MX2008013692A - Articulo compuesto, proceso para su fabricacion y uso. - Google Patents

Abstract

La invención concierne a un artículo compuesto que comprende una lámina metálica de al menos 0.25 mm de espesor y al menos dos láminas unidireccionales, con el metal, en la lámina metálica, que tenga un punto de fusión de al menos 350 °C, por lo cual las láminas unidireccionales comprenden al menos dos mono-capas de fibras de alto rendimiento orientadas unidireccionalmente, con la dirección de dichas fibras en una mono-capa que esté en un ángulo a en la dirección de las fibras en una mono-capa adyacente. La invención concierne además a un proceso para la fabricación de un artículo compuesto y al uso del artículo compuesto en las edificaciones y construcciones, vehículos, y aplicaciones balísticas, especialmente bajo condiciones de calor y fuego.

Description

ARTICULO COMPUESTO, PROCESO PAPA SU FABRICACIÓN Y USO CAMPO DE LA INVENCION La invención concierne a un articulo compuesto, a un proceso para su fabricación y al uso del articulo compuesto . El articulo compuesto de conformidad con la invención comprende una lámina metálica y al menos dos láminas unidireccionales . Los artículos compuestos de conformidad con la invención son muy adecuados para uso en edificios y construcciones, vehículos, y aplicaciones balísticas, especialmente bajo condiciones de calor y fuego. En una modalidad especial, los artículos compuestos de conformidad con la invención son retardadores de flama.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se conoce un artículo compuesto que comprende una lámina metálica y al menos dos láminas uni-direccionales del WO 2004/033196 A2. Esta publicación describe un artículo compuesto que comprende al menos tres dobleces, con lo que un primer doblez es una hoja de metal, preferiblemente una hoja de aluminio, de un espesor entre 12.7 y 127 micrómetros , un segundo pliegue es un material de enlace y un tercer pliegue comprende una pluralidad de capas de un retículo de fibras poliméricas en una matriz. El material de enlace descrito es ya sea intrínsecamente resistente al fuego o bien está elaborado por una mezcla con un aditivo, tal como por ejemplo, aditivos basados en fósforo y/o nitrógeno y/o halógeno como bromo y cloro y/o aditivos inorgánicos como por ejemplo, óxido de antimonio y sulfuro de antimonio. El Ejemplo 1 de WO 2004/033196 A2 describe un artículo compuesto que consiste de una construcción simétrica de 7 pliegues de una resina epoxi intumescente y burbujas de vidrio como el pliegue # 2 y pliegue # 6, una película adhesiva sensible a la presión comprendida de una mezcla de óxido de antimonio (Sb2C>3 ) , éter difenílico decabromo y cera de parafina policlorada en una resina de acrilato de éster como pliegue # 3 y pliegue # 5; y finalmente un pliegue central # 4 que consiste de 50 capas de fibras de polietileno de alta resistencia alineadas uni-direccionalmente, en un aglutinante epoxi de éster vinílico, en donde las fibras de polietileno en capas adyacentes están orientadas a 90° entre sí. La desventaja del artículo compuesto conforme al WO 2004/033196 A2 es que usa aditivos retardadores de flama que comprenden halógenos o metales pesados. Durante el calor, y especialmente durante el fuego, estos aditivos retardadores de flama generan gases muy tóxicos y/o corrosivos. Dichos gases son muy nocivos para los seres humanos. Además, dichos gases corrosivos son perjudiciales, por ejemplo, para equipo electrónico de alta tecnología en vehículos como, por ejemplo, aeroplanos y buques.

SUMARIO DE LA INVENCION El objeto de la invención es proporcionar un artículo compuesto que comprenda una cantidad reducida de aditivos retardadores de flama halogenados o que no usen aditivos retardadores de flama halogenados en todo. Este objeto se logró con el artículo compuesto de conformidad con la invención, en la que el artículo compuesto que comprende una lámina metálica y al menos dos láminas uni-direccionales , en las que el espesor de la lámina metálica es de al menos 0.25 mm, con el metal en la lámina metálica que tenga un punto de fusión de al menos 350 °C, con lo cual las láminas uni-direccionales comprenden al menos dos mono-capas de fibras de alta calidad orientadas uni-direccionalmente y opcionalmente un aglutinante, con la dirección de las fibras mencionadas en una mono-capa laminar estando en un ángulo a a la dirección de las fibras de una mono-capa laminar adyacente. La lámina metálica y las láminas uni-direccionales son preferiblemente suficientemente inter-conectadas entre si, significa que la lámina metálica y las láminas unidireccionales no son deslaminadas bajo condiciones normales de uso tales como, por ejemplo, a temperatura ambiente. Las condiciones normales de uso, no incluyen la prueba de comportamiento retardador de flama y la prueba bajo temperatura creciente, denominada prueba acelerada. Una ventaja adicional de la presente invención es que proporciona un articulo compuesto de construcción mucho más simple que con menos capas que la construcción descrita en WO 2004/033196 A2. Preferiblemente el articulo compuesto de conformidad con la invención es retardador de flama, como puede juzgarse por el hecho de que estos artículos pasan la prueba de retardo de flama a la temperatura de flamabilidad de conformidad con ISO 4589-3. En esta solicitud pasar la prueba de retardado de flama de conformidad con ISO 4589-3 significa que el artículo compuesto alcanza una temperatura de flamabilidad de al menos 200 °C en dicha prueba. Alternativamente, o además de, el artículo compuesto de conformidad con la invención pasa las pruebas de Toxicidad y Humo del, Fire Test Procedure (FIP) Codes 1998, Parte 2 de la International' aritime Organisation (IMO), que incluye la revisión MSC/Circ. 1008 y la Resolución IMO FTP A.653 (16) evaluada de conformidad con la Parte 5 del anexo 1 del I O FTP Code para mamparos, revestimientos de techos y paredes. El articulo compuesto de conformidad con la invención comprende una capa metálica. Es esencial que el metal en la lámina metálica tenga un punto de fusión de al menos 350 °C, más preferiblemente de al menos 500 °C, más preferiblemente de al menos 600 °C. Los metales adecuados incluyen aluminio, magnesio, titanio, cobre, níquel, cromo, berilio, hierro y cobre incluyendo sus aleaciones como por ejemplo, acero y acero inoxidable y aleaciones de aluminio con magnesio (denominadas serie de aluminio 5000), y aleaciones de aluminio con zinc y magnesio o con zinc, magnesio y cobre (denominadas serie de aluminio 7000). En dichas aleaciones, la cantidad de por ejemplo, aluminio, titanio y hierro preferiblemente es de al menos 50% en peso. Las láminas de metales preferidas que comprenden aluminio, magnesio, titanio, níquel, cromo, berilio, hierro, incluyendo sus aleaciones. Más preferiblemente la lámina de metal está basada en aluminio, magnesio, titanio, níquel, cromo, hierro y sus aleaciones. Esto da como resultado un artículo compuesto ligero con una buena duración. Aún más preferiblemente el hierro y sus aleaciones en la lámina metálica tengan una dureza de Brinell de al menos 500. Más preferiblemente la lámina de metal está basada en aluminio, magnesio, titanio, y sus aleaciones. Esto da como resultado el articulo compuesto más ligero con la máxima durabilidad. La durabilidad en esta solicitud significa el tiempo de vida de un compuesto bajo condiciones de exposición al calor, humedad, luz y radiaciones UV. Para el articulo compuesto de conformidad con la invención es esencial que el espesor de la lámina metálica sea al menos de 0.25 mm. Más preferiblemente el espesor de la lámina metálica es al menos de 0.5 mm. Esto da como resultado un buen comportamiento retardador de flama. Más preferiblemente el espesor de la lámina metálica sea al menos de 0.75 mm. Esto da como resultado aún un mejor comportamiento retardador de flama. Con respecto al espesor de la lámina metálica no hay limitación en cuanto a un espesor máximo. Generalmente se seleccionará un espesor máximo de 50 mm, espesores más altos solamente tienen mejoramiento adicional limitado sobre el comportamiento retardador de flama. Preferiblemente, el espesor máximo de la capa metálica es de 40 mm, más preferiblemente el espesor máximo de la capa metálica es de 30 mm. Esto da como resultado mejor equilibrio entre el peso y el comportamiento retardador de flama. En el caso en el que, además del comportamiento retardador de flama, también se requiera comportamiento balístico mejorado, una lámina metálica más espesa es benéfica para el comportamiento balístico del artículo compuesto de conformidad con la invención. En dicho caso, el espesor máximo es preferiblemente de 5 mm. El espesor máximo de la lámina metálica en un caso tal puede ser determinado por el nivel de comportamiento balístico requerido y puede ser verificado por medio de experimentación de rutina, pero generalmente es de menos de 50 mm. La lámina de metal puede ser opcionalmente pre-tratada a fin de mejorar la adhesión con una lámina unidireccional. El pre-tratamiento adecuado de la lámina metálica incluye tratamiento mecánico, por ejemplo, hacer áspera o limpia la superficie metálica con arenado o amoladura, mordentado químico con, por ejemplo, ácido nítrico y laminado con película de polietileno. En otra modalidad puede aplicarse una capa de enlace, por ejemplo, cola, entre la lámina metálica y la lámina uni-direccional . Dicha cola puede comprender una resina epoxi, una resina de poliéster, una resina de poliuretano o una resina de éster vinílico. En el caso en el que la fibra de alta calidad en la mono-capa de las fibras orientadas uni-direccionalmente sea una fibra orgánica, la capa de enlace puede comprender adicionalmente una capa de una fibra inorgánica en un estilo tejida o no tejida. Preferiblemente la fibra inorgánica en la capa de enlace es tejida. El peso de la capa de fibra inorgánica en estilo tejida o no tejida puede variar desde 50 a 750 g/m2, preferiblemente desde 100 a 500 g/m2. Preferiblemente dicha fibra inorgánica es una fibra de vidrio o una fibra de carbón. Más preferiblemente, dicha fibra inorgánica es una fibra de vidrio que incluye el vidrio-E y vidrio de alta resistencia (algunas veces mencionado como vidrio-S) . Dicha capa mejora la transferencia de energía del metal a la mono-capa de fibras orgánicas orientadas uni-direccionales .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCION En una modalidad especial la lámina metálica puede ser fijada a al menos1 dos láminas uni-direccionales por medios mecánicos, por ejemplo, tornillos, pernos y remaches. En el artículo compuesto de conformidad con la invención la lámina metálica enfrenta a una lámina unidireccional, por ejemplo, por razones de rigidez, las al menos dos láminas uni-direccionales pueden ser emparedadas entre dos láminas metálicas. El tipo de cada una de estas dos láminas metálicas y sus espesores pueden ser seleccionados independientemente del intervalo dado anteriormente . El artículo compuesto de conformidad con la invención comprende láminas uni-direccionales. Estas láminas unidireccionales, las cuales pueden ser mencionadas como capas uni-direccionales, comprenden mono-capas de fibras de alto rendimiento orientadas unidireccionalmente y un aglutinante. El término mono-capa de fibras de alta calidad uni-direccionales se refiere a una capa de fibras de alta calidad orientadas uni-direccionalmente, es decir, fibras de alta calidad en un plano que esté esencialmente en paralelo . El articulo compuesto de conformidad con la invención comprende al menos dos' láminas uni-direccionales, preferiblemente al menos cuarenta láminas unidireccionales, más preferiblemente al menos ochenta láminas uni-direccionales, aún más preferiblemente al menos ciento veinte láminas uni-direccionales y más preferiblemente al menos ciento sesenta láminas uni-direccionales. La dirección de las fibras en una lámina uni-direccional está en un ángulo a a la dirección de la fibra en una lámina uni-direccional adyacente. El ángulo está preferiblemente entre 5o y 90°, más preferiblemente entre 45° y 90° y más preferiblemente entre 75° y 90°. El término fibra de alta calidad comprende no solamente un mono-filamento sino, ínter alia, también un hilo multi-filamento o una cinta plana. El ancho de la cinta plana preferiblemente está entre 2 mm y 100 mm, más preferiblemente entre 5 mm y 60 mm, más preferiblemente entre 10 mm y 40 mm. El espesor de la cinta plana preferiblemente está entre 10 µp? y 200 µp?, más preferiblemente entre 25 µp? y 100 Preferiblemente, el término fibra de alta calidad comprende un hilo mono-filamento y uno multi-filamento . Preferiblemente la fineza por filamento de la fibra de alta calidad es de menos de 5 denieres por filamento (dpf ) , más preferiblemente de menos de 3 dpf, aún más preferiblemente de menos de 2 dpf y más preferiblemente de menos de 1.5 dpf. Esto da como resultado artículos compuestos que pueden ser muy adecuados para aplicaciones balísticas, siempre que además muestren buena resistencia contra el fuego. Las fibras de alta calidad en el artículo compuesto de conformidad con la invención tienen una resistencia a la tracción de al menos aproximadamente 1.2 GPa y un módulo de elasticidad a la tracción de al menos 40 GPa. Estas fibras generalmente tienen una resistencia a la tracción de al menos 2 GPa, más preferiblemente de al menos 2.5 GPa o más preferiblemente de al menos 3 GPa. La ventaja de estas fibras es que tienen una alta resistencia a la tracción, de modo que en particular son muy adecuadas para uso en, por ejemplo, artículos fuertes y de peso ligero. Las fibras de alta calidad pueden ser fibras orgánicas e inorgánicas. Las fibras inorgánicas adecuadas son, por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbón y fibras de cerámica.

Las fibras orgánicas adecuadas con una alta resistencia a la tracción tal son, por ejemplo, fibras de poliamida aromática (generalmente mencionadas como fibras de aramida) , especialmente poli (p-fenileno tereftalamida) , fibras de polímeros cristalinos líquidos y de polímeros graduales tales como polibenciimidazoles o polibenzoxazoles, esp. Poli (1,4- fenilen- 2, 6-benzobisoxazol) (PBO), o poli (2 , 6-diimidazo[4 , 5-b-4 ' , 5 ' -ejpiridinilen- 1, 4- (2, 5- dihidroxi ) fenileno) PIPD; también mencionado como M5) y fibras de, por ejemplo, poliolefinas como, por ejemplo, polietileno y polipropileno, alcohol polivinílico, y policarilonitrilo los cuales están muy orientados, tal como los obtenidos, por ejemplo, por medio de un procedimiento de hilado en gel. Más preferiblemente fibras de poliamida aromática, especialmente fibras de poli (p-fenileno tereftalamida ) , de polímero cristalino líquido y de polímero gradual, tales como polibenciimidazoles o polibenzoxazoles, especialmente poli (1, 4-fenilen-2, 6-benzobisoxazol) o poli (2, 6-diimidazo[4, 5- b- 4',5'-e] piridinilen- 1, 4- (2, 5-dihidroxi) fenileno) y polietileno de ultra alto peso molecular son usadas como fibras de alta calidad. Estas fibras dieron un buen equilibrio entre resistencia y comportamiento retardador de flama. Aún más preferiblemente es usado el polietileno hilado en gel como fibra de alta calidad. En dicho caso es usado preferiblemente polietileno lineal. En la presente se comprende que el polietileno lineal significa polietileno con menos de 1 cadena lateral por 100 átomos de carbono, y preferiblemente con menos de 1 cadena lateral por 300 átomos de carbono, una cadena lateral o ramificación que contenga generalmente al menos 10 átomos de carbono. Dichas cadenas laterales pueden ser adecuadamente medidas por FITR sobre una película moldeada por compresión de 2 mm de espesor, como se mencionó en, por ejemplo, EP 0269151. El polietileno lineal puede contener adicionaimente hasta 5% molar de uno o más alquenos diferentes que sean copolimerizables con éste, tales como propeno, buteno, penteno, 4- metilpenteno, octeno. Preferiblemente, el polietileno lineal es de alta masa molar con una viscosidad intrínseca (IV, como se determinó en soluciones en decalina a 135 °C) de al menos 4 dl/g; más preferiblemente de al menos 8 dl/g; más preferiblemente de al menos 10 dl/g. Dicho polietileno, es también mencionado como polietileno de ultra alta masa molar. La viscosidad intrínseca e suna medida para el peso molecular que puede más fácilmente ser determinada que los parámetros de masa molar actuales como n y Mw. Hay varias relaciones empíricas entre IV y Mw, pero dicha relación es muy dependiente de la distribución de peso molecular. Con base en la ecuación Mw = 5.37 x 104 [IV]1·37 (véase EP 0504954 Al) y IV de 4 u 8 dl/g deberán ser equivalentes a Mw de aproximadamente 360 a 930 kg/mol, respectivamente. Esta fibra de polietileno da la cantidad mínima de gases corrosivos y tóxicos después de exposición a calor o fuego.

El peso de la fibra de alta calidad en la lámina unidireccional preferiblemente varía desde 5 a 250 g/m2, más preferiblemente varía entre 10 a 200 g/m2, más preferiblemente varía desde 20 a 150 g/m2. El término aglutinante, se refiere a un material que enlaza o retiene juntas las fibras de alta calidad en la lámina uni-direccional , el aglutinante puede encerrar las fibras de alta calidad en su integridad o en parte, de modo que la estructura de la mono-capa sea retenida durante el manejo y la elaboración de láminas uni-direccionales . El aglutinante puede ser aplicado en varias formas y maneras, por ejemplo como una película (por fusión de ésta al menos parcialmente cubre las fibras anti-balísticas ) , como una tira de enlace transversal o como fibras transversales (transversales con respecto a fibras uni-direccionales), o por impregnación y/o inmersión de las fibras con un material matriz, por ejemplo, con un polímero fundido, una solución o una dispersión de un material polimérico en un líquido. Preferiblemente, el material matriz es distribuido homogéneamente sobre la superficie de la mono-capa, mientras que una tira de enlace o fibras de enlace pueden ser aplicadas localmente. Se describen aglutinantes adecuados, por ejemplo, en EP 0191306 Bl, EP 1170925 Al, EP 0683374 Bl y EP 1144740 Al. Se apreciará que, en modalidades en las cuales la fibra de alta calidad es una cinta plana, puede no requerirse la aplicación de un aglutinante. Más específicamente, un aglutinante puede no requerirse si el proceso de producir las al menos dos láminas adicionales facilita la estructura de la mono-capa para ser retenida suficientemente sin la aplicación dé un aglutinante, tal como la estructura de una mono-capa formada a partir de una cinta plana. En una modalidad preferida, el aglutinante es un material de matriz polimérica, y puede ser un material termo-fraguable o un material termoplástico, o mezclas de los dos. El alargamiento a la ruptura del material matriz es preferiblemente más grande que el alargamiento de las fibras. El aglutinante preferiblemente tiene un alargamiento de 2 a 600%, más preferiblemente un alargamiento de 4 a 500%. Materiales de matriz termo-plástica o termo-fraguable adecuados son enumerados en, por ejemplo, WO 91/12136 Al (páginas 15-21) . En el caso en el que el material matriz es un éster vinílico polimérico termo-fraguable, poliésteres insaturados, resinas epoxis o fenólicas son preferiblemente seleccionadas como materiales matrices. En el caso en el que el material matriz son unos copolimeros en bloque elastomérico, termoplástico o de poliolefinas, poliacrilicos, polivinilos, poliuretanos , polimérico, termoplástico, tales como copolimeros en bloque de poliisopropeno-polietileno-butileno-poliestireno o poliestireno-poliisopreno-poliestireno, son preferiblemente seleccionados como material matriz. Preferiblemente el aglutinante consiste de un polímero termoplástico, dicho aglutinante preferiblemente recubre completamente los filamentos individuales de dichas fibras en una mono-capa, y dicho aglutinante tiene un módulo de elasticidad a la tracción (determinado de conformidad con ASTM D638, a 25 °C) de al menos 250 MPa, más preferiblemente de al menos 400 MPa. Un aglutinante tal da como resultado la rigidez de una lámina un-direccional . La cantidad de aglutinante en la lámina unidireccional es preferiblemente a lo más de 30% en masa, más preferiblemente a lo más de 25, 20 o aún más preferiblemente a lo más 15% en masa. Esto da como resultado el mejor comportamiento retardador de flama. El artículo compuesto de conformidad con la invención tiene preferiblemente un peso, en esta solicitud también mencionada como densidad de área, de al menos 4.0 kg/m2, más preferiblemente de al menos 6.0 kg/m2, a lo más preferiblemente de al menos 8.0 Kg/m2.

La lámina uni-direccional en el articulo compuesto de conformidad con la invención tienen preferiblemente una densidad de área de al menos 2 Kg/m2, más preferiblemente de al menos 4.0 kg/cm2, más preferiblemente de al menos 6.0 kg/m2. El articulo compuesto de conformidad con la invención, puede ser usado adecuadamente en aplicaciones balísticas. Las aplicaciones balísticas comprenden aplicaciones con amenaza balística contra balas de varias clases incluyendo contra perforación de blindaje, denominadas partículas duras y balas AP tales como fragmentos y granalla. En el caso en el que el artículo compuesto de conformidad con la invención sea usado en aplicaciones balísticas donde puede encontrarse una amenaza contra balas AP, la lámina de metal preferiblemente enfrenta una capa de cerámica. De esta manera se obtiene un artículo con una estructura estratificada como sigue: capa de cerámica/lámina metálica al menos dos láminas unidireccionales con la dirección de las fibras en la lámina uni-direccional en un ángulo a a la dirección de las fibras en una lámina uni-direccional adyacente. Los materiales de cerámica adecuados incluyen por ejemplo, óxido de alúmina, óxido de titanio, óxido de silicio, carburo de silicio y carburo de boro. El espesor de la capa de cerámica depende del nivel de la amenaza balística pero generalmente varia entre 2 mm y 30 mm. Este articulo compuesto será posicionado preferiblemente de modo que la capa de cerámica enfrente la amenaza balística. La invención concierne además a un proceso para producir el artículo compuesto, caracterizado porque comprende las etapas de: - apilar al menos dos láminas uni-direccionales con lo cual la dirección de la fibra de alta calidad en una lámina uni-direccional está en un ángulo a a la dirección de la fibra en una lámina adyacente, y una lámina metálica de espesor de al menos 0.25 mm y un punto de fusión de al menos 350 °C seguido por - consolidar las láminas apiladas bajo temperatura y presión . La consolidación puede hacerse adecuadamente en una prensa hidráulica. La temperatura que durante la consolidación generalmente varía es controlada a través de la temperatura de la prensa. Una temperatura mínima generalmente es seleccionada de modo que se obtuvo una velocidad de consolidación razonable. A este respecto, 50 °C es un límite inferior de temperatura adecuado, preferiblemente este límite inferior es de al menos 75 °C, más preferiblemente al menos de 95 °C, más preferiblemente al menos de 115 °C. Una temperatura máxima es seleccionada debajo de la temperatura a la cual la fibra de alta calidad pierde sus altas propiedades mecánicas debido a, por ejemplo, fusión. Preferiblemente la temperatura es al menos de 10 °C, preferiblemente al menos 15 °C y aún más preferible al menos 20 °C debajo de la temperatura de fusión de la fibra. En el caso en el que la fibra no exhiba una temperatura de fusión clara, la temperatura a la cual la fibra comienza a perder sus propiedades mecánicas debe de ser leída en vez de la temperatura de fusión. En el caso de, por ejemplo, fibras de HPPE, a menudo que tengan una temperatura de fusión de 155 °C, se seleccionará generalmente una temperatura inferior a 135 °C. La presión durante la consolidación preferiblemente es al menos de 7 MPa, más preferiblemente al menos de 10 MPa, aún más preferiblemente al menos de 13 MPa y más preferiblemente al menos 16 MPa. De esta manera se obtiene un artículo compuesto rígido. El tiempo óptimo para consolidación generalmente varía desde 5 a 120 minutos dependiendo de condiciones tales como temperatura, presión y espesor de las partes puede ser verificado a través de experimentación de rutina. En el caso en el que se produzcan los artículos compuesto flexionados puede ser ventajoso primero pre- conformar la lámina metálica en la forma deseada,' seguido por consolidar con las láminas uni-direccionales . El articulo compuesto de conformidad con la invención es muy adecuado para uso en edificios y construcciones, por ejemplo, revestimientos exteriores, en vehículos para tierra, aire y mar- incluyendo, por ejemplo, buques, aeroplanos, y aplicaciones balísticas, especialmente bajo condiciones de calor y fuego. Los métodos de prueba como se mencionan en la presente solicitud, son como sigue. • Viscosidad Intrínseca (IV) es determinada de conformidad con el método PTC-179 (Hercules Inc.Rev. Abr. 29, 1982) a 135 °C en decalina, siendo el tiempo de disolución 16 horas, con DBPC como anti-oxidante en una cantidad de 2 g/1 de solución, por extrapolación de la viscosidad como se mide en diferentes concentraciones a concentración cero; • Propiedades de tracción (medidas a 25 °C) : resistencia a la tracción (o resistencia) , módulo de elasticidad a la tracción (o módulo) y alargamiento a la ruptura (o eab) se definen y determinan sobre hilo multi-filamento como se especifica en ASTM D885M, usando una longitud de medidor nominal de la fibra de 500 mm, una velocidad de cruceta de 50 % /min. Sobre la base de la curva de deformación-esfuerzo, el módulo es determinado como el gradiente entre 0.3 y 1% de deformación. Para cálculo del módulo y la resistencia, las fuerzas de tracción medidas son divididas entre el titulo, como se determinó por peso de diez metros de fibra; los valores en GPa son calculados asumiendo una densidad de 0.97 g/cm3. Las propiedades de tracción de películas delgadas se midieron de conformidad con ISO 1184 (H) . • Temperatura de Flamabilidad : es una prueba de retardo de flama de conformidad con el estándar de ISO 4589-3 en donde la temperatura es determinada a la cual un pequeño espécimen de prueba vertical de dimensiones prescritas, sometido a una flama definida se detiene para quemar en aire con 20.9% en volumen de oxígeno. Se condujo la prueba por lo cual las láminas de metal enfrentan a la flama. Si la temperatura de flamabilidad es superior a 200 °C, se dice que la muestra "PASA" la prueba. • Indice de Toxicidad: es determinado de conformidad con el estándar NES713, en donde en. una caja para prueba de toxicidad se tiene aproximadamente 1 gramo (10*10*4 mm) de material para ser completamente quemado a 1100 °C con una flama en una caja con un volumen de casi 1 m3. Después son analizados los gases de combustión y los resultados son expresados como un índice de toxicidad. Si el índice es inferior a un valor de 5, se dice que la muestra "PASA" la prueba .

• Indice de Humo: se determina de conformidad con el estándar NES711, en el que una muestra de dimensiones prescritas es colocada vertical enfrente de una fuente de calor. Se condujo la prueba en la que la hoja metálica enfrenta a la fuente de calor. Se analizó el humo y el resultado es expresado como un índice de humo. Si el índice es inferior a un valor de 50, se dice que la muestra "PASA" la prueba. • Se probaron las propiedades retardantes de fuego de conformidad con Fire Test Procedure (FIP) Codes 1998, Parte 2 prueba de toxicidad y humo de la International Maritime Organisation (IMO), que incluye la revisión SC/Circ. 1008; Resolución IMO FTP A.653 (16) evaluada de conformidad con la Parte 5 del anexo 1 del IMO FTP Code para mamparos, revestimientos de techos y paredes de ISO 4589-3. Se explica la invención con referencia a los siguientes experimentos comparativos y ejemplos, sin embargo, sin limitarse a éstos.

Lámina Uni-direccional Como lámina uni-direccional, se usó una lámina con dos mono-capas de fibras de polietileno orientadas uni-direccionalmente y un aglutinante con la dirección de las fibras de polietileno en una mono-capa que está en un ángulo de 90 grados a la dirección de las fibras de polietileno en una mono-capa adyacente. Las fibras de polietileno son fibras altamente estiradas de polietileno lineal de alta masa molar, Dyneema® SK76 de DS Dyneema-Paises Bajos, con una resistencia de 36 cN/dtex, un módulo de 1180 cN/dtex y una fineza de 2 denieres por filamento.

Además de las fibras de polietileno, la mono-capa contuvo 18% en peso de aglutinante que consistió de un poliuretano basado en poliéterdiol y diisocianato alifático . La densidad de área de la lámina uni-direccional fue de 130.5 g/m2.

Procedimiento para comprimir láminas uni-direccionales Numerosas láminas uni-direccionales de las anteriormente mencionadas fueron apiladas para producir un paquete, después de lo cual el paquete en su integridad fue colocado entre dos platinas de una prensa estándar. La temperatura de las platinas estaba entre 125 - 130 °C. El paquete fue retenido en la prensa hasta que la temperatura en el centro del paquete fue de 115 - 125 °C. Subsecuentemente, la presión fue incrementada a una presión de compresión de 30 MPa y el paquete fue conservado bajo esta presión por 65 minutos. Subsecuentemente el paquete fue enfriado a una temperatura de 60 °C a la misma presión de compresión.

Experimento Comparativo A Numerosas de las 390 láminas uni-direccionales que comprenden fibras de polietileno fueron apiladas y comprimidas de acuerdo al procedimiento para comprimir láminas uni-direccionales que se describió anteriormente. Una superficie de la pila comprimida de láminas unidireccionales obtenida fue tratada mecánicamente con papel de lija. Se tomó una lámina de aluminio 7039A de espesor de 0.15 i y también se trató mecánicamente con papel de lija. La hoja de aluminio 7039A fue encolada sobre la superficie tratada mecánicamente de la pila comprimida de láminas unidireccionales con Silaflex®252 ; subsecuentemente la lámina de aluminio 7039A y la pila comprimida de láminas unidireccionales fueron puestas en la prensa estándar a temperatura ambiente y durante 30 minutos se aplicó una presión de 10 MPa . Se tomaron muestras según se requirió para las pruebas individuales. Los resultados se dan en la Tabla 1.

Ejemplo I Un producto igual al producto del Experimento Comparativo A, fue producido con la única diferencia de que el espesor de la lámina de aluminio 7039A fue de 0.5 mm.

Ejemplo II Numerosas de las 390 láminas uni-direccionales que comprenden fibras de polietileno fueron apiladas. Sobre las dos superficies externas se colocó una tela tejida de vidrio-E de 250 gramos/m2; la tela tejida de vidrio-E fue impregnada con un éster vinilico. Sobre cada una de las dos telas tejidas se posicionó una lámina de aluminio 7039A de 0.75 mm de espesor. La pila obtenida de tela tejida/aluminio de vidrio-E/láminas uni-direccionales que comprenden las fibras de polietileno/tela tejida de vidrióE/aluminio fueron puestas en una prensa y se comprimieron de conformidad con el procedimiento para comprimir láminas uni-direccionales que se describió anteriormente. Se tomaron muestras según se requirieron para las pruebas individuales. Los resultados se dan en la Tabla 1.

Ejemplo III Numerosas de las 390 láminas uni-direccionales que comprenden fibras de polietileno fueron apiladas. Sobre una de las dos superficies exteriores de esta pila se colocó una tela tejida de vidrio-E de 250 gramos/m2; la tela tejida de vidrio-E fue impregnada con un éster vinilico. Sobre la tela tejida se posicionó una lámina de aluminio 7039A de 5 mm de espesor. La pila de aluminio/tela tejida de vidrio-E/láminas uni-direccionales que comprendía fibras de polietileno obtenida fue puesta en un horno y pre- calentada durante 1 hora a 100 °C, seguido por ponerla en una prensa y comprimir en la misma manera que para el Experimento II. Se tomaron muestras según se requirió para las pruebas individuales. Los resultados se dan en la Tabla 1.

Ejemplo IV Un tablero compuesto de 800 mm x 115 mm que comprendía una placa frontal de aluminio de 0.5 mm se enlazó a una lámina comprimida de 8 mm que comprendía láminas unidireccionales . El tablero compuesto pasó el IMO FTP Codes 1998, Parte 2 prueba de Toxicidad y Humo, que incluye la revisión MSC/Circ. 1008 y la Resolución IMO FTP A.653 (16) evaluada de conformidad con la Parte 5 del anexo 1 del IMO FTP Code para mamparos, revestimientos de techos y paredes.

Ejemplos V-X Se produjo un artículo compuesto construyendo una pila de láminas uni-direccionales (UD) . Las láminas fueron apiladas hasta que se logró la densidad de área deseada, con capas adicionales de aluminio (AI), se añadieron según fue necesario, acero (Amox 500) o cerámica (C, el tipo de cerámica fue AI2O3) . El aluminio y el acero ¦ fueron pre- tratados por amoladura con papel de lija y mordentado químico con 8 % en peso de ácido nítrico para mejorar la adhesión a la UD. La pila fue entonces transferida a una prensa y comprimida a una temperatura de 125 °C y a una presión de 16.5 MPa por 30 minutos, seguido por enfriamiento bajo presión a 55 °C . Se efectuaron las pruebas balísticas usando proyectiles simuladores de fragmentos (FSP) de 20 mm y proyectiles perforadores de blindajes (AP) de 14.5 mm (64 gramos). Los artículos compuestos fueron probados para comportamiento balístico por proyectiles disparados (FSP o AP) en los artículos compuestos a una velocidad de entre 916 m/s y 1147 m/s. Se juzgó que un artículo compuesto pasó si el proyectil con la velocidad mencionada es detenido. Se juzgó que un artículo compuesto falló si el proyectil penetró el artículo compuesto a la velocidad mencionada. En los Ejemplos IV y V se destacó que la disposición de las capas contribuye hacia la efectividad del compuesto, con el aluminio que enfrenta al compuesto que funciona como una mejor protección de la FSP en comparación con la el compuesto que enfrenta a UD. Los experimentos comparativos (B-D) indicaron que ni la UD o Al de 38 mm de espesor fueron capaces de resistir el impacto de una FSP con una velocidad de 1065-1070 m/s. Un incremento en el espesor de la lámina de aluminio (experimento Comparativo D) , para que la lámina funcionara efectivamente .

Los resultados destacan el efecto sinérgico del material compuesto, el cual a pesar de ser más delgado (24 irati de Al + 12 MI de UD) , que las estructuras de las mono- capas en los Ejemplos Comparativos (38 mm) , produjeron resultados superiores.

Los Ejemplos VI y VII indicaron que el compuesto de Acero/UD, aún a un espesor de 42 mm, fue insuficiente para resistir el impacto de proyectiles AP de 14.5 mm.

No obstante, mediante la inclusión de una capa de cerámica adicional, los compuestos se convirtieron en protectores efectivos contra ambos proyectiles FSP y AP. La inclusión de una capa de cerámica de 18 mm facilita a los compuestos (Ejemplos VIII-X) pasar la prueba balística contra ambos proyectiles FSP y AP con una densidad de área y espesor más bajos en comparación con el Ejemplo VII (compuesto de acero/UD) .

Tabla 1 Ej emplo/Exp . Flamabilidad/ Indice de Indice de Comp . temperatura Toxicidad Humo A Falla I Pasa Pasa Pasa II Pasa Pasa Pasa III Pasa Pasa Tabla 2. Resultados de la prueba IMO FTP Parte 5 NC - no calculado cuando el extendimiento de la flama es de menos de 180 mm. Tabla 3. Resultados de la prueba balística 1=La primera capa de ordenó enfrente de la amen balística .

Claims (15)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Articulo compuesto caracterizado porque comprende una lámina metálica y al menos dos láminas unidireccionales, en donde el espesor de la lámina metálica es de al menos 0.25 mm, con el metal en la lámina metálica que tenga un punto de fusión de al menos 350 °C, en donde las láminas uni-direccionales comprenden al menos dos mono-capas de fibras de alta calidad orientadas uni-direccionalmente con la dirección de las fibras mencionadas en una mono-capa esta en un ángulo oc con la dirección de las fibras en una mono-capa adyacente.

2. Articulo compuesto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un aglutinante .

3. Articulo compuesto de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el metal en la lámina metálica es seleccionado del grupo de aluminio, magnesio, titanio, níquel, cromo y hierro o sus aleaciones.

4. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado adicionalmente porque el articulo compuesto comprende al menos cuarenta láminas uni-direccionales .

5. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el peso de la fibra en las láminas uni-direccionales está entre 10 y 250 g/m2.

6. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en las láminas uni-direccionales la cantidad de aglutinante es a lo más de 30% en peso.

7. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque él espesor de la lámina metálica es a lo más de 50 mm .

8. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las fibras de alta calidad en la lámina unidireccional tienen una resistencia a la tracción de al menos 1.2 GPa y un módulo de elasticidad a la tracción de al menos 40 GPa.

9. Artículo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la fibra de alta calidad es una fibra de poliolefina, especialmente una fibra de polietileno, una fibra de alcohol polivinílico, una fibra de poliacrilonitrilo, una fibra de poliamida aromática, especialmente poli (p-fenileno tereftalamida) , un polímero cristalino líquido y fibra polimérica similar a gradual tal como polibenciimidazol o polibenzoxazol, especialmente poli(.l, 4- fenilen- 2, 6- benzobisoxazol ) , o poli (2, 6-diimidazo[4, 5-b-4' , 5' -e]piridinilen- 1, 4- (2, 5-dihidroxi) fenileno.

10. Artículo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el artículo compuesto tiene un peso de al menos 4.0 kg/m2.

11. Artículo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque está presente una capa de enlace entre la lámina metálica y las al menos dos láminas uni-direccionales , la capa de enlace que comprenda una capa tejida no tejida de fibra inorgánica.

12. Articulo compuesto de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la superficie de la lámina metálica opuesta a la superficie metálica enfrente de las láminas unidireccionales enfrenta a una capa de cerámica.

13. Articulo compuesto retardador de flama caracterizado porque comprende una lámina metálica de espesor de al menos 0.25 mm y al menos dos láminas unidireccionales, el articulo retardador de flama tiene una temperatura de flamabilidad de al menos 200 °C de conformidad con ISO 4589-3.

14. Proceso para la fabricación de un articulo compuesto caracterizado porque comprende las etapas de: apilar al menos dos láminas uni-direccionales , cada lámina uni-direccional que comprenda láminas de mono-capa de fibras de alta calidad orientadas uni- direccionalmente en donde la dirección de las fibras de alta calidad en una lámina mono-capa está en un ángulo a a la dirección de la fibra en una lámina mono-capa adyacente, y una lámina metálica de espesor de al menos 0.25 mm y un punto de fusión de al menos 350 °C; seguido por consolidar las láminas apiladas bajo temperatura y presión.

15. Uso del artículo compuesto de conformidad con la reivindicaciones 1 a 13 en edificios y construcciones vehículos y aplicaciones balísticas.