PT1595105E - Material compósito flexível anti-penetração - Google Patents

Description

Descrição "Material compósito flexível anti-penetração" A presente invenção refere-se a um material compósito flexível anti-penetração.

Em particular, a presente invenção refere-se a um material compósito altamente flexível que apresenta elevadas propriedades balísticas, e a artigos antibalísticos muito confortáveis produzidos com este material.

Os artigos resistentes a penetração compreendem geralmente uma série de camadas sobrepostas de tecidos balísticos específicos. É sabido que os tecidos balísticos são feitos com fibras de elevada tenacidade e resistentes entre as quais o aramídico, polietileno ou polibenzobisoxazola são preferidos.

As fibras podem estar proporcionadas em diferentes formas de realização as quais são bem conhecidas na técnica tal como estruturas urdidas e entrançadas para proporcionar um tecido tecido ou estruturas tais como estruturas uni-, multi- ou semí-di reccionais· semi-

Para a produção de artigos balísticos normalmente utilizados, tais ccmo jaquetas, armaduras para c corpo ou coletes à prova de bala, as fibras acima mencionadas encontram-se geralmente presentes na forma de entrançados - urdidos ou tecidos unidireccionais, unidireccionais, bi-axiais ou maiol-aPitis,

Verificou-se que nas estruturas balísticas o efeito anti-penetração e consequenuemente a captura da bala tem lugar basicamente em duas fases: - na primeira fase, a propagação de uma onda de choque ocorre ao longo das fibras das camadas de superfície do tecido balístico atingido pela bala. A velocidade de propagação da onda de choque, e consequentemente o ourcSAiõ-a-õ de absorção de energia, encontra-se directamente relacionada com o módulo da fibra e à velocidade de propagação do som dentro das próprias fibras. Este fenómeno de propagação da onda apresenta uma duração do tempo na ordem dos microssegundos e tem como objectivo principal deformar a bala. - na segunda fase, a estrutura balística deforma e adsorve uma parte adicional de energia.

Em tecidos balísticos convencionais entrançados urdidos, em que as fibras entrelaçadas atravessam as fibras urdidas, as ondas de choque ao longo das mesmas fibras são reflectidas nos pontos de entrelaçamento com a mesma direcção e magnitude que a onda incidente primária. A fibra é consequentemente sujeita a fenómenos <S§ tensão impostos com uma dwicrmagít prematura as estrutura.

Uma desvantagem adicional observada com a atililsets dos â l :·. c!: ·: .1 cúíi tradicionais é que a áitsrsnça na QO t .1.0 ...-:.,1:.0-., em ru.Lu·;d-·::- ao fio satrçiasssc um . .· y‘. ·. ·y geralmente sm tecido dasaqaiiibrsdo que prov-sca a propagação não homogénea da tensão e alongamentos nas direcções do entrelaçamento e da urdidura. Ά WO 91/12136, que forma uma base para o preâmbulo da reivindicação 1, descreve um processo para tratar comprimentos de folhas impregnadas a resina de modo a poderem ser fornecidas em rolos para processamento ou utilização posterior. As folhas são impregnadas utilizando uma resina termoendureciaa que é curada ou uma resina termoplástica que é endurecida após o aquecimento e depois pressionada.

De modo a aumentar as propriedades balísticas, os tecidos entrançados - urdidos foram melhorados cosendo as camadas sobrepostas, por exemplo tal como ilustrado na patente americana US 5.619.748.

Verificou-se posteriormente que os tecidos unidireccionais apresentam um comportamento balístico melhorado em relação aos tecidos entrançados - urdidos. Este melhoramento balístico é principalmente devido à ausência de pontos de entrelaçamento entre as fibras reduzindo deste modo reflexão da onda de choque.

Verificcu-se contudo que nos tecidos balísticos unidireccionais, as fibras tendem a separar como resultado do impacto da bala sem contribuir com isto para a paragem da bala.

De modo a impedir estas desvantagens e consequentemente aumentar o rendimento anti-penetração dos tecidos balísticosf tratamento A função da resina é o de permitir a transferência de energia entre as fibrilhas das fibras por meio de inserções, os denominados tecidos unidireccionais cujas fibras se encontram impregnadas com uma matriz sólida que contribui para aumentar a resistência ao choque, sendo também connecida, por exemplo da patente americana US 4.173.138.

Um tecido balístico unidireccional que apresenta uma matriz polímera de uma natureza em particular feita de Kraton, com um módulo mais baixo do que 41.300 kPa, è também conhecido da patente US 4.623.574.

Estes tecidos apresentam contudo a desvantagem de apresentar uma elevada rigidez estrutural devido às propriedades mecânicas da resina que forma uma armadura para o corpo balística excessivamente rígida e desconfortável, especialmente se for utilizada por longos períodos.

Verificou-se também que no caso de um conflito com armas de fogo, o movimento dos sujeitos que transportam um colete à prova de balas feito com materiais rígidos se encontram restringidos tornando-os um alvo fácil.

Foram por isso feitas tentativas para melhorar a flexibilidade de tecidos unidireccionais aplicando uma série de vincos ou pegas na película externa feita de material polímero. Este provou também não ser satisfatório em relação às propriedades de flexibilidade. São também conhecidas várias estruturas anti-penetração, produzidas pela impregnação ou latrLosção dos í:dti:ldd;s com resrnas sólidas elastómeras termoplásticas termoendurecidas apropriadas. 1 patente US 5.090.053 descreve um material compósito absorsor de choque para utilização em suspensões absorsoras de impacto, equipamento do desporto de protecção e vestuário de protecção, compreendendo cma matriz de malhas abertas formadas por vários fios interligados que se cruzam e várias telas da referida malha fixas numa relação sobreposta, em que cada um dos referidos fios apresenta um núcleo rodeado por um polímero viscoelástico que compreende de preferência sorbotano, um polímero sólido. Descreve que o material compósito pode ser munido com um sistema de arrefecimento para passagens de fluido interligados em cada cruzamento de fios a matriz de malhas abertas do compósito não e apropriada para parar balas ou facas, podendo ser utilizada somente como revestimento contra traumas. É conhecido também da patente US 4.836.084 um compósito de placa dura de armadura que compreende uma camada de impacto dura com base em material cerâmico fixado a um laminado de camada secundária formado por um laminado de camadas alternadas de fibra e placas metálicas. As fibras no laminado das camadas secundárias encontram-se impregnadas com um material sólido sintético de ligação que apresenta propriedades viscoelásticas. Numa amostra do material ético viscoelástico utilizado, a tangente do ângulo de perda 5, medida a 20°C e a uma frequência de 1 os valores 0,01 < tangente i < 100 e o módulo da perda de corte nas mesmas condições, apresenta o calor 10"Pa « G" * 10yPa. O compósito da placa da armadura não è nada flexível, resultando numa estrutura muito rígida que apresenta um conforto muito baixo.

Verificou-se contudo que a presença destas resinas sólidas ou matrizes no artigo final balístico cria ainda uma estrutura excessivamente rígida,

Existe por isso a necessidade de materiais ou tecidos baiísticos que combinem características satisfatórias de um ponto de vista balístico com uma elevada flexibilidade e conforto.

Um dos objectivos gerais da presente invenção por isso é o de evitar ou reduzir a incidência de algumas das desvantagens dos artigos bõlísticos da técnica conhecida ao proporcionar um material compósito flexível anti-penetração.

Um objectivo adicional da presente invenção compreende proporcionar um artigo balístico que seja altamente resistente à penetração de balas e corpos pontiagudos em geral, com elevado conforto de utilização.

Um último objectivo mas não menos importante da presente invenção compreende proporcionar um colete à prova de Salas que seja fMvbml e confortável também quando utilizado durante longos períodos d® tempo e com uma elevada resistência à penetração de corpos afiados. Cí?SS vista a estes e rttvós objectivos que serão mais vovivvis a όνό'ΐοΐ;.·:j cr primeiro aspecto da presente Xsrerocddr refere-se a um material compósito flexível anti-penetração que compreende várias fibras balísticas proporcionadas em camadas sobrepostas em que pelo menos uma parte das referidas fibras se encontra impregnada com um polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico que mantém as suas caracterlsticas de fluido.

No escopo da invenção, o termo polímero refere-se a ambos um material polímero e também a uma resina natural ou sintética, e as suas misturas.

Verificou-se que ao aplicar ou humedecer com um polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico em fibras balísticas, as características balísticas finais são aumentadas e também as propriedades de flexibilidade são melhoradas. Em particular, se o polímero utilizado per um líquido viscoelástico, é continuamente deformado quando sujeito a forças de corte e tende a readquirir a sua forma na ausência das referidas forças. Vantajosamente, o polímero viscoelástico que apresenta a forma liquida, retem as suas características fluídicas de modo a que o material compósito flexível anti-penetração da invenção permanece permanentemente humedecido pelo referido polímero. 0 termo fibra refere-se geralmente a um corpo alongado cujo comprimento é muito maior do quê a sua secção transversal. Ss particular, as fibras balísticas são constituídas por aquelas fibras «p-t são utilizadas para produzir materiais, tecidos, prcxfetrsB finais e artigos que apresentam uma resistência a penetração contra balas, lâminas de corre, chaves de fenda, baionetas e qualquer objecto que apresenta uma forma geralmente pontiaguda ou afiada.

Os exemplos de fibras balísticas que podem ser utilizados dentro do escopo da invenção compreendem fibras à base de álcool pclivinílico, poliacrilonitriio, polibenzobisoxazola (PBO), poliolefínico, polimídico, poiiaramídicG, poliamídico, fibras de carbono ou vidro e as suas misturas.

As fibras balísticas preferidas para os objectivos da invenção são seleccionadas de fibras poliemidicas aromáticas (fibras amídicas), fibras de polietileno, fibras de polibenzobisoxazola (PBO) e as suas misturas.

Dentro do escopo da invenção, a utilização de fibras poliaramídicas é em particular preferida, dado que apresentam uma elevada tenacidade, convencionalmente igual a, ou mais elevado de que, o valor de 2.000 MPa.

Dentro do escopo da invenção, é também vantajosa a utilização de fibras balísticas que apresentam uma resistência ao impacto igual a pelo menos 15 J/ g, módulo de pelo menos 200 g/dtex, uma força de rotura de pelo menos 10 g/dtex, m contagem de 50 a 5.000 g/dtex e uma contagem de fibrílhas que ç&i de Cç / a 20 g/dtex.

As fibras oOilivtâOias no material flexível da invenção podem apresentar uma forma impregnada não revestida, ou podem estar tovetidisH por e-utias materiais, por exemplo materiais poliméricos. Tipicamente, as fibras podem ser previamente tratadas, por exemplo, pré-estiradas, pré-aqueciaas ou pré-humedeeidas.

De acordo com um aspecto da istmeitu as fibras balísticas do material da invenção encontram-se proporcionadas numa camada e de preferência em várias camadas sobrepostas que formam uma estrutura muiticamada anti-penetração.

No material compósito da invenção, as fibras balísticas podem estar proporcionadas em diferentes construções, por exemplo como um tecido do tipo unidireccional ou multidireccional, como um tecido urdido - entrançado, como um tecido semi-unidireccional ou semí-multidireccional em que pelo menos 70% do peso das fibras na estrutura se encontra alinhada na mesma direcção, com um tecido liço, como tecido biaxial ou multibiaxial, como tecido não tecido, ou como um feltro. A camada de fibras pode ser feita por meio de diferentes procedimentos de operação, por exemplo por teares de urdidura - entrelaçamento, t&âMá multiaxiais, teares para fabrico de malhas, ou teares unidireccionais ou bidireccionais, máquinas de furação por agulha, e outras máquinas têxteis conhecidas dos t.ês;h:iS'd;S;< É também possível utilizar técnicas másZMfMÉãâ utilizando ucca ou mais das máquinas acima mencionadas. De acordo com uma forma de realização da iuvtuçâò.. c tutear ia I oqí-iúó&ílo é na forma de um reciads de preferência do tipo multiaxial, em que as fibras apresentam uma elevada resistência ao impacto. 0 peso destes tecidos vai tipicamente de 0,5 a 0,9 kg/m2, e de preferência de Ou? a 0,5 kg/m2, valores que permitem que seja obtido um rácio favorável entre a resistência a penetração e o peso. A protecção balística pode ser convenientemente aumentada pela sobreposição de duas ou mais camadas de redes de fibras ou pela sobreposição de camadas de tecidos com diferentes construções.

De acordo com outra forma de realização, as camadas de fibras podem ser cosidas juntas numa série de camadas ou ligadas umas as outras com vários meios de ligação, por exemplo recurso 4 utilização de resinas plastómeras reticuláveis, resinas reticuláveis elastómeras ou termoendurecidas ou polímeros e as suas misturas, por exemplo na forma de películas, feltros ou pós.

As camadas de fibras sobrepostas podem estar proporcionadas em direcções aleatórias ou ao longo de direcções pré-definidas e ângulos em relação a direcção principal aas fibras.

No material compósito da invenção, as fibras balísticas, ou pelo menos uma parte das mesmas, são colocadas em contacto ou impregnadas com um polímero na forma de urs líquido piscoso, convenientemente viscoelástico que cduvléí:; as suas convenientemente a todas características de fluido, temperaturas de trabalho. 3 termo líquido viscoelástico quer dizer que o liquido apresenta tanto um comportamento elástico como viscoso.

Comportamento viscoso quer dizer que o meio líquido é sujeito a deformação contínua quando sujeito a tensão de corte, permanecendo deformado mesmo quando a tensão não è mais aplicada,

Os parâmetros de material utilizados para descrever um liquido viscoso ou viscoelástico são a viscosidade (em relação ao comportamento viscoso) e módulo elástico ( G') e a perda de módulo elástico ( G") para descrever o comportamento viscoelástico. A viscosidade e módulo num polímero encontram-se geralmente relacionados com a força de corte, peso molecular, temperatura, pressão, cristalinidade, concentração e composição. A viscosidade dinâmica do polímero fluído utilizado dentro do escopo da invenção é vantajosamente maior do que 250 mPa x s, e de preferência vai de 5.000 a 500.000 mPa * s e de maior preferência de 50.000 a 25.000.000 mPa * s a 25°C. De preferência, uma viscosidade cinemática do polímero fluido utilizado com o escopc da invenção é vantajosamente maior do 200 cST.

Uma outra característica de um líquido viscoso ou é a sua temperatura de transição de vidro, abaixo denominada Tg. 0 polímero liquido utilizado dentro do escopo da invenção apresenta convenientemente um Tg menor do que e de preferência vai de -40°C a -128°C. O polímero iíquido apropriado para a presente invenção é de preferência quimicamente estável, estável à luz, a degradação pelo ambiente, não sujeito a pclimerização espontânea, não prejudicial a saúde, hidrofóbico, apresentando convenientemente uma pressão de vapor negligenciável a temperaturas suaves (20-40 0C). Além disso, o polímero da invenção mantém convenientemente um elevado índice de viscosidade relacionado com a temperatura.

Verificou-se que a impregnação parcial ou total de uma fibra com o referido polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico permite que cada fiiamento das fibras deslize nos filamentos contíguos. Esta característica melhora a flexibilidade da rede de fibras balísticas, aumentando inesperadamente as propriedades balísticas do material compósito da invenção.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o polímero Líquido apresenta um comportamento líquido também a uma temperatura menor do que -40"C e de preferência até -128°C e apresenta um G" > G', convenientemente a todas as temperaturas e frequências.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é proporcionada deste medo uma fibra que se encontra em com um humidíf forma ae um líquido viscoso ou viscoelástico apropriado para efeitos balísticos.

De acordo com um outro aspecto da invenção, # proporcionado um material compósito balístico flexível que compreende uma série das referidas fibras balísticas colocadas em contacto ou impregnadas com um polímero na forma de um líquido viscoso ou líquido viscoelástico.

No material compósito balístico da invenção, as fibras balísticas podem ser completamente revestidas ou impregnadas com o referido polímero líquido ou podem ser somente parcialmente revestidas ou impregnadas. 0 revestimento das fibras balísticas ou troços das mesmas com o polímero líquido da ivvvnçlo * pode ser convenientemente efectuado antes da realização da rede de fibras ou é de preferência o agente de colagem das fibras, Isto quer dizer que o líquido actua também como um coadjuvante de fiação e tecelagem, isto ê como um agente de acabamento.

De acordo com uma forma de realização, o iíquido viscoso ou viscoelástico pede ser dissolvido num meio de dissolução apropriado de modo a controlar a sua viscosidade antes de ser aplicado ád fibras, 0 revestimento pode ser efectuado de vários modos: por exemplo mergulhando a rede de fibras no polímero iipuiócp ou podendo alternativamente c polímero liquido ser pulverizado na superfície através de injectores.

Uma outra possibilidade é o de impregnar a rede de fibras pnnrnubb a mesma por cima de um cilindro rotativo molhado com o polímero Líquido.

Se o liquido tiver sido previamente diluído com um solvente, então o solvente é convenientemente evaporado antes de sujeitar à rede de fibras a possíveis processos adicionais. A rede de fibras impregnadas pode ser então adicionalmente processada sujeitando a mesma a pressão e temperatura, São convenientemente adoptadas as temperaturas de -20° a 200° e de preferência de 100°C 145°C, e pressões de 0,1 bar a 200 bar, em períodos 0,1 a 30 minutos. Podem ser necessários períodos maiores para aplicações especiais, por exemplo utilizando o material para compósitos balísticos rígidos. A rede pode ser sujeita a temperatura e pressão antes e/ou após a impregnação.

De acordo com outra forma de realização, podem ser adicionadcs excipientes ao polímero líquido viscoso ou na forma C-e partículas ou semelhantes, tal como por exemplo pós metálicos, pós do base mineral, por umnnpl-c carboneto de silício, carbonato de cálcio, silício, dióxido de wilíc-m, micro-balões, filamentos em quantidades que vão por exemplo de 0,1 a 304% do peço em tél&ção ao peso da resina.

Um ou mais agentes espessantes podem também ser adicionados ao polímero líquido viscoso de teéo a modificar o perfil de viscosidade ou proporcionar tixctropia. Para citar um exemplo, podem ser utilizados polímeros que modificam a viscosidade, tais como polímeros em bloco, óleos parafínicos, ceras e as suas misturas. É também possível adicionar ao polímero líquido outras substâncias apropriadas para proporcionar características específicas à rede de fibras tais como repelência bidro-óleo, tais como silicones, fluorcarbonos e óleos. Os excipientes e outros polímeros adicionados não têm contudo que variar o estado físico do polímero da invenção.

Verificou-se que a aplicação de um polímero liquido viscoso ou viscoelástico às fibras balísticas aumenta inesperadamente as características balísticas e ao mesmo tempo a sua flexibilidade.

Os polímeros ou resinas na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico que são apropriados para os objectivos da invenção compreendem poliolefinas, em particular polialfaoiefinas ou poliolefinas modificadas (entre as quais polietíleno, polípropileno), cMpivaítea de álcool pclívinílico, polísoprenos, políbutadienos, polibutenos, polisobutilenos, políésteres, poliacrilatos, poliamidas, polisulfonas, ρνi 1 ϊΐu 1.fiÓVÓf poliuretanos, u--! róvo«tO:»i-polífluorocarbonos, silicones, 1 i , entre os quais líquidos tais como poli(butadieno-co-acrílonítriio), poliestireno - polibutadieno - poliestireno etíleno co-poiipropileno, resinas entre as quais as resinas poliacrílicas, epoxis, fenólicas, opcionalmente modificadas e borrachas líquidas. Os pol......ímeros fluidos particularmente apropriados apresentam vantajosamente um peso rnclecular mais elevado ou igual a 250, de preferência que se situa entre 250 a 50.000 e contudo de modo a manter o estado fluido e uma elevada viscosidade.

Os fluidos particularmente apropriados dentro do escopo da invenção são fluidos líquidos não Newtonianos, também líquidos tixotrópicos e de preferência viscoelásticos.

No material compósito da invenção, o polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico encontra-se presente em quantidades que se situam convenientemente entre 0,05% a 50% do peso em relação ao peso das fibras balísticas, de preferência de 5 a 30% do peso em relação ao peso das fibras.

As características de um polímero líquido com base em polibuteno que pode ser utilizado para efeitos da presente invenção serão mais visíveis da seguinte ᮫erifie ilustrativa mas não limitativa, tomando como referência os desenhos esquemáticos anexos.

Em particular, o comportamento teológico do polímero fluido à base de polibuteno depende da força de corte (velocidade de deformação;, da frequência da aplicação da carga e da temperatura, de acordo com a seguinte caracterização preferida: - de lõO:>C a 180°C o líquido é sujeito a um fluxo de corte, apresenta um comportamento Newtonianc, isto tu caracterizado por um valor de viscosidade dinâmica constante jrácio entre a tensão aplicada e a velocidade de deformação) até velocidades de corte próximas de 900 s_1, tal como ilustrado na figura I. Com velocidades de corte maiores do que 900 s^1, o líquido apresenta uma ligeira redução na viscosidade (comportamento pseudo-plástico). A figura I apresenta os valores de viscosidade medidos em relação à temperatura com duas velocidades de corte distintas (1 e 900 1Π * Os valores de força N normais elevados {componente da força que actua perpendicularmente em relação a direcção do fluxo) não foram medidos dentro deste âmbito de temperatura (ilustrado na figura 5, N < IPa) . No mesmo âmbito de temperatura, o módulo elástico ( G' ) e o módulo dissipativo ( éíí,:) apresentam um comportamento que revela a predominância do comportamento líquido/viscoso em relação ao módulo elástico ( G" :* G') em todas as frequências ilustradas nas figuras 2, 3 e 4, confirmando os dados referentes ao módulo eMéddnu:'; (E' ) e módulo dissipativo > obtidos de medições de compressão, faoMt. a natureza viscosa prevalecente do liquido em questão, tal como ilustrado na figura 6. - de 99°C a -40 °C o comportamento é decididamente não Newtoniano do tipo fortemente pseudo-plástico, isto é de tal modo que a viscosidade diminui com o aumento da força de corte, tal como é visível da figura 1. Nesta gama de temperatura, foram medidas elevadas forças normais (N) indicando como o comportamento viscoelástico (que aparece com o efeito Weissemberg ou efeito de ascensão em haste) aumenta com uma diminuição na temperatura, tal como ilustrado na figura 5. Apesar da elevada viscosidade e elevada força normal, contudo, a amostra, até uma temperatura de apresenta sempre a prevalescência do componente dissipativo em relação ao componente elástico tanto nas medições do fluxo de corte ( G' * , tal como demonstrado nas figuras 2, 3 e 4) como nas medições da compressão (E" > E', ilustradas na figura 6) . Este resultado explica a capacidade de dissipar energia que o liquido mantém, também sob baixas temperaturas e/ou condições de elevada frequência (princípio de inversão do tempo/temperatura).

De acordo com o principio de inversão do tãtur#t 0 comportamento a elevada frequência foi obtido (de 0,01 Hz a 8.000 isg a 25vvf tal como ilustrado na fi c;/:,::;;; ,¾ 7, os dados obtidos da cieslocaçlG: de frequência a diferentes temperaturas (vifi figuras 2, 3 e 4). A figura 8 ilustra a tffidtesiâ do componente elástico E' com uma variação na temperatura, componente dissipativo E" aplicando cargas a uma frequência de 1Hz.

Um tecido extremamente útil para os efeitos da presente invenção & de preferência obtido num tear multi-axiai e ê realizado de duas ou mais camadas de fibras balísticas interligadas por uma película polímera e opcionalmente fios de coser.

Neste caso específico, o tecido é bi-axial e foi feito de preferência com fio aramídico de 1100 dtex. Durante a fase de deposição dos fios balísticos, uns película polimérica é convencionalmente inserida entre as duas camadas contíguas dos próprios fios. 0 tecido e vantajosamente estabilizado por meio de fios de costura que ligam as duas camadas de fibras balísticas e subsequentemente e trabalhado por calandragem e impregnado por um polímero líquido e pressionado com temperatura. Os valores de pressão típicos durante a calandragem vão de 5 a 50 bar, sendo que os valores da temperatura se situam tipicamente entre 75 a 150°C em relação ao tipo de polímero inserido entre as duas camadas de fibras.

De preferência, os valores obtidos pela impregnação são numa quantidade que vai de 10 a 30 g/wfí Uma pressão posterior opcional aplicada no tecido impregnado com polímero líquido, convencionalmente efectuada a 5/10 bar, homogeniza a distribuição do polímero líquido no tecido. O peso do tecido acabado é de tipicamente cerca de 500

Um outro tipo de tecido útil para os objectivos da presente invenção é obtido em teares trâdicionais de urdidura e entrelaçamento. São também realizados tecidos que apresentam 10 fios urdidas e 9,7 fios entrelaçados, para um peço total de cerca ân 190 g/om

Após a tecelagem, c tecido é impregnado por imersão total no polímero líquido, objecto da presente invenção, com uma quantidade de cerca de 20 g/m2. 0 processo termina com uma calandragem que é efectuada em rolos quentes a 100°C com uma pressão de 1 bar. segunda forma de realização, o tecido é feito em teares de urdidura e entrelaçamento coma tecido semi-unidireccional não tradicional, impregnado com polímero líquido e subsequentemente opcionalmente pressionado sob o calor.

Numa outra forma de realização da presente invenção uma película que compreende um polímero seleccionado de termoplástico, termoendurecido, elastómero, reticulável, ou misturas dos mesmos, pode ser laminada nas superfícies do tecido húmido com as resinas líquidas por meio do calor e temperatura.

Numa formo de realização o tecido é feito de duas ou mais camadas sobrepostas de fibras unidireccionaís ou semi-unidireccionais (com :,as ângulo de ponto de entrelaçamento sa vai tipicamente de 80 a 100°), entre as com o polímero líquido da invenção e calandrado e/ou pressionado.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionada uma armadura para o corpo, em particular um colete a prova de balas, feito com material compósito balístico tal como descrito acima.

De acordo com um outro aspecto são proporcionados produtos finais protecrores ou artigcs que compreendem o material composto balístico da invenyão.

Os seguintes exemplos são proporcionados somente como exemplos da presente invenção e não deverão ser considerados de maneira alguma como limitando o seu escopo de protecção tal como especificado nas reivindicações anexas.

Parte experimental

De modo a definir a flexibilidade de uma rede de fibras balísticas, foi definido um índice de flexibilidade de acordo com o seguinte ensaio: duas superfícies horizontais planas são colocadas em cima uma da outra, encontrando-se cada uma ligada num lado por um fecho de cerrer. A dimensão das superfícies é iguíli a 660 x 50 sí.

As superfícies acima mencionadas são suportadas por uma estrutura vertical que atravessa as superfícies horizontais nu·';; lado da superfície de orientação. A rede de tistbs que apresenta de 4G9 x 400 mm encontra-se inserida entre as duas superfície horizontais com distância do lado da rede de fibras para o primeiro lado da superfície horizontal ê igual a ISO mm. C índice de flexibilidade é o racio da distância horizontal de um Lado de um painel não dobrado da superfície vertical e a distância de um painel dobrado da superfície vertical. C impacto da bala provoca uma da protecção balística no lado traseiro cujo valor se encontra inversamente relacionado com a quantidade de energia absorvida pela própria protecção. Os valores destas deformações são tiradas numa plasticina de um modo bem conhecido do técnico.

Uma energia maior absorvida pela protecção corresponde a uma menor energia transferida para o utilizador do colete.

Foram estudadas as propriedades reológicas do líquido utilizando dois reómetros diferentes: reómetro rotativo de controlo de deformação RMS800 de Rheometric Scíentific para as medições realizadas aplicando um campo de deformação de corte; reómetro para medições mecânicas dinâmicas RSAS de Rheometric Scíentific para medições de "compressão".

Os sistemas de çã© (geometrias de medição) foram: para as medições de corte irtitettcc· iHodídi) , foram com utilizadas placas paralelas (diâmetro 50 mm, 25 mm e 8 mm intervalo vertical situado entre 1,5 a 3 mm); foi - para as medições da "compressão" (reómetro RSA2), utilizada uma geometria paralela de placa com um diâmetro de 25 mm. 0 ensaio foi executado com variações em: a força de corte de ípl a 1000 b'":i frequência de 0,1 a 103 rad/s (1 rad/s = 1 Hz), a temperatura de -40°C a 130°C. A utilização dos dois instrumentos para estudar as propriedades reológicas do liquido é devido á possibilidade de simular a tensão à qual o liquido é compreensivelmente sujeito durante a sua "actividade" normal. Informações adicionais tais como a informação técnica e instrumentos úteis para medir a viscosidade encontram-se disponíveis da publicação Laboratório 2000, Novembro 2001 (strementi per la misura delia viscosità).

Exemplo 1 O painel balístico foi preparado sobrepondo 8 camadas de tecido biaxial de +/- 45°, tendo sido utilizado como fio balístico uma aramida de 1100 dtex.

Foi utilizado um fio não balístico para manter as fibras correctamente alinhadas em cada camada individual.

Entre as fibras alinhadas unidireccíonalmente de cada camada reside uma película u::iaa:atu-:aaraApós a calandragem, a f ibj

polibuteno (TtXTOL base da por Lambertí Spa, Ardízzate Mi) que reveste o resto das fibras não revestidas pela película elastómera. 0 peso de cada camada foi de 475 g/rrd. C peso total foi de 3,8 kg/rrr.

As propriedades principais do fluido líquido viscoso eram as seguintes: - peso molecular 5900 - viscosidade cinemática 1.000.000 centistoques (1.000.000

mPa.s! a 2 50 C

- ponto de fluidez -60°C

- Tg -40 °C O índice de dobragem ou índice de flexibilidade para cada camada foi de 0,400. O índice de dobragem ou índice de flexibilidade para o fardo foi de 0,433 . O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NU 01.01.003 classe II com uma bala SJSP 0,357, 158 g. Não ocorreu qualquer perfuração, o trauma registado na plasticina foi de 34 mm.

Exemplo 2 A mesma rede do exemplo 1 foi utilizada com somente a diferença de que o revestimento foi feito com um polímero iltòtftl·» (acrílico) disponível no mercado que apresentou bons rendimentos balísticos.

As caraeterísticas do elastórnero acrílico são as seguintes: - resistência (DIN 534553 1,86/mm2 - alongamento na queda 522% - To -30% O índice de dobragern para cada camada individual foi de 0,480. O índice de dobragern para o fardo foi de 0,581. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NIJ 01.01.003 classe II com uma bala SJSP 0,357, 158 g. Não ocorreu qualquer perfuração. O trauma registado na plasticina foi de 34 mm.

Exemplo 3 23 camadas de tecido urdido - entrançado a base de aramídico denominado Style 802 (8,5 fios/cm em urdidura e 8,5 fios/cm em entrançado - contagem 1100 dtex - peso 190 g/m2 em estado de tear) foram impregnadas com 7 g/m2 de fluido líquido viscoso polibuteno tal como no exemplo 1. O índice de dobragern para cada camada individual foi de 0,127. O índice de dobragern para o fardo foi de 0,133. de 4i mm. O fardo balístico foi realizado por simples sobreposição das referidas 23 camadas. O peso total foi de 4,530 kg/m2. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NIJ 01.01.003 classe II com una bala SJSP 0,357, 158 g. Não ocorreu qualquer perfuração. O trauma regxst&tk; na olasticina 24 camadas de tecido urdido - entrançado à base de aramida denominado Style 802 (8,5 fios/cm em urdidura - 8,5 fios/cm e entrançado - contagem 1100 dtex - peso 190 g/irf em estado de tear) foram impregnados com 7 g/sf de fluido viscoso liquido como no exemplo I. O indice de dobragem para cada camada foi de 0,127. o índice de dobragern para o fardo foi de 0,133. O fardo balístico foi feito pela sobreposição das referidas 24 camadas de fibras. O peso total foi de 4,728 kg/rrf. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NIJ 01.01.003 classe II com uma bala SJSP 0,357, 158 g. Não ocorreu qualquer perfuração. O trauma registado na plasticina foi de 36 mm.

Exemplo 5 24 camadas do mesmo tecido Style 802 urdido - entrançado a base de aramida (8,5 fíos/cm em urdidura e 8,5 fios/cm em entrançado - contagem 1100 dtex - peso 190 g/m2) em estado de tear foram sobrepostas sem impregnação. O painel foi cosido em ponto de cruz centralmente com dois pontos pequenos de 50 mm cada. O peso era de 4.560 O índice de para o fardo foi de 0,233. O ensaio balístico foi efectuado tal como no exemplo 3. 0 ensaio falhou porque o trauma excedeu os limites.

Exemplo 6 24 camaaas de tecido Style 802 urdido - entrançado à base de aramida fios/cm era urdidura e 8,5 fios/cm em entrançado; contagem 1100 dtex; peço 190 g/rri no estado de tear. O fardo foi feito sobrepondo 24 camadas e subsequentemente e cosendo com duas costuras periféricas com fio aramidico, O indice de dobragern para o fardo foi de 0, 743. O peso total utilizado era de 4.560 kg/m2. O ensaio foi executado tai como no exemplo 3. O trauma registado foi de 43 mm.

Exemplo 7 24 camadas do tecido Style 802 urdido - entrançado a base de arâmida (8,5 fios/cm em urdidura e 8,5 fios/cm em entrançado; contagem 1100 dtex; peso 190 gM'| foram sobrepostas sem impregnação. O fardo foi cosido num padrão de 40 x 40 mm com um fio de aramida a 45° em relação a direcção das fibras balísticas. 0 índice de dobragern do fardo era praticamente infinito. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NI J 01.01.003 com uma bala SJSP de 0·* 3-57, 158 g. Não foi registada qualquer perfuração. O trauma foi de 39 m.

Exemplo 8 22 camadas de tecido semi-unidireccicnal foram impregnadas com o mesmo Liquido viscoso utilizado no exemplo 1. 0 tecido é feito com fio aramida 930 dtex. Uma película plastomera foi inserida entre os dois substratos realizando a camada individual.

Os dois substratos apresentam as fibras balísticas que formam um ângulo de cerca de 90°. O fardo foi feito por sobreposição das referidas 22 camadas para alcançar um peso total de 4950 kg/m'. O índice de dobragem para cada camada foi de 0,307. O índice de dobragem para o fardo foi de 0,373. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma NJY 01.01.003 classe III A com uma bala SJSP de calibre Magnum 0,44. Não ocorreu qualquer penetração e o trauma foi de 41 mm.

Exemplo 9 23 camadas do mesmo tecido do exemplo 8 mas sem qualquer impregnação foram sobrepostas para produzir o farac balístico. 0 peso total medido foi de por metro quadrado. 5 inarcía dks dobragem para cada camada foi de 0,233. y ensaio balístico foi executado de syyydy com a norma de disparo NIJ 01.01,.003 classe III A com uma bala SJSP de calibre Magnum 0,44. o ensaio falhou porque o trauma excedeu as exigências das especificações.

Exemplo 10 22 camadas de tecidos semi-unidireccionais tal como no exemplo 8 foram revestidas com um fiuido liquido viscoso tal como no exemplo 1. O peso total foi de 5.065 m2. O Lndice de dobragem para cada camada foi de 0,307. O índice de dobragem do fardo foi de 0,373. O ensaio balístico foi executado de acordo com a norma de disparo NIJ 01.01.003 para a classe II com um bala SJSP de calibre Magnum 0,357. Não foi registada qualquer perfuração. O trauma foi de 38 mm.

Exemplo 11 22 camadas do mesmo tecido descrito no exemplo 8 foram humedecidas por um polímero elastómèro acrílico que é bem conhecido como sendo uma matriz que rende muito (tal como por exemplo n°2) na construção balística. As camadas foram sobrepostas. A quantidade de polímero o de 10 g/WU 0 peço total foi de 5.130 kg/mz. O índice de dobragem para cada camada foi de 0, 500. O índice de dobragem para cada fardo foi de 0,443. 0 ensaio foi executado seguindo a ββββιιβ® ;I1J 01.01.003 classe II com uma bala SJSP de calibre Magnum 0, 357. Não ocorreu qualquer penetração e o ses foi de 38 mm.

Exemplo 12

Uma construção unidireccional com uma camada que atravessa 90" e pesando 263 g/bf £ϋχ feita com fibras de aramida ae 1100 dtex. Encontrava-se colocada uma película de polietileno entre as camadas secundarias unidireccionais. 17 camadas da construção acima mencionadas foram parcialmente revestidas com 8 g/ísi «fo mesmo polímero líquido viscoso tal como no exemplo 1 e depois sobrepostas umas sobre as outras. C peso total era de 4.470 kg/m2. O índice de dobragem para cada camada individual foi de 0,447. O índice de dobragem para cada fardo foi de 0,383. O fardo foi ensaiado de modo a encontrar o limite balístico com uma bala FNJ de 9 mm DM llaiBí·

Verificamos que o limite V 50 era de 475 m/segundo.

Exemplo 13 A construção têxtil de acordo com o exemplo 12 foi impregnada utilizando um elastómero termoplástico denominado Kraton D-1161 (que substitui Kraton D-1107 mas que apresenta características mecânicas mais simples) que é bem conhecido como tendo uma matriz que rende muito na construção balística. A quantidade da resina foi de 7 g/st

Foram sobrepostas 17 camadas. 0 peso total era de 4488 0 índice de dobragem para a camada individual era de 0,717. C índice de dobragem para o fardo era de 0,740. A estratificação foi ensaiada de modo a alcançar o limite da veiocidade de perfuração com um projéctil de 9 mm. O limite balístico encontrado foi de 473 m/segundo.

Comparação entre o exemplo 1 e exemplo 2

Ao revestir o mesmo número de camadas de tecido biaxial com um líquido viscoelástico ou com um polímero sólido elastómero verificou-se que: A dobragem é maior quando o líquido viscoelástico é aplicado (0,400 comparado com 0,480).

As propriedades balísticas não se alteram.

Comparação entre exemplo e exemplo 5.

Ao comparar um tecido urdido - entrançado revestido com um líquido viscoelástico com um tecido não urdido entrançado revestido verificou-se que: A dobragem e maior quando I aplicado um líquido viscoeiáçtico (0,127 comparado com 0,233).

As propriedades balísticas eram superiores quando o líquido ê aplicado a (o painel ísIís revestido falhou o ensaio relacionado com o trauma) mesmo com peso específico total inferior.

CsMp&m-qlís 4U § $ '1

Ao comportr o rendimento balístico de um tecido utdlíks -entrançado impregnado com XÍAU.1ÀO polibuteno da invenção com tecido entrançado não impregnado, que apresenta camadas unidas por cosedura central, periférica ou forro, verificou-se que o indice de dobragem é maior quando é aplicado o liquido viscoelástico (0,127 comparado com C,743 e 15) .

Adicionalmente, as propriedades balísticas são superiores quando o liquido e aplicado. O trauma é de 35 nun por 43 mm no tecido cosido pmíde oi mm no tecido cosido do forro e de 44 mm no tecido cosido central.

Comparação entre os exemplos 8 e 9

Ao comparar um tecido semi-uni-tecido revestido com liquido polímero viscoelástico tal como polibuteno, verificou-se com o mesmo tecido não revestido que: O índice de dobragem e comparável (0,307 comparado com 0,233) quando ê aplicado fluido líquido viscoelástico, sendo as propriedades balísticas superiores quando o líquido polímero ê aplicado (o painel não revestido falhou o ensaio relacionado com o trauma) mesmo com o peso específico total inferior.

Comparação entre exemplo 10 e exemplo 11

Ao comparar um tecido semi-uni-tecido revestido com um líquido polímero viscoelástico (polibuteno) com o mesmo tecido revestido com um polímero elastómero de forma sólida, verificou-se que a dobragem é maior quando c líquido É apitmio íQ,ivv co:v;:pftruí;::b com 0,500) ; st;

· - Op ::: ·.': ·:'· : .:.U O .:. S.::: V :*:! ϊ OO V S :::: V ::.0.0::: U: 0.0 O (38 mm para ambas as ocd.oçboõ(

Comparação entre o exemplo 12 e exemplo 13

Ao comparar uma composição do tecido biaxial impregnado com um líquido viscoelástico com o mesmo tecido revestido com um polímero elastómero de forma sólida, verificou-se que a dobragem é maior quando o líquido viscoelástico I aplicado (0,447 comparado com 0,717).

As propriedades balísticas relacionadas cors. V 50 são praticamente as mesmas (475 m/segundo e 473 m/segundo). O anterior é uma evidência que ao humidificar ou impregnar várias fibras balísticas (rede) com um líquido visccso ou viscoelástico de acordo com a invenção, a flexibilidade e propriedades balísticas são melhoradas.

Lisboa, 28 de Novembro de 2007

Claims (28)

1. Reivindicações i,. Material compósito balístico flexível anti-penetração que compreende varias fibras balísticas proporcionadas em camadas sobrepostas, em que pelo menos uma parte das referidas fibras è humidificada ou impregnada com um polímero, caracterizado por o referido polímero ser na forma de um líquido viscoso ou viscoeiástico que retém as suas características de fluido de modo que o material compósito balístico flexível anti-penetração permanece permanentemente húmido pelo referido polímero.
2. 2. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido polímero ser um líquido viscoeiástico não Newtoniano.
3. 3. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o referido polímero ser na forma de um liquido viscoeiástico, em que o componente dissipativo é tódcr em relação ao componente dlÉctitc G" s G' .
4. 4. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo ooc a reivindicação 1, caracterizada çor c referido polímero apresentar ama viscosidade dinâmica que se situa entre 250 a 25.000.000 mPa.s a 25°C.
5. 5. Material compósito balístico flexível anti-penetraçâo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o referido polímero apresentar um peso molecular que se situa enere 250 a 50.000.
6. 6. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o referido polímero apresentar uma viscosidade cinemática maior do que 200 cST a 25°C. ?.* Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o referido polímero ser seleccionado do grupo que compreende as pcliefinas, derivados de álcool polivinílicc, polisoprenos, polibutadienos, polibutenos, polisobutilenos, poliésteres, poliacrilatos, poliamidas, polisulfonas, polisulfidos, poliuretanos, policarbonatos, fluorocarbonos, silicones, glicóis, nopbll-í-urúb em bloco líquidos, poliacrílicos, epóxis, fenólicos, borrachas líquidas e as suas misturas.
7. 8. Material oompéôito balístico flexível sntlc-pendírsçiiiq de acordo com qualquer das 1 « :r caracterizado per o referido polímero ser de forma líquida a uma temperatura até -128°C.
8. 9. Material compósito balístico flexívei anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações I a 8, caracterizado por o referido polímero ser um líquido com um comportamento tixotrópico.
9. 10. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações i a 9, caracterizado por as fibras se encontrarem proporcionadas numa forma seleccionada de tecido urdido - entrançado, estrutura unidireccional, estrutura semi-unidireccional, estrutura multi-direccional, estrutura semi- multidireccional, estrutura bi- ou multi-axial ou combinações das mesmas.
10. 11. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, caracterizado psr as referidas fibras balísticas serem seleccionadas do grupo que compreende o Ilctol polivinílico, poliacrilonitrilo, polietileno, polibenzobisoxazola 'PBO), poliimídico, poiiaramídico, e misturas dos mesmos.
11. 12. Material compósito balístico flexível anti-penetracão de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a resistência das referidas fibras balísticas ser de pelo menos 15 g/den.
12. 13. Katerial compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado por o módulo das referidas fibras balísticas ser de pelo menos 200 g/den.
13. 14. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a energia para quebrar as referidas fibras balísticas ser de pelo mencs 10 joules/g.
14. 15. Material compósito balístico flexível anti-penetracão de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, caracterizado por a contagem das referidas fibras balísticas se situar entre 50 e 3.000 dtex e/ou a contagem de cada fibrilha se situar entre a 20 dtex.
15. 16. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com dcalquer das reivindicações 1 a 15, caracterizado por uma parte das referidas fibras balísticas se encontrar em contacto com um polímero termoplástico, térmico, elastómero, reticulavel e as suas misturas.
16. 17. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 16, caracterizado por pelo menos uma parte das referidas fibras balísticas se encontrar Impregnada com o referido polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico.
17. 18. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 17, compreendendo também uma película polímera entre e/ou no exterior de uma ou mais das camadas de fibras balísticas.
18. 19. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a referida película polímera compreender um polímero ou uma resina, cada uma das quais pode ser independentemente termoplástica ou térmica, reticulável, elastómera e mistura das mesmas.
19. 20. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 19, t..to -c: · t -ai··· por p-sio menos duas ramadas de fibras se encontrarem ligadas uma à tutr-s por meto de meios de
20. 21. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por os referidos meios de ligação compreenderem fios ou monof ilamentos.
21. 22. Material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 21, caracterizado por o polímero em forma líquida ser polibuteno.
22. 23. Armadura para o corpo caracterizada por compreender o material compósito balístico flexível anti-penetração de acordo com qualquer das reivindicações anteriores i a 22.
23. 24. Armadura para o corpo de acordo com a reivindicação 23, compreendendo um colete a prova de balas.
24. 25. Apl icação de uma fibra impregnada ou humidificada com um polímero fluido na forma de urr. líquido viscoso ou viscoelástico para a produção de um artigo balístico ou anti-penetração de acordo com qualquer das 23 a 24, qualquer das
25. 26. Processo para preparar o material ççftpèçitõ balístico flexível anti-penetração de acordo reivindicações 1 a 22 que compreende a aplicação de um polímero, caracterizado por o referido polímero ser na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico em pelo menos parte da referida fibra balística.
26. 27. Processo de acordo com a reivindicação 25, compreendendo a tecelagem de fibras balísticas, impregnação do tecido produzido com um líquido viscoso ou viscoelástico polímero e a calandragem do tecido impregnado.
27. 28. Processo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por o fio ser impregnado com um polímero líquido antes da tecelagem e fase de calandragem.
28. 29. Utilização de um polímero na forma de um líquido viscoso ou viscoelástico, como agente de acabamento ou encolagem na preparação ou tecelagem de tecidos ou artigos finais balísticos de acordo com qualquer das reivindicações 23 a 24.