistico, ceramiche, tessuti aramidici e/o polietilenici.
Tali soluzioni, che si possono definire ?ibride?, riguardano in particolar modo i livelli di blindatura che comprendono proiettili perforanti, con riferimento allo standard EN 1522-1523, dal livello FB5 ai superiori.
Per quanto riguarda gli elmetti balistici, gli elementi funzionali utilizzati per la loro realizzazione sono fondamentalmente due: pre-preg aramidici a matrice termoindurente o termoplastica, e unidirezionali in fibra polietilenica.
Un multistrato di tali materiali costituisce l?elmetto finale in configurazione monolitica o alternativamente come combinazione di prepreg aramidico e unidirezionale polietilenico, a seconda di quali siano le prestazioni ricercate rispetto ad una determinata norma di riferimento.
Il presente trovato riguarda in particolare un materiale che appartiene alla categoria dei pre-preg aramidici.
A seconda del processo di realizzazione del manufatto finale, ? possibile scegliere tra le seguenti tecnologie della tecnica nota, che danno origine a due tipi di prodotti:
- pre-preg termoindurenti, tramite un processo di spalmatura e trasferimento a caldo di resine fenoliche o, meno comunemente, epossidiche o altri tipi, su tessuto;
- pre-preg termoplastici, tramite la laminazione diretta di film termoplastici su tessuto.
Di conseguenza, la configurazione del pre-preg realizzato ? in entrambi i casi caratterizzata dalla presenza di due elementi: il tessuto di base ed una matrice plastica.
Tipicamente, rispetto al mondo dei compositi, la principale differenza che si riscontra sta nel diverso rapporto matrice/tessuto per via del differente tipo di performance ricercata.
All?interno di tale categoria, per anni le matrici a base fenolica hanno costituito la soluzione preponderante poich?, a parit? di tessuto, garantiscono il raggiungimento di elevate prestazioni in modo stabile nel tempo e anche dopo l?applicazione dei pi? svariati cicli di condizionamento del manufatto finale.
D?altra parte, la presenza della formaldeide, oggi talvolta solo in tracce, e quella imprescindibile del fenolo, rende tale sistema incompatibile con la crescente domanda di prodotti ?green? e/o riciclabili che sta invadendo ogni aspetto della nostra vita quotidiana.
Viceversa, i pre-preg termoplastici, pur non garantendo le stesse prestazioni, consentirebbero una maggiore selezione dei componenti chimici di base per andare incontro a tale crescente esigenza ecologica.
Osservando questi pre-preg dal punto di vista del processo di realizzazione del prodotto finale, a valle vi sono delle significative differenze.
Esso ? costituito in entrambi i casi dal taglio di diversi strati che andranno a costituire il pannello che forma il manufatto finale, grazie alla sovrapposizione dei medesimi, seguendo un ben determinato design, e all?applicazione di un ciclo di temperatura e pressione in autoclave o nello stampo di una pressa.
Tale ciclo di formazione dei pannelli della tecnica nota si distingue per due categorie:
- pre-preg termoindurenti: un ciclo veloce ?caldo-caldo? a pressione elevata e temperatura alta fissa (tra 130?C e 200?C a seconda del sistema di resina) della durata di 12?-30?; inserimento ed estrazione avvengono ad alta temperatura;
- pre-preg termoplastici: un ciclo mediamente lento ?(freddo-)caldo-freddo? laddove i passaggi imprescindibili sono l?applicazione permanente di una pressione elevata dal momento di chiusura dello stampo/autoclave e di una temperatura di picco, con permanenza tra i 10? e i 60? tra i 100 e i 200?C a seconda del tipo di matrice, fino al raffreddamento del manufatto al di sotto della temperatura di transizione vetrosa Tg della matrice.
Compito della presente invenzione ? quello di realizzare un prepreg utile alla preparazione di pannelli per protezione balistica ed un metodo per la loro produzione, diverso rispetto ai trattamenti di spalmatura/laminazione di tipo tradizionale.
Nell?ambito di questo compito, uno scopo del trovato ? quello di realizzare un materiale che assicuri una ?shelf life? virtualmente infinita a temperatura ambiente, a differenza dei pre-preg a base fenolica che pi? tradizionalmente a temperatura ambiente hanno una shelf life nell?ordine dei giorni/settimane.
Un altro scopo del trovato ? quello di realizzare un materiale che permetta condizioni di stoccaggio vantaggiose e limitate alla necessit? di garantire un imballo scuro che protegga dall?umidit? ambientale e dalle radiazioni UV.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? di fornire un materiale ed un metodo di produzione che permettano una elevata versatilit? nella definizione della configurazione del prodotto, in particolare riguardo alla quantit? di matrice aggiunta al supporto.
Un altro scopo del trovato ? quello di realizzare un materiale che permetta una grande versatilit? nella lavorazione da parte dell?utilizzatore.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? di fornire un materiale che permetta di realizzare un manufatto finale avente elevate prestazioni.
Un altro scopo del trovato ? quello di realizzare un materiale che garantisca una ottimale sicurezza e sia vantaggioso per l?ambiente grazie agli elementi di partenza ed alla tecnologia utilizzata, evitando la presenza di solventi e di componenti a base di alogeni.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? di fornire un materiale che sia compatibile con le altre tecnologie esistenti.
Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da un materiale di protezione e da un metodo per la sua produzione, come rivendicati nelle unite rivendicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 ? una vista schematica illustrante un esempio di impianto per la realizzazione del materiale composito o pre-preg secondo l?invenzione;
le figure 2-5 illustrano i dati prestazionali di un esempio di realizzazione del pannello realizzato con il materiale composito secondo la presente invenzione;
le figure 6-7 illustrano un confronto delle prestazioni di un pannello stampato da diciotto strati di materiale composito secondo l?invenzione, rispetto ad un prodotto convenzionale a base fenolica; le figure 8 e 9 illustrano in prospettiva il pre-preg oggetto dell?invenzione e rispettivamente la struttura del pannello multistrato stampato a partire da pi? strati di tale pre-preg.
Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il metodo di produzione del materiale composito o pre-preg 10 dell?invenzione illustrato in figura 8 ? realizzato mediante un impianto, schematicamente illustrato in figura 1 ed indicato globalmente con il numero di riferimento 1.
Secondo la presente invenzione una matrice termoplastica o film termoplastico superficiale 12 ? realizzata a partire da una polvere micrometrica 2 di materiale termoplastico che viene distribuita, per mezzo di una postazione di powder scattering 5, su tutta la superficie di un tessuto aramidico 3, mentre esso viene svolto al di sopra di un nastro trasportatore 4.
A questa deposizione segue l?entrata della polvere 2, cos? distribuita, nel cuore della linea di produzione, costituito da un sistema di doppia cinghia a contatto, diviso in due sezioni, grazie al quale il materiale avanza lungo la linea: una prima sezione calda 6 ed una seconda sezione relativamente fredda 7.
La prima sezione 6 applica alla polvere 2 una temperatura da 100 a 250?C ed una pressione da 0,1 N/cm<2 >a 200 N/cm<2 >- a seconda delle caratteristiche chimico-fisiche della polvere utilizzata - funzionali alla formazione del detto film termoplastico superficiale 12, per fusione della polvere 2 al di sopra del tessuto 3. Il film 12 aderisce quindi sul tessuto 3, anche per parziale compenetrazione all?interno delle fibre del detto tessuto, formando in tal modo un pre-preg 10 avvolto in forma di rotolo 13 (figura 8).
La seconda sezione 7 permette di facilitare il distacco del materiale dalle cinghie costituenti, per raffreddamento ad una temperatura preferibilmente al di sotto di quella di fusione o di transizione vetrosa del film 12.
Il sistema a doppia cinghia comprende una cinghia superiore 8 ed una cinghia inferiore 9, la cui porzione iniziale coincide con il nastro trasportatore 4. Secondo la presente invenzione il film termoplastico 12 risulta parzialmente compenetrato e ben adeso al tessuto 3, uniforme e ben coeso, con la grammatura desiderata ottenuta in funzione della velocit? della linea e delle impostazioni della testa di scattering 5.
Secondo l?invenzione, il tessuto 3 ? un tessuto per applicazione balistica realizzato a partire da fibre para-aramidiche, di vetro, polietileniche (UHMWPE) o polipropileniche con titolo da 220 a 3300 dtex.
Dal canto suo la matrice termoplastica 2 ? ottenuta a partire da una polvere preferibilmente a base di poliesteri, polieteri, poliolefine, polivinilbutirrale, poliuretani ed eventuali derivati o combinazioni di essi, aventi una distribuzione dei diametri delle polveri tra 0,1 e 750 ?m.
Il sistema di powder scattering 5 associato al sistema a doppia cinghia, secondo l?invenzione, permette di effettuare una scelta totalmente libera da vincoli riguardo la quantit? di polvere 2 aggiunta al supporto 3.
La presente invenzione permette infatti una regolazione della grammatura della polvere 2 da 20 fino a 250 g/m<2>, in un solo passaggio.
Il pre-preg termoplastico 10 prodotto secondo la presente invenzione permette di realizzare - tramite un processo di stampaggio in temperatura di pi? strati sovrapposti - la parte funzionale di elmetti per protezione balistica e laminati multistrato utilizzati per la blindatura di mezzi.
Esso garantisce una grande versatilit? nella lavorazione finale dei citati pannelli, garantendo un consolidamento del manufatto grazie all?applicazione di cicli termici, con temperature di picco comprese tra i 115 e i 200?C, applicando pressioni tra i 10 e i 100 bar per ottenere buona rigidit?.
Tipicamente la durata dell?isoterma alla temperatura di picco dipender? dal numero degli strati utilizzati per realizzare il pannello, col fine principale di ottenere un manufatto esente da fenomeni di delaminazione.
In particolare secondo l?esempio di figura 9, con il pre-preg 10 dell?invenzione ? possibile realizzare un pannello 11 da diciotto strati di pre-preg 10, reciprocamente uniti in un unico pannello 11 per applicazione di un ciclo di compressione a freddo-caldo-freddo con un?isoterma di picco preferibilmente tra 115 e 180?C e pressioni comprese tra 5 e 100 bar.
Rimane una costante del processo la necessit? di raffreddare gli stampi al di sotto dei 70?C affinch? la forma dei pannelli sia mantenuta.
Riassumendo, esistono due intervalli molto ampi ? rispettivamente di temperatura di isoterma e di pressione ? all?interno dei quali ? possibile utilizzare il pre-preg 10, senza avere una significativa variazione delle performance balistiche complessive dei pannelli 11 ottenuti dall'insieme dei detti pre-preg sovrapposti e stampati tra di loro.
In fase di utilizzo, ci? comporta evidenti vantaggi produttivi in termini di versatilit? del medesimo pannello 11, rispetto al processo a valle per la produzione di manufatti.
Analizzando pi? nel dettaglio l?oggetto della presente invenzione, le figure dalla 2 alla 5 fanno riferimento alle prestazioni balistiche del pannello planare 11 di figura 9, formato da diciotto strati di tessuto para-aramidico da 400 g/m<2 >con il 12% di matrice termoplastica 12.
Nello specifico le figure 2 e 3 illustrano le prestazioni di V50 (frammento FSP 17 gr in accordo alla normativa Stanag 2920), in cui:
? la figura 2 mostra la stabilit? delle V50 rilevate sul pannello 11 al variare della pressione applicata costantemente lungo tutto il ciclo (da 10 a 100 bar);
? la figura 3 mostra la stabilit? delle V50 rilevate sul pannello 11 al variare della temperatura del ciclo all?isoterma di picco (da 115 a 180?C).
Le figure 4 e 5 illustrano invece le prestazioni del pannello 11 rispetto ad un test di V0 (proiettile da 9 mm in accordo alla normativa NIJ 0101.04). Tale test prevede il posizionamento di tale pannello sulla superficie di un telaio contenente plastilina in accordo allo standard menzionato, lo sparo del proiettile ad una velocit? di (436 ? 9) m/s da 5 m di distanza e la misurazione della profondit? dell?impronta lasciata sulla plastilina retrostante (TDP = trauma da impatto) dovuta all?impatto del proiettile contro la superficie del pannello 11.
In particolare:
? la figura 4 mostra la costanza dei valori di trauma su plastilina al variare della pressione applicata costantemente lungo tutto il ciclo (da 10 a 100 bar);
? la figura 5 mostra la costanza dei valori di profondit? dell?impronta lasciata su plastilina al variare della temperatura del ciclo all?isoterma di picco (da 115 a 180?C);
Le figure 6 e 7 illustrano il confronto tra le prestazioni V50 (frammento FSP 17 gr in accordo alla normativa Stanag 2920) e di deformazione all?impatto su plastilina susseguente a test di V0 (proiettile da 9 mm Remington in accordo alla normativa NIJ 0101.04) del pannello multistrato 11 dell'invenzione, ad un prodotto analogo ottenuto a partire da un pre-preg a base di tradizionale matrice fenolica.
La figura 8 illustra in prospettiva la composizione del pre-preg 10 ottenuto con il procedimento dall'invenzione. Esso si compone di un tessuto di base 3, sulla cui superficie ? depositata la matrice 12 formata dalla polvere micrometrica 2 che ? stata fusa e compattata al di sopra del medesimo tessuto 3 e che risulta adesa e parzialmente compenetrata su di esso.
La figura 9 illustra in prospettiva un pannello multistrato 11 stampato con un ciclo di pressione/temperatura (freddo-)caldo-freddo a partire da diciotto strati del detto pre-preg 10, ove si nota come la matrice termoplastica 12 sia intercalata e parzialmente compenetrata strato dopo strato ai tessuti 3 adiacenti.
La tabella che segue mostra alcuni esempi di realizzazione vantaggiosi dell'invenzione, tra le diversi possibili combinazioni matrice/tessuto, dove:
- la fibra aramidica di costituzione del tessuto 3 ? a titolo 670, 940, 1100, 1320, 3140, 3300 dtex;
- il contenuto di matrice 2 rispetto al tessuto 3 ? tra il 5 e il 40% per tutti i titoli a seconda dell?applicazione finale, di preferenza il 40% per i titoli pi? bassi (670 e 930 dtex);
- la filmatura delle polveri ? eseguita su uno o entrambi i lati a seconda dell?applicazione finale.
La tabella riguarda una lista di prodotti esemplificativa, con matrice termoplastica adatta per l?utilizzo nella produzione di elmetti balistici.
I prodotti da #1 a #3 costituiscono pre-preg esemplificativi per la realizzazione di un manufatto planare ?monolitico? - ossia costituito esclusivamente da strati del medesimo pre-preg 10 oggetto del trovato - rappresentativo per un elmetto.
I prodotti da #4 a #6 sono pre-preg esemplificativi aventi la sola funzione di essere utilizzati come strato interno ed esterno, laddove la parte balistica dell?elmetto ? costituita da materiali altamente performanti di altra natura (i.e. unidirezionali polietilenici), assolvendo alla necessit? di conferire al manufatto una superficie esterna compatibile con le vernici tradizionalmente usate in questo campo.
Il pre-preg secondo la presente invenzione ? ottenuto grazie ad una tecnologia sostanzialmente diversa rispetto ad una spalmatura/laminazione di tipo tradizionale ed offre svariati sostanziali vantaggi.
Secondo la presente invenzione, la matrice termoplastica di partenza si presenta in forma di polvere micrometrica e viene distribuita su tutta l?altezza di un tessuto aramidico, mentre il tessuto stesso ? svolto al di sopra del nastro trasportatore, grazie all?utilizzo di una postazione di powder scattering.
A questa deposizione segue l?entrata del materiale nel cuore della linea di produzione costituito dal sistema di doppia cinghia a contatto, diviso in due sezioni, grazie al quale il materiale avanza lungo la linea.
Secondo la presente invenzione, il film risulta parzialmente compenetrato e ben adeso al tessuto, uniforme e ben coeso, della grammatura desiderata in funzione della velocit? della linea e delle impostazioni della testa di scattering.
Come per la maggior parte dei pre-preg con matrice termoplastica, la shelf life del prodotto secondo la presente invenzione ? teoricamente infinita a temperatura ambiente, a differenza dei pre-preg a base fenolica tradizionali che, a temperatura ambiente, hanno una shelf life nell?ordine dei giorni/settimane.
Ci? si riflette sulle condizioni di stoccaggio che, al pari di tutti i pre-preg con matrice termoplastica, hanno come uniche condizioni richieste, dettate dalla presenza del tessuto aramidico, un imballo scuro che protegga dall?umidit? ambientale e dalle radiazioni UV in grado di alterare le propriet? meccaniche della fibra.
Al contrario, i pre-preg a base fenolica richiedono celle frigorifere a bassa temperatura controllata per stoccare il materiale a lungo in modo da mantenerne la lavorabilit? e, di riflesso, una adeguata performance.
Un ulteriore vantaggio della presente invenzione ? costituito dalla sua versatilit? nella definizione della configurazione prodotto.
Il sistema di powder scattering associato al sistema a doppia cinghia permette di effettuare una scelta totalmente libera da vincoli riguardo alla quantit? di matrice aggiunta al supporto.
Infatti, vi sono due aspetti da considerare.
I pre-preg fenolici tradizionali usati in balistica sono sistemi realizzati a partire da resine a solvente il cui contenuto resina viene stabilito per garantire le performance del prodotto successivamente stampato.
La scelta della grammatura pu? essere fatta su una scala continua, tuttavia al di sopra di determinate quantit? (da 20 gsm a circa 80 gsm) il dominio del processo per ottenere un?impregnazione uniforme diventa molto difficile.
Per questo, laddove possibile, si procede con step multipli di impregnazione con un conseguente aumento notevole dei costi.
Il prodotto secondo la presente invenzione permette invece una regolazione teorica della grammatura da 20 fino a 250 g/m<2 >in un solo passaggio. Allo stesso modo, l?accoppiamento su due lati mediante un sistema tradizionale pu? essere un?operazione difficile od onerosa, mentre con la presente invenzione l?accoppiamento su due lati ? realizzabile in modo agevole e con un aumento contenuto dei costi in quanto l?utilizzo della polvere termoplastica 2 permette la scelta di temperature e pressioni nella sezione 6 che in fase di spalmatura sul secondo lato non alterano quanto gi? deposto sul lato opposto.
I pre-preg termoplastici tradizionali sono realizzati a partire da film a grammatura ben definita (pi? comunemente 50-100 g/m<2>, talvolta 25-75-125 g/m<2>), fattore limitante per quanto riguarda la scelta del contenuto di matrice che spesso non permette di adottare contemporaneamente il tessuto ?migliore? e scegliere il contenuto di resina ottimale per soddisfare una performance richiesta. Con il processo oggetto della presente invenzione tale condizione decade potendo scegliere grammature da 20 a 250 g/m<2 >con soluzione di continuit?.
Un ulteriore importante vantaggio della presente invenzione riguarda la versatilit? nella lavorazione da parte dell?utilizzatore finale.
? importante sottolineare che il consolidamento dell?elmetto o del manufatto in genere con il pre-preg termoplastico secondo la presente invenzione ? possibile con temperature di picco comprese tra i 110 e i 200?C, applicando pressioni tra i 10 e i 100 bar per ottenere buona rigidit?.
Tipicamente, la durata dell?isoterma alla temperatura di picco dipende dal numero degli strati utilizzati per realizzare il prodotto e dal tipo di performance ricercata. Rimane una costante del processo la necessit? di raffreddare gli stampi al di sotto dei 70?C affinch? la forma venga mantenuta.
Un ulteriore vantaggio ? costituito dal fatto che il pre-preg termoplastico realizzato secondo la presente invenzione permette il raggiungimento delle performance dei pre-preg fenolici tradizionali, una volta realizzato il manufatto finale.
Infatti, i dati raccolti mostrano stabilit? anche a seguito di test di condizionamento tipici degli ambiti applicativi considerati.
Un ulteriore vantaggio della presente invenzione ? costituito dal fatto che gli elementi di partenza e la tecnologia utilizzata sono esenti dalla presenza di solventi e di componenti a base di alogeni.
Di conseguenza, sia in fase di produzione sia in fase di stampaggio presso il produttore finale, sia al momento dell?utilizzo del manufatto finale non esiste possibilit? di contaminazione.
Un ulteriore vantaggio dell?invenzione ? rappresentato dalla compatibilit? con le altre tecnologie esistenti: la necessit? dell?applicazione di un ciclo pi? lungo (freddo-)caldo-freddo ? del tutto analoga e compatibile, per temperature e pressioni utilizzabili, con quella del polietilene unidirezionale, materiale preponderante sul mercato per la realizzazione di blindature ed elmetti.
Nella realizzazione di manufatti ibridi, cio? strati di pre-preg aramidico e unidirezionali PE in un?unica soluzione, la matrice permette l?adesione anche all?interfaccia con questi ultimi.
Si ? in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi prefissati.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI
1. Procedimento per la produzione di un materiale composito fibrorinforzato (10), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- svolgere un tessuto aramidico (3) su mezzi trasportatori;
- distribuire una polvere micrometrica (2) di materiale termoplastico sulla superficie del detto tessuto aramidico (3);
- riscaldare alla temperatura di fusione e comprimere la detta polvere (2) sulla citata superficie del tessuto (3) in modo da formare su di esso una matrice termoplastica (12) parzialmente compenetrata e adesa al detto tessuto (3) mentre esso viene svolto;
- raffreddare il materiale composito (10) cos? ottenuto, per facilitare il distacco di quest'ultimo dai detti mezzi trasportatori.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta polvere (2) ? riscaldata ad una temperatura da 100 a 250?C ed ? successivamente compressa ad una pressione da 0,1 N/cm<2 >a 200 N/cm<2>.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il citato raffreddamento del materiale composito (10) ? realizzato al di sotto della temperatura di fusione o di transizione vetrosa della detta matrice termoplastica (12).
4. Materiale composito fibrorinforzato realizzato con il procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una matrice termoplastica (12) distribuita sulla superficie di un tessuto aramidico (3), cos? da formare un film termoplastico superficiale parzialmente compenetrato ed adeso a detto tessuto aramidico.
5. Impianto per la realizzazione del procedimento e del materiale composito fibrorinforzato secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un nastro trasportatore (4) sul quale viene svolto un tessuto aramidico (3); una postazione di powder scattering (5) atta a distribuire una polvere micrometrica (2) su detto tessuto aramidico (3) mentre esso viene svolto su detto nastro trasportatore (4); un sistema di doppia cinghia a contatto (8,9), diviso in due sezioni, in cui detto tessuto (3) avanza; detto sistema di doppia cinghia a contatto definendo una prima sezione calda (6) ed una seconda sezione relativamente fredda (7); detta prima sezione (6) applicando una temperatura ed una pressione funzionali alla formazione di una matrice termoplastica (12) sulla superficie del detto tessuto (3); detta seconda sezione (7) operando un raffreddamento al di sotto della temperatura di transizione vetrosa della detta matrice polimerica (12).
6. Impianto, secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto sistema a doppia cinghia comprende una cinghia superiore (8) ed una cinghia inferiore (9), agenti su detto tessuto (3) e sulla detta matrice polimerica (12), effettuando una adesione ed una parziale compenetrazione di quest'ultima sul medesimo tessuto (3).
7. Pannello multistrato per applicazioni balistiche, caratterizzato dal fatto di essere realizzato con il materiale composito e con il procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti.
8. Pannello secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralit? di strati di materiale composito (10), reciprocamente uniti in un unico pannello (11) per applicazione di un ciclo di compressione a freddo-caldo-freddo con un?isoterma di picco preferibilmente tra 115 e 180?C e pressioni comprese tra 5 e 100 bar, seguito da una fase di raffreddamento.
9. Pannello secondo la rivendicazione 8 per l'uso nella fabbricazione di elmetti e di blindature balistiche in genere.
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20160281272A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 Honeywell International Inc. Ballistic resistant composite material

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