MXPA04010300A - Laminados de generos balisticos. - Google Patents

Abstract

Se describen los laminados de generos balisticos que tiene resistencia superior a la penetracion de proyectiles balisticos, los montajes de estos, y el metodo con el que se fabrican. En una modalidad, entre otras, con laminado de la invencion esta compuesto de un genero tejido de un hilo de alta resistencia y elevado modulo, un recubrimiento de superficie de un elastomero de bajo modulo y una pelicula plastica adherida a su elastomero recubierto.

Description

LAMINADOS DE GÉNEROS BALÍSTICOS REFERENCIAS A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud está relacionada con la solicitud copendiente serie No. 09/639,903 presentada el 16 de agosto de 2000, titulada "Compuesto rígido, resistente a choques, y método de fabricación".

ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención Esta invención se refiere a los laminados de géneros tejidos que tienen superior resistencia a la penetración de proyectiles balísticos, a los montajes de estos y el método por el cual se fabrican. 2. Descripción de la técnica relacionada La construcción de armadura para el cuerpo humano para protección personal es una técnica ancestral pero no arcaica. El origen y primer uso de armaduras tal vez se remonte a la época prehistórica. Las armaduras metálicas ya eran conocidas para los egipcios por el año 1500 A.C. Una pintura mural en una tumba que data del reinado de Amenhotep II (1436-1411 A.C.) muestra claramente una prenda de defensa formada de escamas de bronce superpuestas. Estas fueron cocidas a un soporte de tela que asemeja una falda larga con mangas cortas y una abertura para el cuello. ("A Historical Guide to Arms and Armor" Steven Bull, Editado por Tony North, Studio Editions Ltd. , Londres, 1991) .

El uso de armadura para el cuerpo persistió hasta aproximadamente finales del siglo XVII. La armadura había aumentado en peso para seguir siendo efectiva contra el fuego de mosquetes. No obstante, al mismo tiempo, nuevas estrategias y tácticas requirieron de mayor movilidad de la infantería. La armadura cayó en desuso y no fue sino hasta la Segunda Guerra Mundial cuando se le utilizó otra vez. Durante la Segunda Guerra Mundial los heridos por accidente de fragmentos de proyectiles aumentaron a 80% y con 70% de todas las heridas afectando el torso, fue que se hizo cada vez más deseable producir una armadura para el cuerpo que fuera conveniente. La armadura para cuadrillas de bomberos y tropas terrestres se desarrolló de acero, aluminio y placas de fibra de vidrio aglomeradas con resina, así como de tela de nailon pesada.

En fechas más recientes, con la introducción de nuevas fibras fuertes como las aramidas y polietileno de peso molecular elevado, el peso de la armadura para el cuerpo se redujo a un nivel cada vez más práctico para el uso diario por parte de oficiales de la policía civil. En 1974, 132 oficiales federales, estatales y locales murieron en el cumplimiento de su deber, 128 de ellos fueron asesinados con armas de fuego, y la mayor parte de las armas criminales fueron pistolas de calibre 0.38 o menos. Poco después se introdujo la armadura de peso ligero. Esto ha sido acreditado con la prevención de la muerte de un estimado de 2500 oficiales en los años siguientes (Selection and Application Guide to Personal Body Armor by the National Institute of Justice, Noviembre 2001) .

Se conocen algunas construcciones de compuestos reforzados con fibra que se utilizan en artículos resistentes a choques y balística como los cascos, paneles o escudos y chalecos . Estos compuestos muestran diferentes grados de resistencia a la penetración por el choque a elevada velocidad de proyectiles como los BB, balas, granadas, granadas de metralla, fragmentos de vidrio y similares. Por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos 6,268,301 Bl, 6,248,676 Bl, 6,219,842 Bl; 5,677,029, 5,587,230; 5,552,208; 5,471,906; 5,330,820; 5,196,252; 5,190,802; 5,187,023; 5,185,195; 5,175,040; 5,167,876; 5,165,989; 5,124,195; 5,112,667; 5,061,545; 5,006,390; 4,953,234; 4,916,000; 4,883,700; 4,820,568; 4,748,064; 4,737,402; 4,737,401; 4,681,792; 4,650,710; 4,623,574; 4,613,535; 4,584,347; 4,563,392; 4,543,286; 4,501,856; 4,457,985 y 4,403,012; la publicación del PCT No. O 91/12136; y una publicación de 1984 de E. I. DuPont De Nemours International S.A. titulada "Lig tweight Composite Hard Armor Non Apparel Systems with T-963 3300 dtex DuPont Kevlar 29 Fibre" , todas describen compuestos resistentes a balística que incluyen fibras de alta resistencia fabricadas de materiales como polietileno de peso molecular alto, aramidas y polibenzazoles . Se dice que estos compuestos son flexibles o rígidos dependiendo de la naturaleza de su construcción y los materiales que se empleen.

La Patente de Estados Unidos 4,737,401 de Harpell y col., presentada el 9 de diciembre de 1985, y cedida con la presente, describe artículos de géneros tejidos finos resistentes a balística.

La Patente de Estados Unidos No. 4,623,574 de Harpell y col., presentada el 14 de enero de 1985 y cedida con la presente describe compuestos sencillos que contienen fibras de alta resistencia incrustadas en una matriz elastomérica .

La Patente de Estados Unidos 5,677,029, de Prevorsek y col., presentada el 12 de diciembre de 1996, cedida con la presente, describe un compuesto resistente a la penetración, flexible, compuesto de al menos una capa fibrosa compuesta de una red de fibras resistentes y al menos una capa polimérica continua coextendida, y al menos parcialmente unida a una superficie de una de las capas fibrosas.

La Patente de Estados Unidos No. 5,552,208 de Lin y col., presentada el 29 de octubre de 1993, y cedida con la presente, describe un articulo resistente a balística compuesto de una red de fibras de alta resistencia en una matriz y un segundo material matriz en forma de una película junto a al menos un lado de la red de fibras impregnadas con la matriz.

La Patente de Estados Unidos No. 5,471,906 de Bachner Jr. y col., describe una armadura para el cuerpo humano consistente en una capa de la armadura y una cubierta, rodeando y sellando la capa de la armadura, que comprende una lámina de género impermeable al agua y permeable al vapor húmedo orientado hacia el usuario.

Las Patentes de Estados Unidos 5,788,907 y 5,958,804 de Brown Jr. y col., describen géneros calandrados, resistentes a balística.

Los géneros de aramida recubiertos con caucho en uno o ambos lados se producen a escala comercial por Verseidag Industrietextilien Gmbh con el nombre de producto UltraX. También están a la disposición paneles rígidos formados uniendo los géneros recubiertos con caucho bajo calor y presión.

Los compuestos resistentes a balística por lo regular se forman de capas de géneros tej idos o laminas de fibras que se laminan entre sí. Las fibras en una hoja pueden estar orientadas unidireccionalmente o depositadas en una orientación aleatoria. Cuando las chapas individuales son fibras orientadas unidireccionalmente, las chapas sucesivas se giran unas en relación con otras, por ejemplo en ángulos de 0°/90° ó 0°/45o/90o/45o/0° ó en otros ángulos. En proceso anteriores, con algunas excepciones, las chapas individuales de los géneros tejidos o fibras generalmente han sido no recubiertos, o incrustados en un material matriz polimérica el cual rellenó los espacios huecos entre las fibras . Si ninguna matriz estaba presente, el género o chapa de fibras era prácticamente flexible. Un tipo de construcción contrastante es un compuesto consistente en fibras y un solo material matriz principal. Para construir compuestos rígidos de este tipo, las chapas individuales eran aglomeradas entre sí utilizando calor y presión para adherir la matriz en cada chapa, formando un aglomerado entre estas, y consolidando el total en un artículo unitario .

Cada una de las construcciones antes mencionadas representó avances a los objetivos a los cuales estaban dirigidas. No obstante, ninguna describe las construcciones específicas de los laminados y montajes de esta invención y ninguna satisface todas las necesidades que cumple esta invención.

Las primeras construcciones tuvieron algunas desventajas. Los géneros tejidos por lo regular tuvieron deficiente resistencia balística en comparación con los compuestos de fibras unidireccionales contrachapadas. Por una parte, los géneros tejidos podían ser producidos a menor costo y mayor facilidad de fabricación con el equipo comúnmente disponible en comparación con los compuestos de fibras unidireccionales con plegado transversal. La resistencia balística de los géneros tejidos se mejoró mediante la incorporación de una matriz elastomérica de modulo bajo. No obstante, el uso de una resina matriz que rellenara completamente los espacios vacíos se adicionó al peso de la tela y disminuyó su flexibilidad. Existe la necesidad de una construcción de género tejido que conserve las ventajas de menor costo y mayor facilidad de fabricación en comparación con los compuestos unidireccionales con plegado transversal, pero que tengan superior resistencia balística en comparación con los géneros tradicionales. En teoría, la construcción del género tejido es de elevada flexibilidad pero puede adherirse entre sí, o a revestimientos duros para formar paneles rígidos.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a los laminados de géneros novedosos que tienen superior resistencia a la penetración de proyectiles balísticos, a los montajes de estos y el método por el cual estos se fabrican. En una modalidad, entre otras, un laminado con resistencia balística de la invención consiste en un género te ido compuesto de al menos 50% en peso de hilos con alta resistencia que tienen tenacidades iguales o mayores que aproximadamente 7 gramos por denier (g/d) , módulos de elasticidad a la tracción iniciales iguales o mayores que aproximadamente 150 g/d, energías para el rompimiento iguales o mayores que aproximadamente 8 J/g medidas por ASTM D2256; un elastómero recubierto en al menos una parte de al menos una superficie del género tejido, el elastómero con un módulo de elasticidad a la tracción inicial igual o menor que aproximadamente 6000 psi (41.3 Pa) medido por ASTM D638; y película plástica adherida a al menos una parte de la superficie recubierta con el elastómero .

En otra modalidad, un laminado con resistencia balística de la invención consiste en un género tejido lavado y tratado en corona compuesto de al menos una mayor parte de hilos de alta resistencia con tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 7 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales de al menos aproximadamente 150 g/d, energías para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/d; una resina matriz con un módulo de elasticidad a la tracción inicial, cuando se cura, igual a o mayor que aproximadamente 300,000 (2.07 GPa) ; y película plástica adherida a al menos una parte de al menos una de las superficies del género.

Los montajes de la invención incluyen, entre otros, paneles rígidos en donde al menos un componente está compuesto de una pluralidad de los laminados inventivos unidos entre sí en un arreglo apilado.

Los laminados y los montajes de la invención proporcionan mejor protección balística en armaduras duras y blandas .

En una modalidad, el método de la invención comprende los pasos de: formar un género tejido compuesto de al menos una parte principal de hilos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/d; recubrir un elastómero sobre al menos una parte de una superficie del género, el elastómero teniendo un módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 6000 psi (41.3 MPa) ; y adherir una película plástica a al menos una parte de la superficie recubierta con el elastómero.

En otra modalidad, el método de la invención consiste en los pasos de: formar un género tejido compuesto de al menos una parte principal de hilos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía al rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g; lavar y tratar en corona el género, impregnar el género con una resina que tenga un módulo de elasticidad a la tracción inicial, cuando se cura, igual a o mayor que 300,000 psi (2.07 GPa) y unir una película plástica a al menos una parte de una de las superficies del género.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención comprende laminados de géneros novedosos, los montajes de estos y el método mediante el cual se fabrican. En una modalidad, entre otras, un laminado con resistencia balística de la invención consiste en un género tejido compuesto de al menos 50% en peso de hilos de alta resistencia con tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 7 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales de al menos aproximadamente 150 g/d, energías para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g medidas por ASTM D2256; un elastómero recubierto sobre al menos una parte de una superficie del género tejido, el elastómero con un módulo de elasticidad a la tracción inicial menor que aproximadamente 6000 psi (41.3 MPa) medida por ASTM D638; y película plástica adherida a al menos una parte de la superficie recubierta con el elastómero .

La invención también incluye paneles rígidos con resistencia balística en donde al menos un componente está compuesto de una pluralidad de los laminados inventivos recién descritos unidos entre sí en un arreglo apilado .

Como se utilizan en la presente, los términos módulo de elasticidad a la tracción inicial, módulo de elasticidad a la tracción y módulo significan el módulo de elasticidad medido por ASTM 2256 para un hilo, y por ASTM D638 para un elastómero o material matriz.

En otra modalidad, un laminado con resistencia balística de la invención consiste en un género te ido lavado y tratado en corona compuesto de al menos 50% en peso de hilos con tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 7 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales de al menos aproximadamente 150 g/d, energías para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g medidas por ASTM 2256; una resina matriz con un módulo de elasticidad a la tracción inicial, cuando se cura, igual o mayor que aproximadamente 300,000 psi (2.07 GPa) medido por ASTM D638; y una película plástica adherida a al menos una parte de una de las superficies del género.

La invención también incluye paneles rígidos con resistencia balística en donde al menos un componente es una pluralidad de los laminados inventivos recién descritos adheridos entre sí en un arreglo apilado.

No obstante el hecho de que los laminados dé la invención poseen resistencia superior a la penetración por proyectiles balísticos, se contempla que puede ser necesaria protección adicional contra proyectiles diseñados para perforar armaduras. Por tanto, en otras modalidades de la invención, los tableros rígidos con resistencia balística antes descritos se unen en una o ambas superficies a un elemento chapa dura consistente en uno o más de los siguientes: metal, cerámica, vidrio, compuesto con carga metálica, compuesto con carga cerámica o un compuesto con carga de vidrio.

Para el propósito de la presente invención, una fibra es un cuerpo alargado, la dimensión longitud del cual es mucho mayor que las dimensiones transversales de ancho y espesor. Por consiguiente, el término fibra incluye filamento, listón, cinta y similares que tengan sección transversal regular ó irregular. Un hilo es una hebra continua de muchas fibras o filamentos.

El análisis completo de la penetración de los compuestos reforzados con fibras sale de las capacidades de la presente, aunque sean identificados diversos mecanismos. Un proyectil puntiagudo pequeño puede penetrar la armadura desplazando lateralmente las fibras sin romperlas. En este caso, la resistencia a la penetración depende de la facilidad con la que las fibras puedan ser desplazadas y, por tanto, de la naturaleza, de la red de las fibras. Los factores importantes son la tirantes del tejido o periodicidad de los cruzamientos en los compuestos unidireccionales con plegado transversal, el denier del hilo y las fibras, la fricción de fibra a fibra, las características de la matriz, las fuerzas de unión interlaminares y otros . Los fragmentos agudos pueden penetrar cortando las fibras.

Los proyectiles también pueden romper las fibras en tensión. El choque de un proyectil sobre una tela causa propagación de una onda de esfuerzo a través de la tela. La resistencia balística es mayor si la onda de esfuerzo o deformación puede propagarse con rapidez y sin impedimento a través de la tela e involucra mayores volúmenes de fibra. Trabajo experimental y analítico ha demostrado que en todos los casos reales existen todos los modos de penetración y que su importancia relativa se afecta en gran medida por el diseño del compuesto.

La porción del género de los laminados inventivos puede ser de cualquier modelo de tejido, incluido el tejido plano, la sarga o tejido cruzado, el ligamento raso, géneros de tejido tridimensional, y cualquiera de las diferentes variaciones. Los géneros de tejido plano son los preferidos . Son más preferidos los géneros de tejido plano que tengan igual cuenta de urdimbre y trama. Las cuentas de urdimbre y trama preferidas del género de tejido plano están inversamente relacionadas con el denier del hilo constituyente como se muestra en los intervalos aproximados de la Tabla I .

Tabla I Intervalo del Intervalo preferido de la cuenta del hilo de la tela denier del hilo Extremos/pulgada Extremos/cm 50-150 60-100 24-39 150-1500 17-60 7-24 1,500-3,000 13-17 5-7 Se entenderá que lo anterior es un lineamiento general y que no es actualmente posible especificar a p¦rior! la mejor cuenta del tejido para cualquier combinación de material específico, denier de las fibras y denier del hilo. Por una parte, los tejidos más apretados que tienen la cobertura más alta posible hacen más difícil que el proyectil encuentre agujeros y empuje los hilos y las fibras hacia un lado. Por otra parte, la elevada frecuencia de los entrecruzamientos de los hilos limita la propagación del suceso balístico a través de la tela y reduce el volumen de las telas que pueden absorber energía del proyectil. El experto encontrará fácilmente la mejor cuenta del hilo para cada material fibroso, el denier del hilo y el denier del filamento por experimentación.

Para hilos de polietileno de 1200 denier, como los hilos SPECTRA® 900, producidos por Honey ell International Inc., las telas de tejido plano con aproximadamente 17 X 17 extremos/pulgada (6.7 extremos/era) a aproximadamente 45 X 45 extremos/pulgada (17.7 extremos/cm) son los preferidos. Se prefieren más las telas de tejido plano que tengan desde aproximadamente 19 X 19 extremos/pulgada (7.5 extremos/cm) hasta aproximadamente 23 X 23 extremos/pulgada (9.0 extremos /cm) . Para los hilos de polietileno de 650 denier SPECTRA® 900, se prefieren las telas de tejido plano que tengan desde aproximadamente 20 X 20 extremos/pulgada (7.9 extremos/cm) hasta aproximadamente 40 X 40 extremos/pulgada (16 extremos/cm) . Para los hilos de polietileno de 215 denier SPECTRA® 1000, se prefieren telas de tejido plano que tengan desde aproximadamente 40 X 40 extremos/pulgada (16 extremos/cm) hasta aproximadamente 60 X 60 extremos/pulgada (24 extremos/cm) .

Se prefiere que el constituyente del género tejido del laminado inventivo sea lavado para eliminar todos los acabados. De preferencia, el proceso de lavado consiste en la agitación con una solución de un agente tensoactivo no iónico y fosfato de trisodio a una temperatura de aproximadamente 50 °C, seguido por el enjuague con agua limpia a aproximadamente 50 °C y el secado. Para el propósito de esta invención, se entenderá que un género lavado ha sido tratado en la forma ya descrita.

Se prefiere que el género tej ido sea tratado en corona antes de la aplicación de los recubrimientos superficiales o resinas matriz. De preferencia, el género se somete a aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 3 kVa-min/m del tratamiento en corona, más preferentemente el nivel de tratamiento en corona es de alrededor de 1.7 kVa-min/m . Las unidades del tratamiento en corona convenientes están a la disposición de Enercon Industries Corp., Menomonee Falls, I y de Sherman Treaters Ltd, Thame , Oxon. , RU .

Se prefiere que el género tejido sea calandrado antes del tratamiento en corona. De preferencia, el calandrado se lleva a cabo haciendo pasar la tela a través de rodillos contrarios que giran a la misma velocidad y aplicando una presión de aproximadamente 800 lb/pulgada (140 kN/m) hasta aproximadamente 1200 lb/pulgada (210 kN/m) del ancho de la tela a aproximadamente 100 °C hasta aproximadamente 130°C. De preferencia, la presión del calandrado es de alrededor de 900 lb/pulgada (158 kN/m) hasta aproximadamente 1000 lb/pulgada (175 kN/m) del ancho de la tela a aproximadamente 115 °C hasta aproximadamente 125 °C.

Los hilos que comprenden el componente de la tela de los laminados inventivos pueden ser de aproximadamente 50 denier a aproximadamente 3000 denier. La elección debe hacerse tomando en cuenta la eficacia balística y el costo. Los hilos más finos son más costosos por su fabricación y tejido, pero pueden producir mayor eficacia balística por peso unitario. Los hilos en los laminados de la invención son de preferencia desde aproximadamente 200 denier hasta aproximadamente 3000 denier. Con mayor preferencia, los hilos son desde aproximadamente 650 denier hasta aproximadamente 1500 denier. Con mayor preferencia, los hilos son desde aproximadamente 800 denier hasta aproximadamente 1300 denier.

Las fibras que comprenden el hilo de preferencia son desde aproximadamente 0.4 hasta aproximadamente 20 denier. Más preferentemente, las fibras son desde aproximadamente 0.8 hasta aproximadamente 15 denier. Con mayor preferencia, las fibras son desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 12 denier.

Los cruzamientos de las fibras para utilizarlas en esta invención pueden variar ampliamente. Estas pueden ser de sección transversal circular, plana u oblonga. Estas también pueden ser de una sección transversal irregular o regular multilobular teniendo uno o más lóbulos regulares o irregulares sobresaliendo del eje lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras sean de una sección transversal considerablemente circular, plana u oblonga, con mayor preferencia la primera .

Los hilos de alta resistencia para utilizarlos en esta invención son aquellos que tienen una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, módulos de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 150 g/d y una energía para el rompimiento igual a o mayor que aproximadamente 8 J/g. Para el propósito de esta invención, la tenacidad del hilo, el módulo de elasticidad a la tracción inicial (módulo de elasticidad) y energía para el rompimiento se miden por el método ASTM D2256. Los hilos preferidos son aquellos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 10 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 200 g/d y una energía para el rompimiento igual a o mayor que aproximadamente 20 J/g. Los hilos particularmente preferidos son aquellos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 16 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 400 g/d y una energía para el rompimiento igual a o mayor que aproximadamente 27 J/g. Los hilos más preferidos son aquellos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 22 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 900 g/d y una energía para el rompimiento igual a o mayor que aproximadamente 27 J/g. En la práctica de esta invención, los hilos de elección tienen una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 28 g/d, el módulo de elasticidad a la tracción inicial es igual a o mayor que aproximadamente 1200 g/d y la energía para el rompimiento es igual a o mayor que aproximadamente 40 J/g.

Los hilos y las telas de la invención pueden estar compuestos de uno o más diferentes fibras de alta resistencia. Los hilos pueden estar compuestos de una o más fibras de alta resistencia diferentes en alineamiento prácticamente paralelo, o los hilos pueden estar torcidos, envueltos o enmarañados como se describe en la Patente de Estados Unidos 5,773,370 para Dunbar y col., cedida con la presente. Los géneros de la invención pueden estar tejidos con hilos que tengan diferentes fibras en las direcciones de la urdimbre y trama, o en otras direcciones.

Las fibras de alta resistencia útiles en los hilos y telas de la invención incluyen fibras de poliolefina de peso molecular elevado, altamente orientadas, en particular fibras de polietileno, fibras de aramida, fibras de polibenzazol , como pueden ser las fibras de polibenzoxazol (PBO) y polibenzotiazol (PBT) , fibras de alcohol polivin lico, fibras de poliacrilonitrilo , de copoliéster de cristal líquido, fibras de vidrio, de carbono o fibras de minerales de basalto u otros minerales .

La Patente US No. 4,457,985 en general describe fibras de polietileno y polipropileno de peso molecular elevado como estas, y la descripción de esta patente se incorpora por este medio como referencia en la medida que no sea inconsistente con la presente. En el caso del polietileno, las fibras convenientes son aquellas de peso molecular promedio ponderado de al menos 150,000, de preferencia al menos un millón, y con mayor preferencia entre 2 millones y 5 millones. Estas fibras de polietileno de peso molecular elevado pueden crecer en solución como se describe en la Patente US No. 4,137,394 para Meihuzen y col., o la Patente US No. 4,356,138 para Kavesh y col., publicada el 26 de octubre de 1982, o un filamento hilado a partir de una solución para formar una estructura de gel, como se describe en la Patente Alemana No. 3,004,699 y GB No. 2051667, y en especial como está descrito en la Patente US No. 4,413,110, o las fibras de polietileno pueden ser producidas mediante un proceso de laminación y estirado como está descrito en la Patente US No. 5,702,657 y se comercializa con el nombre TENSYLON® por ITS Industries Inc. Cuando se utiliza en la presente, el término polietileno significa un material polietileno principalmente lineal que puede contener cantidades menores de ramificación de cadenas o comonómeros que no excedan 5 unidades modificadoras por 100 átomos de carbono de la cadena principal , y que pueden también contener mezclado con estos no más de aproximadamente 50% en peso de uno o más aditivos poliméricos como alquen-1-polimeros, en particular polietileno de baja densidad, polipropileno o polibutileno, copolímeros que contengan monoolefinas como los monómeros primarios, poliolefinas oxidadas, copolímeros de poliolefinas injertadas y polioximetilenos , o aditivos de peso molecular bajo como antioxidantes, lubricantes, agentes filtradores de la luz ultravioleta, colorantes y similares que por lo regular se incorporan como referencia [sic] .

Dependiendo de la técnica de conformación, la relación de estirado y las temperaturas y otras condiciones, es posible impartir a estas fibras diferentes propiedades. La tenacidad de las fibras debe ser al menos 15 g/d, de preferencia al menos 20 g/d, con mayor preferencia al menos 25 g/d y con mayor preferencia al menos 30 g/d. Del mismo modo, el módulo de elasticidad a la tracción inicial de las fibras, como se mide por una máquina de pruebas de tracción Instron, es al menos 300 g/d, de preferencia al menos 500 g/d, y con mayor preferencia al menos 1000 g/d, y con mayor preferencia al menos 1200 g/d. Estos valores más altos para el módulo de elasticidad a la tracción inicial y tenacidad por 1 regular pueden obtenerse solo empleando procesos de crecimiento en solución o hilado de un gel. Muchos de los filamentos tienen puntos de fusión mayores que el punto de fusión del polímero a partir del cual se formaron. Así pues, por ejemplo, el polietileno de peso molecular elevado de 150,000, un millón y 2 millones por lo regular tienen puntos de fusión en el granel de 138 °C. Los filamentos de polietileno altamente orientados elaborados de estos materiales tienen puntos de fusión desde aproximadamente 7°C hasta aproximadamente 13 °C mayor. Así pues, un leve aumento en el punto de fusión manifiesta la perfección cristalina y mayor orientación cristalina de los filamentos en comparación con el polímero a granel.

Del mismo modo es posible utilizar fibras de polipropileno de peso molecular elevado, altamente orientadas, de peso molecular promedio ponderado al menos 200,000, de preferencia al menos un millón, y con mayor preferencia, al menos 2 millones. El polipropileno de cadena extendida como este puede ser formado en filamentos razonablemente bien orientados por las técnicas prescritas en las diferentes referencias antes mencionadas, y en especial por la técnica de la Patente US No. 4,413,110. Puesto que el polipropileno es un material mucho menos cristalino que el polietileno y contiene grupos metilo pendientes, los valores de tenacidad que pueden obtenerse con el polipropileno por lo regular son considerablemente menores que los valores correspondientes para polietileno. Por consiguiente, una tenacidad conveniente es al menos 8 g/d, siendo una tenacidad preferida al menos 11 g/d. El módulo de elasticidad a la tracción inicial para polipropileno es al menos 160 g/d, de preferencia al menos 200 g/d. El punto de fusión del polipropileno por lo regular se eleva varios grados por el proceso de orientación, de modo que el filamento de polipropileno de preferencia tendrá un punto de fusión principal de al menos 168 °C, con mayor preferencia al menos 170°C. Los intervalos particularmente preferidos para los parámetros antes descritos pueden proporcionar venta osamente desempeño mejorado en el producto final. Si se emplean fibras que tengan un peso molecular promedio ponderado de al menos aproximadamente 200,000 acoplado con los intervalos preferidos para los parámetros antes descritos (módulo y tenacidad) es posible obtener desempeño ventajosamente mejorado en el producto final.

Las fibras de alcohol polivinílico (PV-OH) de peso molecular elevado que tienen elevado módulo de elasticidad a la tracción están descritas en la Patente US No. 4,440,711 para Kwon y col., la cual se incorpora por este medio como referencia en la medida en que no sea inconsistente con la presente. Las fibras de PV-OH de peso molecular elevado deben tener un peso molecular promedio ponderado de al menos aproximadamente 200,000. Las fibras de PV-OH particularmente útiles deben tener" un módulo de al menos aproximadamente 300 g/d, una tenacidad de al menos aproximadamente 7 g/d, de preferencia al menos aproximadamente 10 g/d, con mayor preferencia al menos aproximadamente 14 g/d y con mayor preferencia al menos aproximadamente 17 g/d, y una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g. Las fibras de PV-OH que tengan peso molecular promedio ponderad de al menos aproximadamente 200,000, una tenacidad de al menos aproximadamente 10 g/d, un módulo de elasticidad a la tracción de al menos aproximadamente 300 g/d, y una energía para el rompimiento de aproximadamente 8 J/g son más útiles para producir un artículo con resistencia balística. Las fibras de PV-OH que tengan estas propiedades pueden producirse, por ejemplo, por el proceso descrito en la Patente US No. 4,599,267.

En el caso de poliacrilonitrilo (PAN) , la fibra de PAN debe tener un peso molecular promedio ponderado de al menos aproximadamente 400,000. La fibra PAN particularmente útil tiene una tenacidad de al menos aproximadamente 10 g/d y una energía al rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g. La fibra PAN que tenga un peso molecular de al menos aproximadamente 400,000, una tenacidad de al menos aproximadamente 15 a 20 g/d y una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g es más útil; y estas fibras están descritas, por ejemplo, en la Patente US No. 4,535,027.

En el caso de las fibras de aramida, las fibras convenientes formadas a partir de poliamidas aromáticas están descritas en la Patente US No. 3,671,542, la cual se incorpora por este medio como referencia. Las fibras de aramida preferidas tendrán una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d, un módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 400 g/d y una energía al rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g, y las fibras de aramida particularmente preferidas tendrán una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d y una energía al rompimiento de al menos aproximadamente 20 J/g. Las fibras de aramida más preferidas tendrán una tenacidad de al menos aproximadamente 20 g/d, un módulo de al menos aproximadamente 900 g/d y una energía al rompimiento de al menos aproximadamente 30 J/d. Por ejemplo, los filamentos de poli (p- fenilen terefialamida) [sic] ) producidos para uso comercial por Dupont Corporation bajo la marca comercial de KEVLAR® y que tienen valores de módulos y tenacidad moderadamente altos son particularmente útiles para formar compuestos resistentes a balística. KEVLAR 29 tiene 500 g/d y 22 g/d y KEVLAR 49 tiene 1000 g/d y 22 g/d como valores de módulo de elasticidad a la tracción inicial y tenacidad, respectivamente. También útiles en la práctica de esta invención son las fibras de poli (m-fenilen isoftalamida) producidas para uso comercial por Dupont con la marca NOMEX® .

Las fibras de copoliéster de cristal líquido convenientes para la práctica de esta invención están descritas, por ejemplo, en las Patentes US Nos. 3,975,487; 4,118,372 y 4,161,470.

Las fibras de polibenzazol convenientes para la práctica de esta invención están descritas por ejemplo en las Patentes US Nos. 5,286,833, 5,296,185, 5,356,584, 5,534,205 y 6,040,050. De preferencia, las fibras de polibenzazol son fibras marca ZYLON® de Toyobo Co.

El elastómero útil en un laminado de la invención de preferencia posee módulo de elasticidad a la tracción inicial (módulo de elasticidad) igual a o menor que aproximadamente 6000 psi (41.4 MPa) medido por ASTM D638. Con mayor preferencia, el elastómero tiene módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 2400 psi (16.5 MPa) . Con mayor preferencia, el elastómero tiene módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 1200 psi (8.23 MPa) .

En esta invención es posible utilizar una amplia variedad de materiales elastoméricos y formulaciones que tengan módulo adecuadamente bajo. Por ejemplo, es posible emplear cualquiera de los siguientes materiales: polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolímeros de etileno-propileno, terpolímeros de etileno-propileno-dieno, polímeros polisulfuro, elastómeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado, policloropreno, policloruro de vinilo plastificado utilizando ftalato de dioctilo u otros plastificadores bien conocidos en la técnica, elastomeros de butadieno acrilonitrilo, poli (isobutileno-co-isopreno) , poliacrilatos , poliésteres, poliéteres, fluoroelastómeros , elastomeros de silicona, elastomeros termoplásticos , copolimeros de etileno.

De preferencia, el material elastomérico no se une muy bien o se une muy suelto al material de la tela. Preferidos para las telas de polietileno son los copolimeros en bloque de dienos conjugados y copolimeros vinilaromáticos . El butadieno e isopreno son los elastomeros de dieno conjugado preferidos. El estireno, vinil tolueno y t-butil estireno son monómeros aromáticos conjugados preferidos. Los copolimeros en bloque que incorporan poliisopreno pueden ser hidrogenados para producir elastomeros termoplásticos que tengan segmentos elastomeros hidrocarburos saturados. Los polímeros pueden ser copolimeros en tres bloques sencillos del tipo R- (BA) x (x=3 - 150 ) ; en donde A es un bloque de un monómero polivinilo aromático y B es un bloque de un elastómero dieno conjugado. Muchos de estos polímeros se producen para uso comercial por Kraton Polymers, Inc.

El elastómero con módulo bajo puede estar compuesto con cargas como negro de humo, sílice, etc., y puede ser extendido con aceites y vulcanizado por azufre, peróxido, óxido metálico o sistemas de curado por radiación utilizando los métodos bien conocidos por los tecnólogos del caucho. Es posible utilizar mezclas entre sí de los diferentes materiales elastoméricos , o uno o más elastomeros pueden combinarse con uno o más termoplásticos.

El recubrimiento elastomérico de preferencia forma aproximadamente 1 hasta aproximadamente 10% en peso de un laminado inventivo. Con mayor preferencia, el recubrimiento elastomérico forma aproximadamente 2 a aproximadamente 8% en peso del laminado.

El recubrimiento elastomérico puede aplicarse por aspersión o recubriendo con rodillo una solución del elastómero sobre la superficie del género tejido seguido por el secado. De otro modo, el elastómero puede formarse en una película u hoja y aplicarse a la superficie del género tejido por medio de presión y/o calor. Se prefiere que los elastomeros del copolímero en bloques de estireno-isopreno-estireno o del tipo estireno-butadieno-estireno se apliquen por recubrimiento con rodillo de una solución seguida por el secado.

La resina matriz útil en un laminado de la invención de preferencia posee módulo de elasticidad a la tracción inicial (módulo de elasticidad) igual a o mayor que aproximadamente 300,000 psi (2.07 GPa) medido por ASTM D638. Con mayor preferencia, la resina matriz tiene módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 400,000 psi (2.76 GPa) .

Las resinas matriz útiles en un laminado de la invención incluye alilos termofijos, aminos, cianatos, epoxis, fenólicos, poliésteres insaturados, bismaleimidas , poliuretanos rígidos, siliconas, vinil ésteres y sus copolímeros y mezclas. Solo es importante que la resina matriz posea el módulo de elasticidad a la tracción inicial necesario. Las resinas éster vinílicas termofijas son preferidas. De preferencia, el éster vinílico es uno producido por esterificación de una resina epoxi polifuncional con un ácido monocarboxílico insaturado, por lo regular ácido metacrílico o acrílico. Los ésteres vinílieos ejemplares incluyen adipato de diglicidilo, isoftalato de diglicidilo, adipato de di-(2 , 3 -epoxibutilo) , oxalato de di- (2 , 3 -epoxibutilo) , succinato de di- (2 , 3 -epoxihexilo) , maleato de di- (3,4-epoxibutilo) , pimelato de di- ( 2 , 3 -epoxioctilo) , ftalato de di- (2 , 3 -epoxibutilo) , tetrahidroftalato de di- (2,3-epoxioctilo) , maleato de di- (4, 5-epoxidodecilo) , tereftalato de di- (2 , 3 -epoxibutilo) , tiodipropionato de di- (2 , 3 -epoxipentilo) , difenildicarboxilato de di- (5,6-epoxitetradecilo) , sulfonildibutirato de di- (3,4-epoxiheptilo) , 1 , 2 , 4-butantricarboxilato de tri-(2,3-epoxibutilo) , maleato de di- ( 5 , 6-epoxipentadecilo) , azelato de di- (2 , 3 -epoxibutilo) , citrato de di- (3,4-epoxipentadecilo) , 1 , 3 -dicarboxilato de di- (4,5-epoxioctil) ciclohexano, malonato de di- (4,5-epoxioctadecilo) , bisfenol A-poliéster del ácido fumárico y materiales similares.

Son más preferidas las resinas del éster vinílico basadas en epoxi, como pueden ser las resinas DERAKANE® fabricadas por Dow Chemical Company.

La resina matriz de preferencia forma desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 25% en peso del laminado. Con mayor preferencia, la resina matriz forma desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 15% en peso del laminado.

La resina matriz de preferencia se aplica sumergiendo o por inmersión de la tela tejida en una resina matriz líquida no curada o una solución de la resina matriz para llevar a cabo la impregnación completa .

La película plástica útil en un laminado de la invención puede seleccionarse del grupo consistente en: poliolefinas, poliamidas, poliésteres, poliuretanos , polímeros vinílicos, fluoropolímeros y copolímeros y mezclas de estos. De preferencia, la película plástica no se une demasiado bien o se une muy suelta al recubrimiento elastomérico o a la resina matriz. Cuando el recubrimiento elastomérico es un copolímero en bloques de un dieno conjugado y un copolímero vinil aromático, la película plástica de preferencia es un polietileno lineal de baja densidad. Del mismo modo, cuando la resina matriz es una resina éster vinílico, la película plástica de preferencia es polietileno lineal de baja densidad.

La película plástica de preferencia es de 0.0002 pulgadas de espesor (5.1 micrómetros) hasta aproximadamente 0.005 pulgadas (127 micrómetros) de espesor. Con mayor preferencia, la película plástica tiene un espesor desde aproximadamente 0.0003 pulgadas (7.6 micrómetros) hasta aproximadamente 0.003 pulgadas (76 micrómetros) de espesor.

La película plástica de preferencia constituye desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 5% en peso del laminado. De preferencia, la película plástica se orienta biaxialmente . De preferencia, la película plástica se une a los materiales base del laminado por medio de calor y presión.

En otras modalidades, la invención comprende los métodos de formar los laminados inventivos. En una modalidad, el método de la invención comprende los pasos de: formar una tela tejida compuesta de al menos una mayor parte de hilos de alta resistencia que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g; recubrir un elastómero sobre al menos una parte de una superficie de la tela, el elastómero teniendo un módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 6000 psi (41.3 Pa) ; y unir una película plástica a al menos una parte de la superficie recubierta con el elastómero.

De preferencia la tela se lava, se calandra y se trata en corona. De preferencia, el calandrado se lleva a cabo haciendo pasar la tela a través de rodillos contrarios que giran a la misma velocidad y aplicando una presión de alrededor de 800 lb/pulgada (140 kN/m) hasta aproximadamente 1200 lb/pulgada (210 kN/m) del ancho de la tela a aproximadamente 100 °C hasta aproximadamente 130°C.

En todavía otra modalidad, el método de la invención comprende los pasos de: formar una tela tejida compuesta de al menos una mayor parte de hilos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía para el rompimiento de al menos analizador 8 J/g; lavar y tratar en corona la tela, impregnar la tela con una resina que tenga un módulo de elasticidad a la tracción inicial, cuando se cura a, igual o mayor que 300,000 psi (2.07 GPa) ; y unir una película plástica a al menos una parte de una de las superficies de la tela.

De preferencia, la tela se calandra después del lavado y antes del tratamiento en corona. Los siguientes ejemplos se presentan para permitir una comprensión más completa de la invención. Las técnicas específicas, condiciones, materiales, proporciones y datos mencionados se establecen para mostrar los principios de la invención y solo son ejemplos y no deben ser considerados como limitantes del alcance de la invenció .

EJEMPLOS Ejemplo 1 (Comparativo) Un hilo de polietileno de 1200 denier x 120 filamentos, denominado SPECTRA® 900 de Honeywell International Inc., con propiedades de tracción de tenacidad 30 g/d, módulo 850 g/d y energía para el rompimiento de 63 J/g, fue tejido en una tela de tejido plano de 21 x 21 extremos/pulgada (8.27 extremos/cm) . La tela tejida fue lavada para eliminar los acabados y fue tratada en corona a 1.7 kVa-min/m .

Ejemplo 2 (Comparativo) La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 1 se lavó, se calandró y trató en corona a 1.7 kVa-min/m . El calandrado se llevó a cabo haciendo pasar la tela a través de rodillos opuestos girando ala misma velocidad y aplicando una presión de 952 lb/pulgada (163 k /m) del ancho de la tela a 121°C.

Ejemplo 3 (Comparativo) La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 1 se lavó y trató en corona a 1.7 kVa-min/m2. Una película de polietileno de baja densidad, lineal, con un espesor de 0.00035 pulgadas (8.89 mieras) se laminó a una superficie de la tela haciendo pasar la tela, la película de polietileno y una película externa de poliéster para la liberación a través de rodillos contrarios que operaban a la misma velocidad bajo una presión de rodillo de 635 lb/pulgada (109 kN/m) a 121°C. La película para liberación fue luego desprendida del laminado polietileno- tela . La película de polietileno constituyó 3.5% en peso del laminado .

Ejemplo 4 (Comparativo) La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 1 se lavó, calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2 y se trató a 1.7 kVA-min/m2. Una solución de ciclohexano que contenía 20% en peso de un elastómero con polímero en bloques de estireno- isopreno-estireno denominado KRATON® D1107 se aplicó a una superficie de la tela. Después del secado, el elastómero constituyó 5% en peso de la tela recubierta. El módulo de elasticidad a la tracción inicial del elastornero KRATON® D1107 puro fue 200 psi (1.38 kPa) .

Ejemplo 5 La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 1 se lavó y trató en corona a 1.7 kVA-min/m . Una superficie de la tela se recubrió con el elastómero KRATON® D1107 al 5% en peso como se describe en el Ejemplo 4. Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.00035 pulgadas (8.89 micrómetros) se laminó a la superficie recubierta con el elastómero de la tela bajo una presión de rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) a 121°C. El laminado de la invención se formó por este medio.

Ejemplo 6 La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 1 se lavó, calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2 y se trató en corona a 1.7 kVA-min/m . Una solución de ciclohexano consistente en 20% en peso de un elastómero copolímero en bloques de estireno- isopreno-estireno denominado KRATON® D1107 se aplicó a una superficie de la tela. Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.00035 pulgadas (8.89 micrómetros) se laminó a la superficie recubierta con el elastómero de la tela bajo una presión de los rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) a 121°C. Con esta se formó un laminado de la invención.

Pruebas balísticas Se formaron objetivos balísticos de cada una de las telas y los laminados descritos en los Ejemplos comparativos 1 a 4 y los Ejemplos 5 y 6. Cada objetivo balístico consistió en 19 cuadros de 18 x 18 pulgadas (45.7 x 45.7 cm) cortados del material preparado en el ejemplo. Los cuadros fueron apilados entre sí para formar un objetivo sin ninguna conexión que uniera las capas.

La resistencia balística de los objetivos se evaluó de acuerdo con la norma NIJ 0101.03 del National Institute of Justice utilizando un respaldo de arcilla y un proyectil de grano 124 (8.0 g) con chaqueta metálica completa de 9 mm. Las densidades areales de los objetivos, las velocidades a las cuales 50% de los proyectiles falló en penetrar los objetivos (V50) y la absorción de energía específica de los objetivos (SEAT) se mencionan en la Tabla II siguiente.

Como se observa por la inspección del Ejemplo comparativo 2 contra el Ejemplo comparativo 1, el calandrado de la tela aumenta considerablemente su eficacia balística (SEAT: 72 vs . 34).

La inspección del Ejemplo comparativo 3 contra el Ejemplo comparativo 2 muestra que la laminación de la película de polietileno a la tela en lugar del calandrado aumenta del mismo modo la eficacia balística en casi el mismo grado (SEAT: 68 vs . 72).

La inspección del Ejemplo comparativo 4 contra el Ejemplo comparativo 2 muestra que 5% en peso de un recubrimiento de un elastómero de módulo bajo sobre una superficie de la tela calandrada aumenta más la eficacia balística (SEAT: 100 vs . 72).

Sorprendentemente, el Ejemplo 5, un laminado de la invención, que consiste en una tela tejida no calandrada, y una combinación de un recubrimiento con elastómero de módulo bajo sobre la superficie de la tela y una película plástica unida a la superficie recubierta con el elastómero mostró resistencia balística superior a cualquiera de las telas o laminados antes mencionados (SEAT: 112) . También es sorprendente que el Ejemplo 6, un laminado de la invención, que comprende el mismo recubrimiento de elastómero de módulo bajo y película plástica sobre una tela calandrada, aunque mejor que todas, mostró un poco más de ganancia en la resistencia balística (SEAT: 117) .

Sin sustentar una teoría específica, se considera que la función del elastómero con módulo bajo en un laminado de la invención es aumentar la fricción entre los hilos y entre los filamentos de un hilo, y de ese modo hacer difícil que el proyectil empuje los filamentos y los hilos hacia un lado. Se considera que la función de la película plástica es colaborar en la dispersión de la onda de deformación causada por el choque balístico e involucrar un mayor volumen de las fibras en el suceso balístico. En consecuencia, el elastómero y la película plástica funcionan juntos para demandar del proyectil romper más de los hilos de alta resistencia y disipar más energía .

TABLA II DESEMPEÑO BALÍSTICO DE LOS OBJETIVOS Componente de la tela: SPECTRA® 900 de 1200 denier; 21 x 21 extremos/pulgada L : lavada C: calandrada TC: tratada en corona Ejemplo 7 (Comparativo) Un hilo de polietileno de 60 filamentos de 215 denier, denominado SPECTRA® 1000 de Honey ell International Inc., teniendo propiedades de tracción de 35 g/d de tenacidad, módulo 1320 g/d y energía para el rompimiento de 65 J/g se tejió en una tela de tejido plano de 56 x 56 extremos/pulgada (22 extremos/cm) . La tela tejida fue lavada para eliminar los acabados y tratada en corona a 1.7 kVA-min/m2.

El objetivo balístico se formó de 21 cuadros de 18 x 18 pulgadas (45.7 x 45.7 cm) cortados de la tela y apilados entre sí sin conexión que uniera las capas.

Ejemplo 8 La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 7 se lavó, calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2 y se trató en corona a 1.7 kVA-min/m . Una solución de ciclohexano consistente en 20% en peso de un elastomero copolímero en bloques de estireno-isopreno-estireno denominado RATON® D1107 se aplicó a una superficie de la tela. Después del secado, el elastomero constituyó 5% en peso de la tela recubierta. Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.00035 pulgadas (8.89 micrómetros) se laminó a la superficie recubierta con el elastomero de la tela bajo una presión de los rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) a 121°C. Con esta se formó un laminado de la invención.

El objetivo balístico se formó de 21 cuadros de 18 x 18 pulgadas (45.7 x 45.7 cm) cortados de la tela y apilados entre sí sin conexión que uniera las capas.

Ejemplo 9 La misma tela tejida de polietileno como la descrita en el Ejemplo comparativo 7 se lavó, calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2 y se trató en corona a 1.7 kVA-min/m . Una solución de ciclohexano consistente en 20% en peso de un elastómero copolímero en bloques de estireno-isopreno-estireno denominado KRATON® D1107 se aplicó a una superficie de la tela. Después del secado, el elastómero constituyó 10% en peso de la tela recubierta. Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.00035 pulgadas (8.89 micrómetros) se laminó a la superficie recubierta con el elastómero como se describe en el Ejemplo 8. Con esta se formó un laminado de la invención.

El objetivo balístico se formó de 21 cuadros de 18 x 18 pulgadas (45.7 x 45.7 cm) cortados de la tela y apilados entre sí sin conexión que uniera las capas.

Pruebas de balística La resistencia balística de los objetivos preparados en el Ejemplo comparativos 7 y los Ejemplos 8 y 9 se evaluó de acuerdo con la norma NIJ 001.03 del National Institute of Justice utilizando un respaldo de arcilla y dos proyectiles: un proyectil de grano 124 (8.0 g) con chaqueta metálica completa de 9 mm y un proyectil mágnum 357 de grano 158 (10.2 g) . Las densidades areales de los objetivos, las velocidades a las que 50% de los proyectiles penetraron los objetivos (V50) y la absorción de energía específica de los objetivos (SEAT) se muestran en la Tabla III siguiente.

Se observará que los dos laminados de la invención (Ejemplos 8 y 9) evitaron la penetración de 50% de los proyectiles a velocidades V50 más que dos y media veces mayores que la tela no modificada del Ejemplo comparativo 7 incluso a densidades areales algo menores. La absorción de la energía específica por el laminado que contiene el peso del recubrimiento elastomérico más bajo (5% en peso para el ejemplo 8) fue levemente mejor que el laminado que contenía el mayor peso del recubrimiento elastomérico (10% para el Ejemplo 9) .

TABLA II DESEMPEÑO BALÍSTICO DE LOS OBJETIVOS 5 Componente de la tela: SPECTRA® 1000 de 215 denier; 56 x 56 extremos/pulgada lavada calandrada tratada en corona 10 n.d. : no disponible Ejemplo 10 (Comparativo) Un hilo de polietileno de 120 filamentos de 1200 denier, denominado SPECTRA® 900 de Honeywell International Inc., con propiedades de tracción de tenacidad 30 g/d, módulo 850 g/d y energía para el rompimiento de 63 J/g fue tejido en una tela de tejido plano de 21 x 21 extremos/pulgada (8.27 extremos/cm) . La tela tejida fue lavada para eliminar los acabados y fue tratada en corona a 1.7 kVA-min/m2. La tela fue impregnada con 20% en peso de una resina éster vinílico epoxi (Dow Chemical Co. Derekane 411 modificada para la eliminación del monómero estireno) que contenía 1.5% de 2, 5-dimetil-2, 5-di- (2-etilhexanoil peroxi) hexano como agente de curado. Las capas de la tela impregnadas fueron apiladas y unidas entre sí por calentamiento y curada la resina a 120°C a una presión de 500 psi (3.45 MPa) . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es de 460,000 psi (3.17 GPa) . Se formó un objetivo balístico como tablero rígido con una densidad areal de 4.89 kg/m2.

Ejemplo 11 La misma tela tejida que se describió en el Ejemplo comparativo 10 se lavó, calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2 y se trató en corona a 1.7 kVA-min/m2.

La tela se impregnó con 10% en peso de una resina éster vinílica epoxi modificada (Dow Chemical Co. Derekane 411 modificada para eliminar el monómero estireno) que contenía 1.5% del agente de curado 2,5-dimetil-2 , 5-di- (2 -etilhexanoil peroxi ) hexano . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es 460,000 psi (3.17 GPa) . Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.0035 pulgadas (88.9 micrómetros) se laminó a la superficie recubierta con elastómero de la tela bajo una presión de rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) formando con ello un laminado de la invención.

Las capas laminadas fueron laminadas y unidas entre sí por calentamiento y curada la resina a una presión de 500 psi (3.44 Pa) a 120°C. Un objetivo balístico de tablero rígido de la invención con ello se formó teniendo una densidad areal de 4.89 kg/m2.

Prueba de balística Las resistencias balísticas de los paneles o tableros rígidos preparados en el Ejemplo comparativo 10 y el Ejemplo 11 fueron evaluadas de acuerdo con el procedimiento MIL-STD-662F (Revisado el 18 de diciembre de 1997) , utilizando proyectiles simuladores de fragmentos calibre 0.22, tipo 2, de grano 17.0 (1.166 g) (FSP) conforme a MIL-P-46593A. Las muestras a prueba fueron montadas en un campo interno 12.5 pies desde la boca del arma de un barril de prueba para producir impactos con oblicuidad de cero grados. Las pantallas Lumiline fueron colocadas a 5 y 10 pies, que en conjunto con el contador de tiempo transcurrido (cronógrafo) se utilizaron para calcular las velocidades de los proyectiles a 7.5 pies desde la boca del arma. Las penetraciones fueron determinadas por examen visual de una hoja de 0.020 pulgadas (0.0508 cm) de espesor de aluminio 2024-T3 colocadas 2 pulgadas por detrás y paralelas a las muestras a prueba.

La V50 para cada muestra a prueba se calculó basándose en el número igual de velocidades de penetración parcial más altas y velocidades de penetración completa más bajas del FSP calibre 0.22, tipo 2, grano 17.0 dentro de una dispersión de velocidad de 125 pies por segundo. Se utilizó el procedimiento de disparo normal hacia arriba y hacia abajo. Un mínimo de 4 penetraciones parciales y 4 penetraciones completas se obtuvieron con velocidades dentro de una dispersión de velocidad de 125 pies por segundo. La V50 se calculó tomando el promedio aritmético de un número igual de velocidades de impacto para la penetración más alta parcial y más baja completa dentro de la extensión de la velocidad de 125 pies por segundo.

Las densidades areales de los objetivos, la V50 y la absorción de energía específica de los objetivos (SEAT) se muestran en la Tabla IV siguiente. Se observará que el tablero rígido de la invención tuvo resistencia balística superior en comparación con el tablero control.

Ejemplo 12 (Comparativo) Un hilo de 1140 denier denominado KEVLAR® 49 de aramida (poli (fenilentereftalamida) de Dupont, con propiedades de tracción de 28 g/d de tenacidad, módulo de 976 g/d y energía para el rompimiento de 24 J/g se tejió en una tela de tejido plano de 17 x 17 extremos/pulgada (6.7 extremos/cm) . La tela se impregnó con 10% en peso de una resina éster vinílica epoxi (Dow Chemical Co. , Derekane 411 modificada por eliminación del monómero estireno) que contenía 1.5% de agente de curado 2,5-dimetil-2 , 5-di- (2-etilhexanoil peroxi)hexano. Las capas de tela impregnadas se apilaron y se unieron entre sí por calentamiento y curado de la resina a 120 °C bajo una presión de 500 psi (3.45 MPa) . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es 460,000 psi (3.17 GPa) . Un objetivo balístico tablero rígido se formó con una densidad areal de 4.89 kg/m2.

TABLA IV DESEMPEÑO BALÍSTICO DE LOS OBJETIVOS 5 Componente de la tela: SPECTRA® 900 de 1200 denier; 21 x 21 extremos/pulgada L : lavada C : calandrada TC: tratada en corona 10 Ejemplo 13 La misma tela de KEVLAR® 49 como se describe en el Ejemplo comparativo 12 se lavó y calandró como se describe en el Ejemplo comparativo 2. La tela se impregnó con 10% en peso de una resina éster vinílica modificada con epoxi (Dow Chemical Co . Derekane 411 modificada por eliminación del monómero estireno) que contenía 1.5% del agente de curado 2 , 5-dimetil-2 , 5-di- (2 -etilhexanoil peroxi ) hexano . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es 460,000 psi (3.17 GPa) . Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.0035 pulgadas (88.9 micrómetros) se lamina a la superficie recubierta con el elastómero de la tela a una presión de rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) formando con ello un laminado de la invención .

Las capas laminadas se apilan y se unen entre sí por calentamiento y curado de la resina a una presión de 500 psi (3.44 MPa) a 120°C. Un objetivo balístico tablero rígido de la invención con ello se forma teniendo una densidad areal de 4.89 kg/m2.

Ejemplo 14 (Comparativo) Un hilo de 1090 denier denominado ZYLON® PBO (poli ( fenilentereftalamida) , grado HM de Toyobo Co., con propiedades de tracción de 42 g/d de tenacidad, módulo de 1900 g/d y energía para el rompimiento de 26 J/g se tejió en una tela de tejido plano de 17 x 17 extremos/pulgada (6.7 extremos/cm) . La tela se impregnó con 20% en peso de una resina éster vinílica epoxi (Dow Chemical Co. , Derekane 411 modificada por eliminación del monómero estireno) que contenía 1.5% de agente de curado 2,5-dimetil-2 , 5-di- (2-etilhexanoil peroxi) hexano. Las capas de tela impregnadas se apilaron y se unieron entre sí por calentamiento y curado de la resina a 120 °C bajo una presión de 500 psi (3.45 MPa) . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es 460,000 psi (3.17 GPa) . Un objetivo balístico tablero rígido se formó con una densidad areal de 4.89 kg/m .

Ejemplo 15 La misma tela de ZYLON® PBO como se describe en el Ejemplo comparativo 14 se lavó como se describe en el Ejemplo comparativo 2. La tela se impregnó con 10% en peso de una resina éster vinílica modificada con epoxi (Dow Chemical Co. Derekane 411 modificada por eliminación del monómero estireno) que contenía 1.5% del agente de curado 2 , 5-dimetil- 2 , 5-di- (2 -etilhexanoil peroxi) hexano . El módulo de elasticidad a la tracción inicial de la resina pura en el estado curado es 460,000 psi (3.17 GPa) . Una película de polietileno lineal de baja densidad con un espesor de 0.0035 pulgadas (88.9 micrómetros) se lamina a la superficie recubierta con el elastómero de la tela a una presión de rodillos de 635 lb/pulgada de ancho (109 kN/m) formando con ello un laminado de la invención.

Las capas laminadas se apilan y se unen entre sí por calentamiento y curado de la resina a una presión de 500 psi (3.44 MPa) a 120 °C. Un objetivo balístico tablero rígido de la invención con ello se forma teniendo una densidad areal de 4.89 kg/m2.

Prueba de balística Las resistencias balísticas de los tableros rígidos preparados en los Ejemplos comparativos 12 y 14 y los Ejemplos de la invención 13 y 15 se evalúan de acuerdo con el procedimiento de MIL-STD-662F (Revisado el 18 de diciembre de 1997) , utilizando proyectiles simuladores de fragmentos calibre 0.22, tipo 2, grano 17.0 (1.166 g) (FSP) conforme a MIL-P-46593A. Las muestras a prueba se montan en un campo interno 12.5 pies desde la boca del arma de un barril de pruebas para producir impactos con una oblicuidad de cero grados. Las pantallas Lumiline se colocan a 5 y 10 pies, que en conjunto con un contador de tiempo transcurrido (cronógrafo) se utilizaron para calcular las velocidades de los proyectiles 7.5 pies desde la boca del arma. Las penetraciones se determinan por examen visual de hojas de 0.020 pulgadas (0.0508 cm) de espesor de aluminio 2024-T3 colocadas 2 pulgadas por detrás y paralelas a las muestras a prueba. Se espera que los tableros rígidos de la invención tengan superior resistencia balística en comparación con sus tableros control respectivos.

Habiendo así descrito la invención con detalle completo, se entenderá que no es necesario apegarse estrictamente a estos detalles sino que los expertos en la técnica pueden idear otros cambios y modificaciones, todos dentro del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES Un laminado con resistencia balística que comprende: a. una tela tejida compuesta de al menos 50% en peso de hilos de alta resistencia con tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 7 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales iguales a o mayores que aproximadamente 150 g/d y energías para el rompimiento iguales a o mayores que aproximadamente 8 J/g, según se mide por ASTM D2256. b. un elastómero recubierto sobre al menos una parte de una superficie de la tela tejida, el elastómero teniendo un módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 6000 psi (41.4 MPa) medido por ASTM D638; y c. una película plástica unida a al menos una parte de la superficie recubierta con elastómero. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque la tela tejida es una tela tejida lavada y tratada en corona. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque la tela tejida es una tela tejida lavada, tratada en corona y calandrad . El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque los hilos con elevada resistencia tienen tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 15 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales iguales a o mayores que aproximadamente 400 g/d y energías para el rompimiento iguales a o mayores que aproximadamente 15 J/g medidos por ASTM D2256. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque los hilos de alta resistencia tienen tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 30 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales iguales a o mayores que aproximadamente 1000 g/d y energías para el rompimiento iguales a o mayores que aproximadamente 27 J/g medidos por ASTM D2256. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los hilos con elevada resistencia es un hilo de polietileno. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los hilos con elevada resistencia es un hilo de poli (p-fenilentereftalamida) . El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los hilos con elevada resistencia es un hilo de polibenzazol seleccionado del grupo que consiste en: un hilo de polibenzoxazol (PBO) y un hilo de polibenzotiazol (PBT) . El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero tiene un modulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 2400 psi (16.5 MPa) medido por ASTM D638. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero tiene un modulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o menor que aproximadamente 1200 psi (8.23 MPa) medido por ASTM D638. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 15% en peso del laminado. 12. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10% en peso del laminado. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 8% en peso del laminado. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque la película plástica comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5% en peso del laminado. El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque la película plástica está compuesta de un elemento seleccionado del grupo que consiste en poliolefina, poliamida, poliéster y polifluorocarburo . El laminado de la reivindicación 1, caracterizado porque la película plástica está compuesta de polietileno . Un laminado con resistencia balística compuesto de: a) una tela tejida lavada y tratada en corona compuesta de al menos 50% en peso de hilos con resistencia elevada con tenacidades iguales a o mayores que aproximadamente 22 g/d, módulos de elasticidad a la tracción iniciales iguales a o mayores que aproximadamente 400 g/d y energías para el rompimiento iguales a o mayores que aproximadamente 22 J/g medidos por ASTM D2256; b) un elastómero que tiene un módulo de elasticidad a la tracción inicial menor que aproximadamente 1200 psi (8.23 MPa) medido por ASTM D638 recubierto sobre al menos una parte de una superficie de la tela tejida, el elastómero comprende aproximadamente 1 hasta 10% del peso del laminado; y c) una película plástica unida a la superficie recubierta con el elastómero, la película plástica comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5% del peso del laminado. Un laminado con resistencia balística compuesto de: a) una tela tejida lavada y tratada en corona compuesta de al menos 50% en peso de hilo de polietileno con alta resistencia con una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 22 g/d, módulo de elasticidad a la tracción inicial igual a o mayor que aproximadamente 400 g/d y energía para el rompimiento igual a o mayor que aproximadamente 22 J/g, medidos por ASTM D2256; b) un elastómero compuesto de un copolímero en bloques de un dieno conjugado y un copolímero vinil aromático con un módulo de elasticidad a la tracción inicial menor que aproximadamente 1200 psi (8.23 MPa) medido por ASTM D638 recubierto sobre al menos una parte de una superficie de la tela tejida, el elastómero comprende aproximadamente 1 a 10% del peso del laminado; y c) una película de polietileno unida a la superficie recubierta con el elastómero, la película de polietileno comprende aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5% del peso del laminado. El laminado de la reivindicación 17 ó reivindicación 18, caracterizado porque la tela tejida es una tela tejida lavada, tratada en corona y calandrada. Un laminado con resistencia balística compuesto de: a) una tela tejida lavada y tratada en corona compuesta de al menos una mayor parte de hilos con una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, un módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g, medidos por ASTM 2256; impregnado con una resina matriz con un módulo de elasticidad a la tracción inicial, cuando está curada, igual a o mayor que aproximadamente 300,000 psi (2.07 GPa) según se mide por ASTM D638; y una película plástica unida a al menos una parte de al menos una de las superficies de la tela. 21. El laminado de la reivindicación 20, caracterizado porque la tela tejida es una tela tejida lavada, calandrada y tratada en corona. El laminado de la reivindicación 20, caracterizado porque la resina matriz comprende aproximadamente 5 a aproximadamente 15% en peso del laminado. Un tablero rígido con resistencia balística caracterizado porque al menos un componente está compuesto de una pluralidad de los laminados de la reivindicación 1 ó la reivindicación 20 unidos entre sí en un arreglo apilado. El tablero rígido con resistencia balística de la reivindicación 23 además compuesto de al menos un elemento superficie dura seleccionado del grupo que consiste en un metal, cerámica, vidrio, un compuesto con carga metálica, un compuesto con carga cerámica o un compuesto con carga de vidrio. Un método para producir un laminado con resistencia balística, que comprende los pasos de: a) formar una tela tejida compuesta de al menos una mayor parte de hilos con una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, un módulo de elasticidad a la tracción inicial de al menos aproximadamente 150 g/d, una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g, según se mide por ASTM D2256; b) recubrir un elastómero que tenga un módulo de elasticidad a la tracción inicial menor que aproximadamente 6000 psi (41.4 MPa) medido por ASTM D638 sobre al menos una parte de una superficie de la tela; c) y adherir una película plástica a la superficie recubierta con el elastómero. Un método para producir un laminado con resistencia balística, comprende los pasos de: a) formar una tela te ida compuesta de al menos una mayor parte de hilos que tengan una tenacidad igual a o mayor que aproximadamente 7 g/d, un módulo de tracción de al menos aproximadamente 150 g/d y una energía para el rompimiento de al menos aproximadamente 8 J/g; b) lavar y tratar en corona la tela tejida; c) impregnar la tela con una resina que tenga un módulo de tracción, cuando está curada, igual a o mayor que 300,000 psi (2.07 GPa) ; y d) unir una película plástica a al menos una parte de una de las superficies de la tela. El método de cualquiera de las reivindicaciones 25 ó 26 además comprende el paso de calandrar la tela tej ida .