MX2007004954A - Blindaje de peso ligero contra balas multiples de alta velocidad. - Google Patents

Abstract

Los articulos reforzados con fibra tienen utilidad para resistencia balistica a balas multiples de alta velocidad, la absorcion del impacto y la resistencia a la penetracion en un blindaje de carroceria, placas de peto, asientos de helicopteros, escudos de lascas y otras aplicaciones. Los articulos estan comprendidos de al menos un laminado frontal y un segundo laminado, con el laminado frontal que comprende al menos un pliegue o capa de fibra inorganica fuerte en una matriz polimerica y el segundo laminado que comprende al menos un pliegue o capa de fibras polimericas fuertes en una matriz polimerica.

Description

BLINDAJE DE PESO LIGERO CONTRA BALAS MÚLTIPLES DE ALTA VELOCIDAD ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1.- Campo de la Invención La invención se refiere a artículos reforzados con fibra, que tienen utilidad para resistencia balística a balas múltiples de alta velocidad, la absorción del impacto y la resistencia a la penetración en un blindaje de carrocería, placas de peto, asientos de helicópteros, escudos de lascas y - otras aplicaciones. 2. Descripción de la Técnica Relacionada El moderno blindaje de carrocería diseñado para la protección contra municiones de armas de fuego cortas a velocidades de aproximadamente 1000 pies/seg (305 m/seg) , usualmente se forma de capas delgadas de telas tejidas u hojas no tejidas de fibras que se doblan conjuntamente en un haz flexible. Sin embargo, el blindaje de carrocería diseñado para abatir balas de rifles pesados con velocidades por arriba de 2000 pies/seg (610 m/seg) , generalmente requiere una construcción más compleja con el fin de satisfacer los requerimientos conflictivos de peso, grosor, flexibilidad, desempeño en múltiples impactos, deformación transitoria (trauma contundente) y durabilidad. El blindaje puede incorporar elementos rígidos, frontales y/o traseros, para deformar la bala o para absorber su energía. Las placas y baldosas, formas comúnmente utilizadas de cerámica, frecuentemente se hacen pedazos en el proceso de deformación de una bala, y por consiguiente ofrecen relativamente poca protección contra subsecuentes impactos de balas . Este problema particularmente se manifiesta cuando la bala contiene un penetrador de acero diseñado para penetrar el armazón. Existen numerosas construcciones de resistencia balística, descrita en la técnica previa, aunque la mayoría no están dirigidas a una protección contra balas de rifle o desempeño en múltiples impactos. La USP 4,111,097 describe un blindaje plegado de multicapas que comprende telas metálicas de acero y tungsteno en una espuma de plástico. La USP 4,868,040 describe un compuesto de tres elementos que comprende un compuesto frontal de tela tejida, un cuerpo de baldosa de cerámica que absorbe la energía y un compuesto trasero de tela tejida. La USP 5,221,807 describe un blindaje que comprende una placa frontal de cerámica que tiene un arreglo regular de celdas, una capa intermedia que- tiene una estructura de panal y una placa trasera que puede ser de fibra Keviar®, compuesto de matriz cerámica o acero. La USP 5,545,455 describe un compuesto rígido que comprende capas de fibras poliméricas cosidas y rodeadas continuamente por una faja de fibra. Las fibras cosidas pueden ser fibras inorgánicas. La USP 5,456,156 describe una carrocería que comprende cerámica reforzada con metal y una placa resistente de respaldo. La USP 5,635,288 describe un compuesto rígido que comprende una placa frontal, monolítica, que consiste de cerámica, acero, vidrio, aluminio, titanio o grafito y una capa trasera que comprende fibras poliméricas, orientadas unidireccionalmente, unidas en sus superficies externa por películas de plástico. La USP 5,677,029 describe un blindaje de compuesto de fibras flexibles con superficies que comprenden carrocerías duras, teseladas, de forma triangular o hexagonal, colocadas de tal manera que se formen múltiples costuras y que el blindaje sea flexible al o largo de las direcciones de la costura. Las carrocerías duras pueden reforzarse con fibras poliméricas o inorgánicas. La USP 6,035,438 describe un blindaje de carrocería que comprende discos de cerámica puestos en un patrón imbricado, intercalado entre las capas de fibras de alta resistencia. La USP 6,510,777 describe un blindaje para vehículo de construcción similar. La USP 6,127,291 describe un compuesto flexible, resistente a la penetración, que comprende sub-pliegues tejidos de fibras balísticas, poliméricas o inorgánicas. La USP 6,323,145 Bl describe una estructura de hilos entrelazados, resistentes a la penetración, de fibras poliméricas o inorgánicas, de alta resistencia. La USP 6,389,594 describe un artículo anti-balas que comprende una placa de cerámica mantenida bajo una presión isostática de al menos 10 atmósferas por una caja de resina. La USP 6,408,733 Bl describe un blindaje para protección contra múltiples balas, que comprende un elemento frontal, de cerámica, monolítico, y un substrato de compuesto de fibras aramidas (resistentes al fuego). La USP 6,532,857 Bl describe un blindaje de arreglo de cerámica que comprende baldosas de cerámica, encapsuladas con elastómero, espaciadas ente sí y una placa trasera de metal, opcional. La USP 6,601,497 B2 describe un componente de blindaje que comprende una baldosa poligonal de cerámica, confinada en un material envolvente en donde el material envolvente puede comprender uno de fibra altamente resistente, una fibra altamente resistente en una matriz de compuesto polimérico, una fibra altamente resistente en una matriz de metal, una banda metálica, altamente resistente, y un alambre metálico altamente resistente. La Solicitud USP 2001/0053645 Al describe un artículo de resistencia balística, de multicapas, que comprende al menos una capa de blindaje duro y al menos una capa de blindaje de fibra, en donde las fibras de un pliegue o capa de fibra están en un ángulo de menos de 45° con respecto a las fibras del pliegue o capa de fibra adyacente. El material de la capa de blindaje duro es un metal, un compuesto de metal/cerámica, una cerámica, un polímero endurecido o combinaciones de los mismos.

Cada uno de los artículos en las patentes citadas anteriormente, representa mejoras en el estado de la técnica. Sin embargo, ninguno describe las construcciones específicas de los artículos de esta invención y ninguno satisface todas las necesidades reunidas en esta invención. Es un objetivo principal de esta invención proporcionar compuestos de peso ligero, de resistencia balística, y de resistencia a la penetración, que tengan capacidad de múltiples impactos contra balas de alta velocidad. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención es un artículo de resistencia balística y resistencia a la penetración, que comprende: a) un laminado frontal que comprende uno o más pliegues o capas, el laminado frontal tiene al menos un pliegue o capa frontal que comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, las láminas en un pliegue o capa tienen la misma composición y construcción, las láminas en pliegues o capas adyacentes del laminado frontal difieren entre sí en su composición y/o construcción, las fibras inorgánicas están comprendidas de filamentos que tienen un resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una densidad de menos de 4.0 g/cm3, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes; y b) un segundo laminado unido frente a frente al laminado frontal, el segundo laminado comprende uno o más pliegues o capas, cada pliegue o capa comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red, las fibras poliméricas tienen una tenacidad de al menos 17 g/d, la red opcionalmente contiene un material de matriz polimérica, un pliegue o capa en el segundo laminado está definido por láminas que tienen la misma composición y construcción, la cual difiere de la composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En las figuras de dibujos acompañantes: La FIGURA 1 es una sección transversal de una modalidad de dos pliegues o capas de un artículo de la invención que tiene un pliegue o capa de fibras inorgánicas unidireccionales en un laminado frontal, y un pliegue o capa de fibras poliméricas en un segundo laminado. La FIGURA 2 es una sección transversal de una modalidad de cinco pliegues o capas de un artículo de la invención que tiene dos pliegues o capas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en un laminado frontal, cada pliegue o capa tiene diferentes composiciones o construcciones, dos pliegues o capas de fibras poliméricas en un segundo laminado, cada pliegue o capa tiene diferentes composiciones o construcciones, y un pliegue o capa de fibras inorgánicas en un tercer laminado. La FIGURA 3 es una sección transversal de una modalidad de cinco pliegues o capas de un artículo de la invención que tiene: a) un laminado frontal que consiste de un pliegue o capa frontal de fibras inorgánicas , unidireccionales, la placa de metal de titanio se incrusta en todas las superficies mediante los pliegues frontales y terceros; b) un segundo laminado que consiste de un pliegue o capa de fibras poliméricas; y c) un tercer laminado que consiste de un pliegue o capa de fibras poliméricas de una composición o construcción diferente a aquéllas en el segundo laminado. La FIGURA 4 es una representación esquemática de un proceso para hacer una lámina. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención es sobre artículos reforzados de fibra que tienen utilidad para resistencia balística a balas múltiples de alta velocidad, absorción de impacto y resistencia a la penetración en un blindaje de carrocería, cascos, placas de peto, asientos de helicópteros, escudos de lascas y otras aplicaciones. La invención es un artículo de resistencia balística y resistencia a la penetración, que comprende: a) un laminado frontal y b) un segundo laminado, unidos frente a frente . El laminado frontal comprende uno o más pliegues o capas, el pliegue o capa frontal el cual comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz. Un pliegue o capa se define por láminas que tienen la misma composición y construcción y que difieren en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes. Las fibras inorgánicas comprenden filamentos que tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una densidad de menos de 4.0 g/cm3. La dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo con respecto a la dirección de las fibras de las láminas adyacentes . El segundo laminado comprende uno o más pliegues o capas, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red. Las fibras poliméricas tienen una tenacidad al menos 17 g/d. La red opcionalmente contiene un material de matriz. Un pliegue o capa se define por láminas que tienen la misma composición y construcción y que difieren en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes . Cuando se utiliza en la presente "laminado" denota una estructura en donde se unen elementos similares a hojas superpuestas (láminas) , ya sea holgadamente, por ejemplo cosiéndolos alrededor de sus bordes o en sus esquinas, o rígidamente, por ejemplo mediante unión aérea total, o en cualquier nivel intermedio, por ejemplo mediante engrapado, remachado, cosido, unión parcial, u otro medios adecuados. Para los propósitos de la presente invención, una fibra es un cuerpo alargado, la dimensión longitudinal del cual es mucho mayor a las dimensiones transversales del ancho y grosor. De acuerdo con esto, cuando se utiliza "fibra" en la presente, incluye uno o una pluralidad de filamentos, cintas, tiras y similares que tienen secciones transversales regulares e irregulares de longitudes continuas o discontinuas. Un hilo es un ensamblaje de fibras continuas o discontinuas. Cuando se utiliza en la presente, "red de fibras" o "red" denota una pluralidad de fibras colocadas en una configuración predeterminada, o una pluralidad de fibras agrupadas conjuntamente para formar un hilo con torsión o sin torsión, cuyos hilos se colocan en una configuración predeterminada. La red de fibras puede tener varias construcciones. Por ejemplo, las fibras o hilo pueden estructurarse como un fieltro, tejido, trenza, tramado, no tejido orientado aleatoriamente (por ejemplo colocado al aire) , no tejido orientado unidireccionalmente, o formarse en una red mediante cualquier técnica convencional . De acuerdo a una configuración de red particularmente preferida, las fibras se alinean unidireccionalmente de modo que las mismas estén sustancialmente paralelas entre sí a lo largo de la dirección longitudinal de la capa de la red. Sin embargo, esto no significa que, imposibilite el uso de un número insustancial de fibras paralelas y/o no-paralelas con el propósito de estabilizar las demás fibras, como se conoce en la técnica. En una modalidad adicional, un artículo de la invención comprende : a) un laminado frontal y b) un segundo laminado, como se describe anteriormente y unido frente a frente, en combinación con c) un tercer laminado, el cual está apilado frente a frente con el segundo laminado. El tercer laminado también comprende uno o más pliegues o capas, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red que no contiene una: matriz. Las fibras poliméricas tienen una tenacidad de al menos 17 g/d, y un pliegue o capa se define por las láminas que tiene la misma composición y construcción y que difieren en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes; En otra modalidad, el artículo de la invención comprende: a) un laminado frontal y b) un segundo laminado, como se describe previamente y unido frente a frente, en combinación con c) un tercer laminado, unido frente a frente al segundo laminado. Este tercer laminado también comprende uno o más pliegues o capas, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica. Un pliegue o capa se define aquí por láminas que tienen la misma composición y construcción y que difieren en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes . Las fibras inorgánicas tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una densidad de menos de 4.0 g/cm3. La dirección de las fibras de cada lámina está en un ángulo con respecto a la dirección de las fibras en las láminas adyacentes . En aún otra modalidad, el artículo de la invención comprende : a) un laminado frontal unido frente a frente a b) un segundo laminado, y c) un tercer laminado apilado frente a frente con el segundo laminado. En esta modalidad, el primer laminado comprende al menos tres pliegues o capas, el pliegue o capa frontal que comprende una pluralidad de fibras inorgánicas, unidireccionales, un segundo pliegue o capa que comprende una placa de metal de titanio, y un tercer pliegue o capa que comprende una pluralidad de fibras inorgánicas, unidireccionales. La placa de metal de titanio que forma el segundo pliegue o capa se incrusta en todas las superficies mediante los primeros y terceros pliegues o capas. Las fibras inorgánicas están comprendidas de filamentos que tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa, y una densidad de menos de 4.0 g/cm3. Como en las modalidades previas, la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes. El segundo y tercer laminados de esta modalidad independientemente comprenden uno o más pliegues o capas, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red. Las fibras poliméricas tienen una tenacidad de al menos 17 g/d, y la red opcionalmente contiene un material de matriz polimérica. Como en las modalidades previas, un pliegue o capa se define por las láminas que tienen la misma composición y construcción y que difieren en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes . Se entenderá que en cada modalidad el laminado frontal está orientado de frente a la dirección de la hebra entrante. La Figura 1 es una vista transversal de un artículo 100 de la invención, que comprende un laminado frontal 50 y un segundo laminado 60. En el artículo ilustrado, el laminado frontal 50 está comprendido de un solo pliegue o capa el cual comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica. La dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes, y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. El segundo laminado 60 se une frente a frente a la laminado frontal 50. El segundo laminado 60 está comprendido de un solo pliegue o capa la cual comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica. La dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes, y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. La Figura 2 es una vista transversal de otro artículo 200 de la invención que comprende un laminado frontal 50, que consiste de dos pliegues 10 y 20; un segundo laminado 60 que consiste de dos pliegues 30 y 40; y un tercer laminado 70 que consiste de un pliegue o capa. Los pliegues 10 y 20 del laminado frontal 50, se distinguen entre sí en que consisten de láminas de diferentes fibras inorgánicas y/o diferentes matrices y/o diferentes construcciones. Los pliegues 30 y 40 del segundo laminado 60 se distinguen entre sí en que consisten de láminas de diferentes fibras poliméricas y/o matrices diferentes o no y/o diferentes construcciones. El laminado 70 cosiste de un solo pliegue o capa en donde la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. La Figura 3 es una vista transversal de aún otro artículo 300 de la invención, que comprende un laminado frontal 80, un segundo laminado 85, y un tercer laminado 90. El laminado frontal 80 está comprendido de tres pliegues o capas. Un plegado frontal 80 consiste de una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. Un segundo pliegue o capa del primer laminado 82 es una placa de metal de titanio, incrustada en todas las superficies mediante el primer y tercer pliegues (81 y 83) . El tercer pliegue o capa 83 del laminado frontal 80 consiste de una pluralidad de l minas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está a un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. El segundo laminado 85 está comprendido de un solo pliegue o capa, que consiste de una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está a un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. El tercer laminado 90 también está comprendido de un solo pliegue o capa que consiste de una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes y la composición y construcción en cada lámina, es idéntica. Preferiblemente, cada uno de los laminados en un artículo de la invención, tiene una construcción balanceada. Una construcción balanceada de laminado es una en la cual todas las láminas se encuentran solamente en ± ?° pares en relación a la línea central del laminado, o a 0/90°. Preferiblemente, el ángulo entre las fibras en las láminas adyacentes, es de 45 a 90 grados. Preferiblemente, los filamentos que comprenden las fibras inorgánicas, tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.4 GPa y una densidad de menos de 3.4 g/cm3, más preferiblemente, una resistencia a la tensión de al menos 3.4 GPa y una densidad de menos de 3.4 g/cm3, y más preferiblemente, una resistencia a la tensión de al menos 4.0 GPa y una densidad de menos de 3.1 g/cm3. Algunos ejemplos de fibras inorgánicas útiles en un laminado de la invención, se listan en la Tabla I. La abreviación "CDV" en la Tabla I, significa vapor químicamente depositado. Los pliegues o capas pueden construirse con las fibras listadas en la Tabla I, individualmente o en combinación. Los filamentos de diferente composición pueden combinarse en una sola fibra/hilo, o las láminas unidireccionales pueden construirse con fibras/hilos de diferente composición puestas paralelamente entre sí en un arreglo regular o irregular. Un pliegue o capa se define por las láminas que tienen la misma composición y construcción y que difieren de la composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes. Un laminado puede construirse con varios pliegues o capas cada uno teniendo una diferente fibra y/o una diferente matriz. Un laminado también puede construirse con varios pliegues o capas cada uno teniendo la misma fibra orgánica y matriz pero teniendo diferentes filamentos y/o concentraciones de matriz. TABLA I a) Specialty Materials, Inc., Lowell, MA b) Nippon-Carbon Co. Ltd.,, Tokio, Japón c) UBE America Inc., New York, NY d) Bayer AG, Leverkusen, Alemania e) Owens Corning, Toledo, OH f) 3M Co., Minneapolis, MN Preferiblemente, las fibras inorgánicas que comprenden un laminado, se de boro o tungsteno depositado con vapor químicamente o carburo de silicio o carbón depositado con vapor químicamente, y combinaciones de los mismos. Preferiblemente, las fibras inorgánicas comprenden de 60 a 95 por ciento en peso del laminado . Las fibras poliméricas que comprenden los pliegues o capas del segundo laminado o un tercer laminado, preferiblemente se seleccionan del grupo que consiste de fibras de polietileno de alto peso molecular, aramida, polibenzazol, bastoncillos de polímero de alta rigidez (tal como la marca M5®) y combinaciones de los mismos . Cuando se utiliza en la presente, el término polietileno, significa un material de polietileno predominantemente lineal que puede contener cantidades menores de ramificación de cadena o comonómeros que no excedan 5 unidades modificadoras por 100 átomos de carbono de la cadena principal, y que también puedan contener mezclados con los mismos no más de aproximadamente 50% en peso de uno o más aditivos poliméricos tales como los alquen-I-polímeros, en particular copolímeros de polietileno, polipropileno o polibutileno de baja densidad, que contengan mono-olefinas como monómeros primarios, poliolefinas oxidadas, copolímeros de poliolefina injertada y polioximetilenos, o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes de filtrado ultravioleta, colorantes y similares . El polietileno de alto peso molecular para los propósitos de esta invención, tiene una viscosidad intrínseca en decalin a 135 °C desde aproximadamente 5 decilitros/gramo (dl/g) hasta aproximadamente 35 dl/g. tales fibras de polietileno de bajo peso molecular, pueden hacerse crecer en solución como se describe en la USP 4,137,394 ó USP 4,356,138, ó un filamento hilado de una solución para formar una estructura de gel, como se describe en la Publ. Alemana No. 3,004,699 y GB No. 2051667, y especialmente como se describe en la USP 4,413,110 y vendida bajo la marca registrada SPECTRA® por Honeywell International Inc. La descripción de la USP 4,413,110 se incorpora en la presente como referencia en la medida en que no sea inconsistente con la misma. Las fibras de polietileno también pueden producirse mediante un proceso de enrollado y extracción como se describe en la UPS 5,702,657 y vendidas bajo la marca comercial TENSYLON® por ITS Industries Inc.

En el caso de fibras de aramida, las fibras adecuadas formadas de poliamidas aromáticas, se describen en las USPs 3,671,542 y 5,010,168 las cuales se incorporan en la presente como referencia. Las fibras de aramida se producen comercialmente por E.l. Dupont Co., bajo las marcas comerciales KEVLAR® y NOMEX®; por Teijin Twaron bajo las marcas comerciales T ARON®, TECHNORA® y TEIJINCONEX®; por Chim Volokno bajo el nombre ARMOS; y por Kamensk Volokno JSC bajo los nombres RUSAR y SVM. Las fibras de co-polímero de aramida de poli (p-fenilen-tereftalamida) y p-fenilen-tereftalamida que tienen módulo moderadamente alto y valores de tenacidad, son particularmente útiles en la presente invención. Un ejemplo de una aramida de copolímero de p-fenilen-tereftalamida en la invención, es la co-poli- (3,4' -oxidifenilen-tereftalamida de parafenileno) . También son útiles en la práctica de esta invención las fibras de poli (m-fenilen-isoftalamida) . Las fibras de polibenzazol adecuadas para la práctica de esta invención, se describen por ejemplo en las USPs 5,286,833, 5,296,185, 5,356,584, 5,534,205 y 6,040,050, incorporadas en la presente como referencia. Preferiblemente, las fibras de polibenzazol son fibras de poli (p-fenilen-2, 6-benzobisoxazol) ZYLON® de Toyobo Co . Los polímeros adecuados de bastoncillos rígidos que tienen la estructura de la marca M5® de fibra, se describe en las USPs 5,674,969, 5,939,553, 5,945,537 y 6,040,478, incorporadas en la presente como referencia. Una fibra preferida es la marca M5® disponible de Magellan Systems International , LLC . Las redes de fibras en los pliegues o capas del segundo laminado o un tercer laminado, pueden construirse con las fibras poliméricas listadas con anterioridad individualmente o en combinación. Los filamentos de diferente composición pueden combinarse en una sola fibra. Las redes de fibras unidireccionales pueden construirse con fibras de diferente composición, colocadas paralelas entre sí en un arreglo regular o irregular. Los fieltros, trenzados, tejidos o telas tejidas pueden emplear diferentes fibras en diferentes direcciones. Un pliegue o capa se define por las láminas que tienen la misma composición y construcción que difiere en su composición y/o construcción de las láminas en los pliegues o capas adyacentes. El segundo laminado o un tercer laminado puede construirse con varios pliegues o capas cada uno teniendo una diferente fibra polimérica, una matriz diferente o no, o una diferente construcción de red de fibras. Como las diferentes fibras poliméricas tienen diferente efectividad balística a los proyectiles de diferentes velocidades, se prefiere construir el segundo laminado con pliegues o capas que contengan la fibra que es más efectiva contra proyectiles de alta velocidad, más cerca del laminado frontal . Preferiblemente, las fibras poliméricas comprenden de 75 a 100 por ciento en peso del segundo laminado, el resto es un material matriz. Las matrices poliméricas empleadas en las redes de fibra orgánica, preferiblemente tienen un módulo de tensión inicial de al menos 400,000 psi (2.76 GPa) según se mide por el ASTM D638-94b. Más preferiblemente, la matriz polimérica en al menos un pliegue o capa del laminado frontal, tiene un módulo de tensión inicial de al menos 1 x 106 psi (6.9 GPa), según se mide por el ASTM D638-94b. Las resinas de matriz de módulo elevado, útiles en un laminado de la invención, incluyen alilos termoendurecibles, aminos, cianatos, epoxis, fenólicos, poliésteres insaturados, bismaleimidas, poliuretanos rígidos, siliconas, esteres de vinilo y sus copolímeros y mezclas. Solamente es importante que la resina de matriz posea el módulo necesario de tensión inicial . Se prefieren las resinas termoendurecibles de éster de vinilo. Preferiblemente, el éster de vinilo es uno producido por la esterificación de una resina de epoxi polifuncional con un ácido monocarboxílico insaturado, usualmente ácido metacrílico o acrílico. Los esteres de vinilo ilustrativos incluyen diglicidil-adipato, diglicidil-isoftalato, di- (2,3- epoxibutil) adipato, di- (2,3-epoxibutil) oxalato, di- (2,3-epoxihexil) succinato, di- (3 ,4-epoxibutil) -maleato, di- (2,3-epoxioctil) -pimelato, di- (2, 3-epoxibutil) -ftalato, di- (2,3-epoxioctil) -tetrahidroftalato, di- (4, 5-epoxidodecil) -maJteato, di- (2, 3-epoxibutil) -tereftalato, di- (2 , 3-epoxipentil) -tiodiproprionato, di- (5, 6-epoxitetradecil) -difenildicarboxilato, di- (3,4-epoxiheptil) -sufonildibutirato, tri- (2, 3-epoxibutil) -1,2,4-butantricarboxilato, di- (5,6-epoxipentadecil) -maleato, di- (2, 3-epoxibutil) azelato, di- (3,4-epoxipentadecil) -citrato, di- (4, 5-epoxioctil) -ciclohexan-1, 3-dicarboxilato, di- (4, 5-epoxioctadecil) -malonato, poliéster de ácido bisfenol-A-fumárico y materiales similares. Son más preferidas las resinas de éster de vinilo a base de epoxi, tal como las resinas DERAKANE®, fabricadas por Dow Chemical Company. Las matrices poliméricas que se emplean opcionalmente en los pliegues o capas del segundo laminado, preferiblemente son elastómeros que tienen módulo de tensión inicial de menos de 6000 psi (41.3 MPa) según se mide por el ASTM D638-94b. Una amplia variedad de materiales elastoméricos y formulaciones que tienen bajos módulos apropiados, pueden utilizarse en esta invención. Por ejemplo, puede emplear cualquiera de los siguientes materiales: polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolímeros de etileno-propileno, terpolímeros de etileno-propileno-dieno, polímeros de polisulfuro, elastómeros de poliuretano, polietileno clorosulfinado, policloropreno, polivinilcloruro plastificado utilizando dioctil-ftalato u otros plastificantes bien conocidos en la técnica, elastómeros de butadien-acrilonitrilo, poli (isobutilen-co-isopreno) , poliacrilatos, poliésteres, poliéteres, fluoroelastómeros, elastómeros de silicona, elastómeros termoplásticos, copolímeros de etileno. Se prefieren los copolímeros de bloque de dienos conjugados y copolímeros aromáticos de vinilo. Muchos de estos polímeros se producen comercialmente por Kraton Polymers, Inc . Alternativamente, si el artículo de la invención va a utilizarse en blindaje duro, o tiene un rol estructural, la matriz polimérica opcionalmente empleada en los pliegues o capas del segundo laminado, preferiblemente tiene un módulo de tensión inicial de menos de 400,000 psi (2.76 GPa), más preferiblemente 1 x 106 psi (6.9 GPa) según se mide por el ASTM D638-94b. Se prefieren las resinas termoendurecibles de éster de vinilo. Cuando se utiliza en la presente, el término "matriz" no implica ningún grado particular de llenado de volumen vacio en o entre las láminas . Como las propiedades de impacto de un laminado, se determinan casi completamente mediante el contenido de fibra, y es deseable minimizar el peso del laminado, el contenido de matriz preferiblemente se mantiene lo más bajo posible consistente con los requerimientos de procesos particulares de fabricación. El nivel de matriz necesario para estabilizar las láminas y para mantener una operación de fabricación robusta, será conocido para la persona experta en la técnica. La resina de matriz puede aplicarse a las fibras de varias maneras y puede utilizarse cualquier método conocido para aquellos expertos en la técnica. Preferiblemente, una lámina de fibra unidireccional en una matriz se forma en un proceso continuo, ilustrado esquemáticamente en la Figura 4. Las fibras se suministran desde un porta-bobinas y se pasan por una estación 104 de peinado para formar una red unidireccional. Las diferentes fibras pueden colocarse en el porta-bobinas para producir una red de fibras con un arreglo periódico u otro arreglo de las fibras en una dirección transversal . La red de fibras se coloca entonces en una banda transportadora que pueda ser de un papel o una película de plástico o substrato 106 de hoja de plástico. La composición de la matriz se aplica a la red de fibras en 108. La composición de matriz puede contener un diluyente solvente o puede estar en la forma de una dispersión acuosa para hacer más fácil su aplicación. La red de fibras revestidas se pasa entonces a través de un par de rodillos 110. Los rodillos distribuyen la composición de la matriz entre las fibras. Los rodillos pueden diseñarse para crear una matriz distribuida no uniformemente, como se describen en la USP 5,093,158 incorporada en la presente como referencia en la medida que no sea incompatible con la misma. La red de fibras se pasa entonces por un horno 112 caliente para evaporar cualquier solvente o agua en la composición de la matriz. Se utiliza un rodillo 116 de laminación para jalar la banda transportadora y el preimpregnado a través del sistema. El substrato y el preimpregnado que se convertirán en una lámina, pueden enrollarse en un rodillo 118 en la preparación para la construcción de un artículo de la invención. Un pliegue o capa de un laminado preferido se produce preferiblemente de rollos continuos de preimpregnados unidireccionales como se describe anteriormente mediante una operación de plegado transversal continuo que emplea el método de la USP 5,173,138 ó 5,766,725, incorporadas en la presente como referencia en la medida en que no sean incompatibles con la misma, o mediante estratificación manual, o mediante cualquier medio adecuado . Con referencia a los aparatos y dibujos de la USP 5,173,138, un rollo de preimpregnado se colocada en el rollo 11 de desbobinado de la máquina de plegado transversal y un segundo rollo de preimpregnado se coloca en el rodillo 17 de desbobinado. La trama o tela transportadora puede quitarse del preimpregando o puede volverse parte del laminado final . Las composiciones de fibra de los rollos de preimpregnado, pueden ser las mismas o diferentes. Los preimpregnados (láminas) se consolidan mediante la aplicación de calor y presión en el aparato de plegado transversal . Las resinas de matriz reticulable generalmente no se curan en esta etapa de construcción. Para construir pliegues o capas de las láminas preferidas con más de un par de láminas, el producto trans-plegado puede trans-plegarse por sí mismo, y trans-plegarse de nuevo una pluralidad de veces para producir una construcción deseada de laminado. En cada operación de trans-plegado, puede duplicarse el número de láminas. Alternativamente, la segunda y subsecuente operaciones de transplegado pueden hacerse con diferentes números de lámina en los preimpregnados para ser crans-plegadas . Cuando el número de láminas llega a ser demasiado grande para una formación de rollo continuo, el trans-plegado puede realizarse a mano o mediante cualquier medio. Finalmente, los pliegues o capas se montan apilándolos conjuntamente frente a frente. Los pliegues o capas pueden unirse pegándolos bajo presión y a una temperatura suficiente para curar cualquier resina de matriz de termo-endurecimiento.

Se emplean temperaturas desde aproximadamente 90° hasta aproximadamente 160 °C y presiones desde aproximadamente 100 psi hasta aproximadamente 2500 psi (69 - 17,000 kPa) , dependiendo de los tipos de fibras y matriz presentes. Los artículos de la invención poseen en una combinación hasta ahora no vista, un peso ligero y una resistencia de balística a balas múltiples de alta velocidad. Una medida de eficiencia de peso es la absorción de energía específica del laminado a la velocidad V50. La velocidad V50 es aquella velocidad a la cual el 50% de las balas penetrarán el laminado según se determina por MIL-STD 662E. Preferiblemente, cuando un laminado de la invención, se impacta por proyectiles de bala M80, de 7.62 x 51, 147 granos (9.53 g) , tiene una absorción de energía específica a la velocidad V50 de al menos 100 J-m2/Kg. Notablemente, la resistencia de un artículo de la invención a la penetración de subsecuentes balas que impactan en un área pequeña, permanece sin afectar incluso después de múltiples impactos. Aún más notablemente, un artículo de la invención mantiene su resistencia a la penetración de múltiples impactos de balas que contienen núcleos de acero diseñados para penetrar blindajes. Es decir en marcado contraste con los artículos que tienen elementos de cerámica monolítica, no reforzados, estos son destrozados por la primera bala. Preferiblemente, un artículo de la invención, cuando se impactan sucesivamente por proyectiles de bala M80, de 7.62 x 51, 147 granos (9.53 g) , a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tiene una velocidad de penetración mínima para una tercera bala de no menos de 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala, más preferiblemente no menos de 95% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala. Aún más preferiblemente, un artículo de la invención, cuando se impacta sucesivamente por proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51, 147 granos (9.53 g) a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tiene una velocidad de penetración mínima para una quinta bala de no menos de 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala, nuevo más preferiblemente no menos del 95% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala. Todavía más preferiblemente, un artículo de la invención, cuando se impacta sucesivamente por proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51, 147 granos (9.53) a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tiene una velocidad de penetración mínima contra una séptima bala de no menos de 90% de la velocidad de penetración mínima de una tercera bala, más preferiblemente no menos del 95% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala.

Preferiblemente también, un artículo de la invención, cuando se impacta sucesivamente por proyectiles de bala tipo 56, de 7.62 X 29, 123 granos (7.97 g) (Russian AK-47) con núcleos penetradores de acero, a una velocidad de al menos 1900 pies/seg (579 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tiene una velocidad de penetración mínima para una tercera, quinta o séptima bala, de no menos del 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala. Sin estar sujeto a una teoría particular por la cual la invención funcione, se cree que la alta dureza de las fibras inorgánicas en el laminado frontal, actúa para deformar y reducir la velocidad de la bala de la misma manera que lo haría una placa monolítica del mismo material. Sin embargo, debido a que las fibras se colocan en un arreglo unidireccional, la fracturación de las fibras se confina a una pequeña distancia a lo largo de sus longitudes . También en contraste con una red tejido donde hay conexión directa entre las fibras, la onda de choque balístico se atenúa cuando se transmite a través de la matriz a fibras lateralmente adyacentes pero no conectadas. Por consiguiente, muchas fibras en un área dada del laminado frontal, permanecen intactas y están disponibles para realizar la misma función de deformar y reducir la velocidad de las subsecuentes balas .

Los siguientes ejemplos se presentan para proporcionar un entendimiento más completo de la invención. Las técnicas específicas, condiciones, materiales, proporciones y datos reportados, establecidos para ilustrar los principios de la invención, son ejemplares y no deberán interpretarse como limitantes del alcance de la invención. EJEMPLOS Ejemplo Comparativo Se construyó un panel de lámina que consiste de una placa frontal de carburo de silicio (SiC) monolítico y un laminado trasero unido a la placa de SiC que consiste de láminas de fibras unidireccionales, de polietileno de bajo peso molecular. La placa frontal de SiC tuvo dimensiones de 15.2 cm x 15.2 cm x 0.587 cm y la misma tuvo una densidad de área de 3.76 libras/pie2 (18.38 Kg/m2) . La placa de SiC se fabricó por Saint-Gobain Advanced Ceramics, Niagra Falls, NY. La misma fue una forma sinterizada de a-SiC que tenía una densidad de 3.10 g/cm3, un módulo de elasticidad de 410 GPa y una Dureza Knoop de 2800 kg/mm2. El laminado trasero consistió de hojas PCR de 56 SPECTRA SHIELD® de Honeywell International Inc., unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consistió de dos láminas unidireccionales de fibras de polietileno de alto peso molecular en una matriz elastomérica, termoplástica, y trans- plegado a 0o/90o. El grosor del laminado trasero fue de 0.3 pulgadas (0.76 cm) , y tuvo una densidad de área de 1.51 libras/pie2 (7.38 Kg/m2) . La densidad de área total del panel de lámina, fue de 5.27 libras/pie2 (25.75 Kg/m2). El panel de lámina de 1.35 cm de grueso, se baleó sucesivamente con dos proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51 mm, 147 granos (9.53 g) . La primera bala disparada a una velocidad de 3081 pies/seg (939 m/seg) , no penetró el panel de lámina pero destrozó la placa frontal de SiC. La segunda bala disparada a una velocidad de solamente 1625 pies/seg (495 m/seg) , penetró el panel de lámina. Ejemplo 1 La fibra de boro depositado con vapor químicamente (CVD) en cinta pre-impregnada unidireccional de tungsteno, se obtuvo de Specialty Materials, Inc., Lo ell, MA. Los filamentos de boro CVD fueron de 0.004 pulgadas (0.0102 cm) de diámetro, y tuvieron una densidad de 2.60 g/cm3 y una resistencia a la tensión de 3.44 GPa. Las fibras de boro CVD fueron del 67 por ciento en peso de la cinta pre-impregnada, siendo el resto resina de epoxi. Treinta y cuatro de las cintas unidireccionales de fibra de boro CVD/epoxi, se trans-plegaron 0o/90o y formaron en un laminado frontal en una prensa a 121°C, y 1.0 MPa. La densidad de área de este laminado de 15.2 cm x 15.2 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2).

Un segundo laminado se formó de hojas de 74 SPECTRA SHIELD® PCR de Honeywell International Inc . , unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consistió de dos láminas unidireccionales, internas, de fibras de polietileno de alto peso molecular, en una matriz, trans-plegada 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa). Las fibras de polietileno de alto peso molecular, tuvieron una tenacidad de 30 g/d y comprendieron 90 por ciento en peso de las láminas. Este segundo laminado se unió (adhirió) frente a frente al primer laminado para crear un artículo de panel de la invención que tuviera una densidad de área de 4.0 libras/pie2 (19.6 Kg/m2) . Este panel de 1.54 cm de grueso se baleó sucesivamente con balas de casquillo de acero de 7.62 X 51 mm, 147 granos (9.53 g) en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla II más adelante. Las balas impactaron el laminado frontal del panel .

TABLA II Las primeras dos balas penetraron el artículo de la invención a velocidades de 2719 pies/seg (829 m/seg) y 2521 pies/seg (768 m/seg) . La tercera bala se disparó a una velocidad de 2379 pies/seg (725 m/seg), no penetró el panel. Por lo tanto, la velocidad de penetración mínima para la primera bala, se conoció por ser de al menos 2379 pies/seg (725 m/seg) . Notablemente, la quinta, séptima, novena y onceava balas disparadas en el mismo panel a velocidades de no menos del 98% de la velocidad de penetración mínima de la primera bala, tampoco penetraron el panel. El artículo de la invención también fue resistente a la penetración, cumpliendo al menos los requerimientos del Estándar NIJ 0115.00 para protección contra apuñalamiento Tipo 1. Ejemplo 2 La fibra de boro depositado con vapor químicamente (CVD) en cinta pre-impregnada unidireccional de tungsteno, se obtuvo de Specialty Materials, Inc., Lowell, MA. Los filamentos de boro CVD fueron de 0.004 pulgadas (0.0102 cm) de diámetro, y tuvieron una densidad de 2.60 g/cm3 y una resistencia a la tensión de 3.44 GPa. Las fibras de boro CVD fueron del 67 por ciento en peso de la cinta pre-impregnada, siendo el resto resina de epoxi . Treinta y cuatro de las cintas unidireccionales de fibra de boro CVD/epoxi, se trans-plegaron 0o/90o y formaron en un laminado frontal en un autoclave a una temperatura de 116 °C, una presión externa de 344 MPa y vacío de 96 kPa. La densidad de área de este laminado de 15.2 cm x 14.0 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un segundo laminado se formó de hojas consolidadas de 112 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR. unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consistió de dos láminas unidireccionales, internas, de fibras de polietileno de alto peso molecular, en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de polietileno de alto peso molecular, tuvieron una tenacidad de 30 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 3.0 libras/pie2 (14.66 Kg/m2). El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal para crear un artículo de panel de la invención de 1.49 cm de grosor y tenía una densidad de área de 5.0 libras/pie2 (24.4 Kg/m2). Este panel se baleó sucesivamente con proyectiles de bala tipo 56, de 7.62 X 39 mm, 123 granos (7.97 g) (Russian AK-47) , con núcleos penetradores de acero, en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla III . Las balas impactaron el laminado frontal del panel . TABLA III El artículo de panel de la invención mantuvo su velocidad de penetración mínima de al menos 1908 pies/seg (582 m/seg) , incluso después de haberse disparado nueve balas en el mismo. ?jemplo 3 Un laminado frontal se formó idéntico al laminado frontal del Ejemplo 2. La densidad de área de este laminado frontal, tenía dimensiones de 15.2 cm x 14.0 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2) . Un segundo laminado se formó de hojas consolidadas de 172 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR, unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consistió de dos láminas unidireccionales, internas, de fibras de polietileno de alto peso molecular, en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de polietileno de alto peso molecular, tuvieron una tenacidad de 30 g/d, y la densidad de área de este laminado fue de 3.99 libras/pie2 (19.5 Kg/m2). El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal, creando un artículo de panel de la invención de 2.76 cm de grosor y una densidad de área de 5.99 libras/pie2 (29.3 Kg/m2). Este panel se baleó sucesivamente con proyectiles con casquillo de acero de bala M80, de 7.62 X 51 mm, 147 granos (9.53 g) en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla IV. Las balas impactaron el laminado frontal del artículo. TABLA IV El articulo de panel de la invención mantuvo su velocidad de penetración mínima de al menos 3018 pies/seg (920 m/seg) , incluso después de haberse disparado cuatro balas en el mismo. Ejemplo 4 Un laminado frontal se formó idéntico al laminado frontal del Ejemplo 2. La densidad de área de este laminado frontal, tenía dimensiones de 15.2 cm x 14.0 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un segundo laminado se formó idéntico al segundo laminado del Ejemplo 3. La densidad de área de este laminado fue de 3.99 libras/pie2 (19.5 Kg/m2) . Un tercer laminado se formó de 24 hojas de material GOLDFLEX® de Honeywell International, apiladas frente a frente y cosidas conjuntamente alrededor de sus bordes, cada hoja consistió de cuatro láminas unidireccionales, internas, de fibras de aramida en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de aramida tuvieron una tenacidad de 22 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 1.14 libras/pie2 (5.57 Kg/m2) . El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal y el tercer laminado se apiló frente a frente con el segundo laminado para crear un artículo de panel de la invención de 3.48 cm de grosor y tuvo una densidad de área de 5.99 libras/pie2 (29.3 Kg/m2). Este artículo se baleó sucesivamente con proyectiles de bala tipo 56, de 7.62 X 39, 123 granos (7.97 g) (Russian AK-47) , con núcleos penetradores de acero, en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla V. Las balas impactaron el laminado frontal del artículo. TABLA V El artículo de la invención mantuvo su velocidad de penetración mínima de al menos 3111 pies/seg (948 m/seg) , incluso después de haberse disparado seis balas en el mismo. Ejemplo 5 Un laminado frontal se formó idéntico al laminado frontal del Ejemplo 1. La densidad de área de este laminado frontal, tenía dimensiones de 15.2 cm x 15.2 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un segundo laminado se formó de 27 hojas de una tela tejida de aramida que contenía 15 por ciento en peso de una resina de matriz de éster de vinilo. La tela fue un tejido plano que tenía 21 x 21 puntas/pulgada (8.27 puntas/cm), tejido de 1500 denier de hilo KEVLAR® 29 y se obtuvo de Barrday, Inc. La resina de matriz fue Derekane 411 de Dow Chemical Co. que contenía 1.5% de agente de curado de 2 , 5-dimetil-2 , 5-di (2-etilhexanoil-peroxi) -hexano. Las hojas de tela impregnadas se apilaron y unieron conjuntamente calentando y curando la resina a 120°C bajo presión de 500 psi (3.45 MPa). El módulo de tensión inicial de la resina limpia en el estado curado es de 460,000 psi (3.17 GPa). La densidad de área del segundo laminado fue de 1.72 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un tercer laminado se formó de 24 hojas de material GOLDFLEX® (Honeywell International Inc . ) , apiladas frente a frente y cosieron conjuntamente alrededor de sus bordes, cada hoja que consiste de cuatro láminas unidireccionales, internas, de fibras de aramida en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y que tenía una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue de un elastómero de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de aramida tuvieron una tenacidad de 22 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 1.14 libras/pie2 (5.57 Kg/m2). El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal y el tercer laminado se apiló frente a frente con el segundo laminado para crear un artículo de la invención que tuviera una densidad de área de 4.86 libras/pie2 (23.8 Kg/m2) . Este artículo se baleó sucesivamente con proyectiles con casquillo de acero de bala M80, de 7.62 X 51 mm, 147 granos (9.53 g) , en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla VI. Las balas impactaron el laminado frontal del artículo. TABLA VI El artículo de la invención mantuvo su velocidad de penetración mínima de al menos 1950 pies/seg (594 m/seg) , incluso después de haberse disparado ocho balas en el mismo. Ej emplo 6 La fibra de boro depositado con vapor químicamente (CVD) en cinta pre-impregnada unidireccional de tungsteno, se obtuvo de Specialty Materials, Inc., Lowell, MA. Los filamentos de boro CVD fueron de 0.004 pulgadas (0.0102 cm) de diámetro, y tuvieron una densidad de 2.60 g/cm3 y una resistencia a la tensión de 3.44 GPa. Las fibras de boro CVD fueron del 67 por ciento en peso de la cinta pre-impregnada, siendo el resto resina de epoxi. Diecisiete de las cintas unidireccionales de fibra de boro CVD/epoxi se apilaron conjuntamente, se trans-plegaron a 0°/90° para formar el pliegue o capa frontal. Una placa de titanio de 11 cm x 11 cm de 1.8 cm de grosor, se colocó en esta pila para formar un segundo pliegue o capa, y diecisiete adicionales de las cintas unidireccionales de fibra de boro CVD/epoxi, se colocaron en la pila, se trans-plegaron a 0o /90o para formar un tercer pliegue o capa. La pila entera con la placa de titanio en el centro se formó entonces en un laminado frontal en un autoclave a una temperatura de 116°C, una presión externa de 344 KPa y vacío de 96 kPa. La densidad de área de este laminado de 15.2 cm x 14.0 cm x 0.526 cm, fue de 2.86 libras/pie2 (14.0 Kg/m2). La placa de titanio se incrustó en todas las superficies mediante los pliegues frontales y terceros pliegues del laminado frontal. Un segundo laminado se formó de hojas consolidadas 103 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR, unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consistió de dos láminas unidireccionales, internas, de fibras de polietileno de alto peso molecular, en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de polietileno de alto peso molecular, tuvieron una tenacidad de 30 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un tercer laminado se formó de 24 hojas de material GOLDFLEX® (Honeywell International Inc.), apiladas frente a frente y cosidas conjuntamente alrededor de sus bordes, cada hoja consistió de cuatro láminas unidireccionales, internas, de fibras de aramida en una matriz, se trans-plegaron 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz fue un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa) . Las fibras de aramida tuvieron una tenacidad de 22 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 1.14 libras/pie2 (5.57 Kg/m2) .

El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal y el tercer laminado se apiló frente a frente con el segundo laminado para crear un artículo de la invención, que tuvo una densidad de área de 6.0 libras/pie2 (29.3 Kg/m2). Este artículo se baleó sucesivamente con proyectiles de bala tipo 56 de 7.62 x 54R, 149 granos (9.66 g) , (Russian Dragnov, LPS) , con núcleos penetradores de acero, en la secuencia y con los resultados mostrados en la Tabla VII. Las balas impactaron el laminado frontal del artículo . TABLA VII El artículo de la invención mantuvo su velocidad de penetración mínima de al menos 2344 pies/seg (714 m/seg) , incluso después de haberse disparado cuatro balas en el mismo. Ejemplo 7 Un laminado frontal se formó idéntico al laminado frontal del Ejemplo 1. La densidad de área de este laminado frontal, tenía dimensiones de 15.2 cm x 15.2 cm x 0.526 cm, fue de 2.0 libras/pie2 (9.77 Kg/m2).

Un segundo laminado se formó de cinco hojas de fieltro de PBO (poli (p-fenilen-2 , 6-benzobisoxazol) ) que tenía un cambray KEVLAR®. El fieltro de PBO se diseña de PBO/KR-KR de Bayrische ollfilz Fabrik y tuvo una densidad de área de 0.27 libras libras/pie2 (1.35 Kg/m2) y un grosor inicial de 4 mm. Las hojas de fieltro se apilaron conjuntamente frente a frente con películas de polietileno de 0.35 mm de grosor entre las hojas y en ambos lados de la pila, y la pila se moldea a 120 °C bajo una presión de 100 psi (0.69 MPa). El segundo laminado tuvo un grosor de 10 mm y una densidad de área de 1.38 libras/pie2 (6.75 Kg/m2) . Un tercer laminado se formó de 24 hojas de material GOLDFLEX®, apiladas frente a frente y cosidas conjuntamente alrededor de sus bordes, cada hoja consistió de cuatro láminas unidireccionales, internas, de fibras de aramida en una matriz, trans-plegadas 0°/90°, y tuvieron una película externa de plástico en cada superficie. La matriz es un elastómero termoplástico de estireno-isopreno-estireno que tenía un módulo de tensión de 200 psi (1.4 MPa). Las fibras de aramida tuvieron una tenacidad de 22 g/d. La densidad de área de este laminado fue de 1.14 libras/pie2 (5.57 Kg/m2). El segundo laminado se unió frente a frente con el laminado frontal y el tercer laminado se apiló frente a frente con el segundo laminado para crear un artículo de la invención de 4.52 libras/pie2 (22.1 Kg/m2). Se cree que este panel cuando se impactó sucesivamente en el laminado frontal por proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51, 147 granos (9.53 g) , a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) , dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tendría una velocidad de penetración mínima para una tercera bala de no menos del 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala. Ejemplo 8 Las fibras de carburo de silicio, depositadas con vapor químicamente SCS-ULTRA® en fibras de carbono, se obtuvieron de Specialty Materials, Inc. Las fibras de SiC CVD son de 0.0056 pulgadas (0.0142 cm) de diámetro, y tienen una resistencia a la tensión de 5.86 GPa y una densidad de 3.0 g/cm3. Las fibras se formaron en un preimpregnado unidireccional utilizando el aparato ilustrado en la Figura 3. Una resina de éster de epoxi-vinilo DERAKANE® que tiene un módulo de tensión de 450,000 psi (3.1 GPa), se aplica como la matriz. Las fibras de SiC CVD constituyen 90 por ciento en peso del preimpregnado. El preimpregnado se trans-pliega 0°/90° utilizando el método y aparato descritos en la USP 5,173,138. Dieciséis de las hojas trans-plegadas (32 láminas) se unieron conjuntamente para formar un laminado frontal, que tiene una densidad de área de 2.70 libras/pie2 (13.2 Kg/m2). Un segundo laminado se forma de hojas de 37 SPECTRA SHIELD® PCR, unidas conjuntamente bajo calor y presión, cada hoja consiste de dos láminas unidireccionales de fibras de polietileno de alto peso molecular, en una matriz elastomérica, termoplástica, se trans-pliegan 0°/90°. Las fibras de polietileno de alto peso molecular, tienen una tenacidad de 30 g/d. La densidad de área del segundo laminado, es de 2 libras/pie2 (9.77 Kg/m2). Un tercer laminado se forma mediante un método idéntico al utilizado para formar el laminado frontal excepto que solamente ocho de las hojas (16 láminas) trans-plegadas de SiC CVD, se unen conjuntamente. La densidad de área del tercer laminado es de 1.35 libras/pie2 (6.60 Kg/m2). El laminado frontal, el segundo laminado y el tercer laminado se unen conjuntamente frente a frente para crear un panel laminado de la invención, que tiene una densidad de área de 5.64 libras/pie2 (27.6 Kg/m2). Se cree que este panel, cuando se impacta sucesivamente en el laminado frontal con proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51, 147 granos (9.53 g) a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tendría una velocidad de penetración mínima para una tercera bala de no menos de 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala. Habiendo descrito así la invención en detalles muy completos, se entenderá que tal necesidad de detalles no se adherirá estrictamente a pero que pueden sugerirse en sí mismos cambios y modificaciones adicionales a un experto en la técnica, todos caerán con el alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntadas.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1.- Un artículo caracterizado porque comprende: a) un laminado frontal que comprende uno o más pliegues o capas, uno de dichos pliegues o capas es un pliegue o capa frontal que comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, las láminas en un pliegue c capa tienen la misma composición y construcción, las láminas en pliegues o capas adyacentes del laminado frontal difieren entre sí en su composición o construcción, dichas fibras inorgánicas están comprendidas de filamentos que tienen un resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una de menos de 4.0 g/cm3, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes; y b) un segundo laminado unido frente a frente al laminado frontal, el segundo laminado comprende uno o más pliegues o capas, cada dicho pliegue o capa comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red, las fibras poliméricas tienen una tenacidad de al menos 17 g/d, la red opcionalmente contiene un material de matriz polimérica, las láminas en un pliegue o capa tienen la misma composición y construcción, la cual difiere de la composición y/o construcción, las láminas en los pliegues o capas adyacentes del segundo laminado difieren en su composición y construcción.
2. 2.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente comprende un tercer laminado apilado frente a frente a dicho segundo laminado, dicho tercer laminado comprende uno o más pliegues o capas, cada dicho pliegue o capa comprende una pluralidad de láminas de fibras poliméricas en una red que opcionalmente contiene una matriz, las fibras poliméricas tienen una tenacidad de al menos 17 g/d, las láminas en un pliegue o capa tienen la misma composición y construcción, las láminas en los pliegues o capas adyacentes del tercer laminado difieren en su composición o construcción.
3. 3.- El artículo de la reivindicación 2, caracterizado porque el laminado frontal consiste de un pliegue o capa frontal de fibras inorgánicas, unidireccionales, un segundo pliegue o capa de una placa de metal de titanio, y un tercer pliegue o capa de fibras inorgánicas, unidireccionales, la placa de titanio está incrustada en todas las superficies mediante dichos primer y tercer pliegues o capas, dichas fibras inorgánicas comprenden filamentos que tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una densidad de menos de
4. 4.0 g/cm3, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes . 4.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente comprende un tercer laminado unido frente a frente con dicho segundo laminado, dicho tercer laminado comprende uno o más pliegues o capas, cada dicho pliegue o capa comprende una pluralidad de láminas de fibras inorgánicas, unidireccionales, en una matriz polimérica, las láminas en un pliegue o capa tiene la misma composición y construcción, las láminas en pliegues o capas adyacentes del tercer laminado difieren en su composición o construcción, dichas fibras inorgánicas comprenden filamentos que tienen una resistencia a la tensión de al menos 2.0 GPa y una densidad de menos de 4.0 g/cm3, en donde la dirección de las fibras en cada lámina está en un ángulo en la dirección de las fibras en las láminas adyacentes .
5. 5.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque las láminas comprenden el segundo laminado comprende redes de fibra no tejida unidireccionalmente.
6. 6.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque los filamentos comprenden dichas fibras inorgánicas tienen una resistencia a la tensión de al menos 4.0 GPa y una densidad de menos de 3.1 g/cm3.
7. 7. - El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque dichas fibras inorgánicas se seleccionan del grupo que consiste de boro depositado químicamente con vapor, carburo de silicio depositado químicamente con vapor, ß-SiC, ß-SiC en una fase amorfa de Si-O-C, vidrio E, vidrio S, una composición (54.4% de Si, 32.4% de C, 10.2% de O, 2% de Ti), una composición (55.3% de Si, 33.9% de C, 9.8% de O, 1.0% de Zr) , SiBN3C con 1-3% de O y combinaciones de los mismos.
8. 8.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque dichas fibras poliméricas se seleccionan del grupo que consiste de polietileno de alto peso molecular, aramida, polibenzazol, polímero de bastoncillos rígidos, y combinaciones de los mismos.
9. 9.- El articulo de la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz polimérica en cada lámina de cada pliegue o capa de dicho segundo laminado es un elastómero que tiene un módulo de tensión inicia] menor de 6,000 psi (41.3 MPa) cuando se mide por el ASTM D638.
10. 10.- El artículo de la reivindicación 1, caracterizado porque cuando se impacta sucesivamente con proyectiles de bala M80, de 7.62 X 51, 147 granos (9.53 g) a una velocidad de al menos 2000 pies/seg (610 m/seg) dentro de un área lateral de 15 cm x 15 cm, tiene una velocidad de penetración mínima para una tercera bala de no menos del 90% de la velocidad de penetración mínima de una primera bala.