ITMI20122085A1

ITMI20122085A1 - Struttura tessile per la protezione balistica e metodo per la sua produzione.

Info

Publication number: ITMI20122085A1
Application number: IT002085A
Authority: IT
Inventors: Paolo Canonico; Boldi Paolo Gari
Original assignee: Saati Spa
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-07
Also published as: US20150323290A1; EP2929283B1; BR112015012983A2; US10563959B2; CN104838226B; IL239130A0; EP2929283A1; BR112015012983B1; CN104838226A; WO2014087212A1

Description

"STRUTTURA TESSILE PER LA PROTEZIONE BALISTICA E ME-TODO PER LA SUA PRODUZIONE"

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto una struttura tessile per la protezione balistica ed il metodo per la sua produzione.

La presente invenzione si riferisce in particolare ad una struttura per la protezione balistica personale "soft armor".

Come Ã ̈ noto, la capacitÃ di un tessuto di bloccare il proiettile o il frammento, ed anche la penetrazione di un punteruolo o di un coltello, Ã ̈ essenzialmente legata alla natura delle fibre tessili utilizzate, aN'armatura del tessuto ed al suo peso per unitÃ di superficie (Areal density).

La richiesta di tessuti sempre piÃ¹ leggeri e confortevoli, ed allo stesso tempo con prestazioni superiori, rappresenta da sempre la principale esigenza di mercato nei vari settori applicativi della protezione balistica.

Attualmente, le fibre di rinforzo principali di cui sono fatti i tessuti per protezione balistica sono sostanzialmente paraaramidiche e UHMWPE, le quali, grazie alle specifiche caratteristiche meccaniche, sono in grado di rispondere con efficacia alle sollecitazioni sulle stesse esercitate.

Nei prodotti UD, le fibre, disposte in modo parallelo, vengono accoppiate ad una film o resina di varia natura, che sostanzialmente agisce da collante tra le fibre stesse, permettendo la manipolazione dello strato durante la realizzazione del dispositivo di protezione, senza che la struttura parallela delle fibre venga alterata.

Il valore di rapporto in peso di fibra/matrice puÃ² determinare, unitamente alle caratteristiche del filato e del materiale di supporto, le prestazioni balistiche del prodotto.

Le soluzioni di protezione balistica di tipo UD mostrano solitamente minore flessibilitÃ e "drappabilitÃ ", rispetto alle soluzioni tessili, per cui, le condizioni di comfort, nel caso di applicazioni che prevedono l'indosso del prodotto, sono molto spesso scarse.

Il parallelismo delle fibre delle soluzioni UD e, soprattutto, la mancanza deN'imborso di tessitura, cioÃ ̈ l'accavallamento tra il filo di ordito e la trama, sono elementi che permettono al materiale di esercitare la massima resistenza nei confronti della azione penetrante, costituita da proiettile, scheggia, coltello, punteruolo, ecc., in quanto la fibre sono tutte parallele e perfettamente allineate in un'unica direzione, quella del proprio asse.

I tessuti, per effetto dell'imborso, e quindi per la deviazione della posizione delle fibre dal proprio asse nei punti di sovrapposizione tra fili di ordito e di trama, mostrano valori di resistenza meccanica normalmente piÃ¹ bassi, rispetto alle stesse fibre in una struttura UD.

L'impiego di fibre ad alta tenacitÃ , quali para-aramidi e UHMWPE, al fine di ottenere prodotti unidirezionali da sovrapporre, Ã ̈ noto per applicazioni in strutture tessili sia flessibili, sia rigide.

Tali strutture possono subire processi d'impregnazione successivi al fine di incrementare la loro capacitÃ di resistenza all'impatto, modificandone in parte le caratteristiche di flessibilitÃ .

Le tecniche di produzione piÃ¹ comuni prevedono una fase di apertura tramite accorgimenti meccanici delle fibre ed una successiva stabilizzazione, ottenibile con differenti matrici termoplastiche.

II processo cosÃ¬ descritto, se da un lato permette di sfruttare al meglio il filo e ridurre il peso del prodotto finito, incide d'altra parte sulle caratteristiche meccaniche del filamento, riducendole sensibilmente.

Sul mercato sono disponibili differenti soluzioni, spesso non monolitiche, ossia non costituite da tessuti omogenei, in funzione delle richieste delle differenti normative.

In generale tali soluzioni sono in grado di resistere ai piÃ¹ comuni proiettili presenti sul mercato, ma non a fucili militari, dove Ã ̈ richiesto un grado di protezione superiore, ottenibile tramite piastre aggiuntive (ceramica, UHMWPE).

Compito del presente trovato Ã ̈ quello di realizzare un prodotto tessile con struttura composita, ed il relativo processo di realizzazione, idoneo a costituire una soluzione tessile ordinaria nel settore della protezione balistica, che elimini i problemi di riduzione delle prestazioni meccaniche e balistiche tipiche delle strutture tessili tradizionali, ma che conservi, allo stesso tempo, le caratteristiche di flessibilitÃ tipiche dei tessuti.

NeN'ambito di questo compito, uno scopo del trovato Ã ̈ quello di fornire un prodotto ed il suo metodo di realizzazione, per ottenere una soluzione tessile in grado di rappresentare un'alternativa agli UD ed a superarne i limiti.

Infatti, sempre piÃ¹ spesso e sempre in piÃ¹ numerose applicazioni le soluzioni costituite da fibre aperte disposte in un'unica direzione (UD) su un sottile strato di resina o film termoplastico, sostituiscono i tessuti in quanto rispetto a questi offrono, da un lato, un piÃ¹ basso valore di areal density, pur conservando elevate prestazioni balistiche, dall'altro, a paritÃ di peso, migliori prestazioni.

I prodotti UD non sono realizzati con processi tessili, ma con tecnologie apposite che derivano da altri settori industriali.

Uno scopo del presente trovato Ã ̈ quello di realizzare una struttura, tessile composta, in ordito, da filato di fibra preferibilmente para-aramidica, ma anche UHMPE, vetro, PBO, ed, in trama, materiale termoplastico (PET, PP, PE, UHMWPE, PU, ecc.) in forma di nastrino in film o filato para-aramidico.

Il prodotto cosÃ¬ ottenuto, sottoposto ad opportuna laminazione, in modo da rammollire o fondere parzialmente il materiale termoplastico di trama, crea una struttura in cui le fibre di ordito sono rese solidali tra loro dal materiale termoplastico di trama che funge da legante, in cui la disposizione risulta unidirezionale.

Tale soluzione, se utilizzata in combinazione con un opportuno numero di altri strati dello stesso tipo o anche di altre strutture e materiali tessili, puÃ² permettere, a paritÃ di areal density, una piÃ¹ rapida dissipazione dell'energia del corpo penetrante, in modo da arrestarne il movimento e quindi la penetrazione.

La struttura ed il metodo qui descritti trovano prevalentemente impiego nella realizzazione di soluzioni per protezione balistiche, sia ibride che monolitiche, soprattutto per soft protection.

Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da una struttura tessile per la protezione balistica e dal metodo per la sua produzione, come rivendicati nelle presenti 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 Ã ̈ una vista prospettica della struttura tessile per la protezione balistica, secondo la presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione della struttura tessile; la figura 3 Ã ̈ un'altra vista in sezione della struttura tessile; le figure 4 e 5 illustrano due ulteriori viste prospettiche, parzialmente sezionate, delle strutture tessili costituenti l'oggetto del presente brevetto.

Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il metodo secondo l'invenzione comprende una prima fase di tessitura a piattina, nella quale un primo elemento, indicato con il numero di riferimento 1 , Ã ̈ costituito da fibre o piattine unidirezionali d'ordito.

Queste ultime sono posizionate su apposite cantre e vengono interlacciate in ordito con un secondo elemento 2, costituito da analoghe piattine di filato unidirezionale o film a matrice termoplastica.

I componenti dell'ordito possono comprendere filati o piattine di matrice para-aramidica, quali Kevlar<®>, Twaron<®>, o omologhi disponibili sul mercato, oppure filati o piattine di matrice UHWMPE, quali Spectra<®>, Dyneema<®>, Tensylon<®>, o omologhi disponibili sul mercato.

La trama Ã ̈ vantaggiosamente costituita da filati ad alta tenacitÃ .

Non vi sono limitazioni alla densitÃ lineari dei filati impiegabili.

I componenti della trama sono invece costituiti da piattine di matrice para-aramidica, quali Kevlar<®>, Twaron<®>, o altre disponibili sul mercato, opportunamente trattate con collanti, adesivi o matrici termoplastiche, oppure da piattine di matrice U-HWMPE, quali Spectra<®>, Dyneema<®>, Tensylon<®>, o altre disponibili sul mercato, oppure da film termoplastici di varia natura, quali PE, PU, PP,PA,EVA, o in linea di principio da qualsiasi termoplastico riconducibile ad una possibile estrusione in film.

La migliore condizione per mantenere un rapporto filato/termoplastico, che non infici le proprietÃ di dispersione dell' energia finali, viene ottenuto inserendo in trama piattine di altezza minore o uguale a 2 cm.

II materiale cosÃ¬ prodotto viene sottoposto ad un ulteriore processo di stabilizzazione, consistente in una parziale fusione della matrice termoplastica tramite calandratura o laminazione a caldo, o impiego di 'lampade IR, le cui condizioni variano a seconda del termoplastico impiegato.

La stabilizzazione puÃ² verificarsi sia in linea sul telaio, che in parallelo su opportuni impianti.

La combinazione dei due elementi sopradescritti puÃ² essere ulteriormente impregnata con elementi aggiuntivi, indicati con il numero di riferimento 3, quali matrici termoplastiche, a base di gomma o di polimeri elastomerici o di una loro combinazione, o laminata con film termoplastici di varia natura, quali PE, PU, PP,PA,EVA, Î¿ in linea di principio qualsiasi termoplastico riconducibile ad una possibile estrusione in film.

L'impiego di questi componenti aggiuntivi facilita la distribuzione dell'energia dell'impatto sul supporto sottostante in seguito a deformazione viscoelastica, o per rottura delle fibre o per fibrillazione delle medesime.

L'impregnazione termoplastica permette l'eventuale compattazione di uno o piÃ¹ strati del supporto, costituito dagli elementi 1 e 2 sopraccennati tramite stampaggio.

Con particolare riferimento alle figure 4 e 5 le stesse rappresentano esempi di strutture tessili del tipo in oggetto, in cui con 1 Ã ̈ indicato un film termoplastico o piattina di filato ad alta tenacitÃ , con 2 sono indicati dei filati ad alta tenacitÃ , con 3 dei filati anch'essi ad alta tenacitÃ e con 4 un film termoplastico -web - tessuto non tessuto.

Dati balistici dimostrano che quest'ultima struttura descritta non permette di raggiungere risultati paragonabili all'impiego dei singoli strati.

La presenza di una discontinuitÃ favorisce la riduzione dei traumi derivanti dall'impatto del proiettile e una migliore distribuzione dell'energia.

L'elemento di discontinuitÃ puÃ² essere rappresentato semplicemente da aria, ma ciÃ² non esclude l'impiego di differenti strutture, quali feltri o schiume di differente densitÃ e spessore.

I seguenti esempi sono riconducibili a prove sperimentali eseguite da questa stessa Richiedente ed hanno scopo puramente illustrativo e non limitativo.

Le prove qui di seguito illustrate si riferiscono a pacchetti dal peso compreso tra di 5,10 kg/m2 e 5,2 kg/m2, compatibilmente con i pesi dei singoli strati.

I pacchetti sono stati applicati ad un blocco di plastilina in grado di permettere la verifica del trauma derivante e sparati con le velocitÃ suggerite dalla normativa NIJ, impiegando proiettili di tipo Cai. 9 mm FMJ RN e 44 Mag. JHC allo scopo di misurare il valore di VO.

Tre colpi sono stati sparati per ciascun tipo di pacchetto. Esempio 1

28 strati di tessuto unidirezionale incrociato 0°/90°, composto da un ordito fibra para-aramidica da 930 dtex multifilamento (elemento 1 ) e da piattina di Tensylon<®>, a media tenacitÃ da 2 cm (elemento 2), stabilizzata con film termoplastico a base

I dati di velocitÃ e trauma sono riportati nella seguente tabella:

Cal 9mm FMJRN

Colpo N° VelocitÃ Trauma Peso Pan Trauma proiettile mm nello medio (m/s) (Kg/m2) (mm)

1 444 30 5,12 29,7

2 437 31

Cai. 44 Mag.

Colpo N° VelocitÃ Trauma Peso Pan Trauma proiettile mm nello medio (m/s) (Kg/m2) (mm) 1 439 48 5,13 48,6

2 435 44

3 439 54

Esempio 2

38 strati di tessuto unidirezionale incrociato 0°/90° composto da un ordito fibra para-aramidica da 930 dtex multifilamento (elemento 1 ) e da piattina di film polietilenico ionomerico da 2 cm (elemento2).

I dati di velocitÃ e trauma sono riportati nella seguente tabella:

Cai 9 mm FMJ RN

Colpo N° VelocitÃ Trauma Peso Pan Trauma proiettile mm nello medio (m/s) (Kg/m2) (mm) 1 439 34 5,12 35,7

2 444 38

3 437 35

Cai. 44 Mag. JHC

Colpo N° VelocitÃ Trauma Peso Pan Trauma proiettile mm nello medio (m/s) (Kg/m2) (mm) 1 436 63 5,12 60

2 445 58

3 440 59

Esempio 3

54 strati di tessuto unidirezionale incrociato 0°/90° composto da un ordito fibra para-aramidica da 670 dtex multifilamento (elemento 1 ) e da piattina di film polietilenico ionomerico da 2 cm (elemento2).

I dati di velocitÃ e trauma sono riportati nella seguente tabella:

Cai. 9 mm FMJRN

Colpo N° VelocitÃ Trauma Peso Pan Trauma proiettile mm nello medio (m/s) (Kg/m2) (mm) 1 436 32 5,20 33,0

2 441 35

3 439 32

Cai. 44 Mag. JHC

Colpo N O VelocitÃ Trauma Peso Pan- Trauma proiettile mm nello medio m s K m2 mm

In pratica, la realizzazione dei dettagli puÃ² essere differente sia per quanto riguarda il singolo strato costruttivo del pacchetto, sia per la natura degli elementi componenti il singolo strato.

Si Ã ̈ in pratica constatato che il trovato raggiunge il compito e gli scopi prefissati.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Struttura tessile per la protezione balistica, caratterizzata dal fatto di comprendere - un primo elemento tessile, in direzione ordito, costituito da fibre o materiale unidirezionale in grado di dissipare una parte dell'energia associata all'impatto del proiettile tramite rottura delle fibre o fibrillazione, - un secondo elemento tessile, in direzione trama, costituito da fibre o materiale unidirezionale o materiale termoplastico in grado di cooperare alla dissipazione dell'energia dell'impatto del proiettile - un terzo elemento non tessile, costituito da matrici termoplastiche, a base gomma o di polimeri elastomerici, il cui scopo consiste nella stabilizzazione del prodotto e nella riduzione dei traumi provenienti dall'impatto del proiettile.
2. Struttura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che il primo elemento tessile comprende filati o piattine di matrice para-aramidica, quali Kevlar<®>, Twaron<®>, o simili, oppure filati o piattine di matrice UHWMPE, quali Spectra<®>, Dyneema<®>, Tensylon<®>, o simili.
3. Struttura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che il secondo elemento tessile puÃ² comprendere piattine di matrice para-aramidica, quali Kevlar<®>, Twaron<®>, o simili, trattati con collanti, adesivi o matrici termoplastiche, oppure piattine di matrice UHWMPE, quali Spectra<®>, Dyneema<®>, Ten sylon<®>, o simili, oppure film termoplastici di varia natura, quali PE, PU, PP,PA,EVA, o qualsiasi termoplastico estrudibile in film.
4. Struttura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i suddetti elementi aggiuntivi possono comprendere matrici termoplastiche, a base gomma o di polimeri elastomerici o una loro combinazione, o laminate con film termoplastici di varia natura, quali PE, PU, PP,PA,EVA, o qualsiasi termoplastico estrudibile in film.
5. Struttura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detti primo e secondo elemento sono impregnati o laminati almeno parzialmente.
6. Metodo per la produzione di una struttura tessile per la protezione balistica, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un primo elemento tessile, in direzione ordito, costituito da fibre o materiale unidirezionale in grado di dissipare una parte dell'energia associata all'impatto del proiettile tramite rottura delle fibre o fibrillazione, - un secondo elemento tessile, in direzione trama, costituito da fibre o materiale unidirezionale o materiale termoplastico in grado di cooperare alla dissipazione dell'energia dell'impatto del proiettile - un terzo elemento non tessile, costituito da matrici termoplastiche, a base gomma o polimeri elastomerici, il cui scopo consta nella stabilizzazione del prodotto e nella riduzione dei traumi provenienti dall'impatto del proiettile.
7. Metodo, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il primo elemento, ossia le fibre o le piattine unidirezionali d'ordito, posizionate su apposite cantre, vengono interlacciati in ordito con il secondo elemento, costituito da analoghe piattine di filato unidirezionale o di film a matrice termoplastica.
8. Metodo, secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la struttura risultante subisce un processo di stabilizzazione consistente in una parziale fusione della matrice termoplastica tramite calandratura o laminazione a caldo, o impiego di lampade IR, i cui parametri di processo variano a seconda del termoplastico impiegato.
9. Metodo, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la struttura risultante Ã ̈ ulteriormente impregnata con matrici termoplastiche, a base di gomma o di polimeri elastomerici o di una loro combinazione, o laminata con film termoplastici di varia natura, quali PE, PU, PP,PA,EVA, o qualsiasi termoplastico estrudibile in film.
10. Metodo, secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la struttura risultante subisce una compattazione di uno o piÃ¹ strati del supporto costituito dai suddetti primo e secondo elemento, tramite stampaggio.