WO2022126216A1 - Disposição construtiva em compósito balístico - Google Patents

Disposição construtiva em compósito balístico Download PDF

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WO2022126216A1
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Ítalo FARIAS
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    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer

Definitions

  • the composite is defined by blocks of layers of fabric or non-woven, each block has its layers joined by sewing and are glued together with alternation between their stitches.
  • FIG. 1 shows a canvas-like fabric, whose construction was one of the first applied in fabrics for ballistic protection. The great variation in fiber distribution is observed;
  • Figure C shows a unidirectional non-woven construction, being constructed based on the simple overlapping of overlapping and adhesive fiber pebbles. These also have protective films on the sides of the non-woven, providing better fiber fixation and protection against fraying during friction between layers.
  • a possible solution to the problem would be to bond layer by layer of the ballistic solution, forming a block of pebbles of fibers ready to receive the impact.
  • the rigidity of the ballistic solution there is a factor of extreme relevance to the context of adhesives, where the better bonded and the greater the amount of adhesive layers, the greater the rigidity of the ballistic solution - this rigidity makes the use of many fibers in ballistic applications unfeasible, since a rigid composite requires greater elongation from the fiber (an increasingly rare feature in very high-strength fibers).
  • figure 1 shows different compositions of ballistic composites and their fixations.
  • Figure 2 Illustrates an isometric view of the ballistic composite where the first block of fabric or non-woven has received an attachment stitch and is aligned with the second block of fabric or non-woven which has also received an attachment stitch (not shown) and an adhesive layer on its upper face, which contains the stitching points of the seam (not shown);
  • Figure 3 - illustrates an enlarged view of the separated layers of each fabric or non-woven block, separated by the adhesive layer
  • Figure 4 - illustrates the layers of fabric or non-woven of the previous figure joined by seams to form the blocks, which are joined by an adhesive layer;
  • Figure 5 - illustrates a projectile hitting the composite from the first block and over one of its stitches, which it may or may not break, the projectile being then decelerated by the second block, whose coincident area is free of stitching;
  • Figure 6 - illustrates a projectile hitting the composite from the first block and in an area without a stitch, having been decelerated before reaching the second block at a stitch.
  • the "BALLISTIC COMPOSITE CONSTRUCTION ARRANGEMENT” object of the present invention patent application, consists of a ballistic composite (1) to be used in ballistic vests, vehicle armor and any objects that need efficient protection against impacts from projectiles.
  • the composite (1) is composed of two or more blocks of fabric or non-woven fabric (2) and (3), each block being joined by fixing seams in a individually and joined together by an adhesive layer (4) of polymeric base.
  • the first block of fabric or non-woven (2) is preferably formed by: three layers of flat fabric in high tenacity fibers (2a) - such as polyester or polyamide; four layers of unidirectional fabric in high strength fibers (2b) - such as Aramid, Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE) or other high strength fibers; and a last layer of fabric in high tenacity fibers (2c) - such as polyester or polyamide.
  • These layers, in the order described, are joined by fixing seams (5), using thread with high-resistance fibers (unbreakable), thread with medium-resistance fibers or both in the studied range, depending on the need for resistance of the sewing stitches.
  • the second block of fabric or non-woven (3) is preferably formed by: a layer of fabric in high tenacity fibers (3a) - such as polyester or polyamide; eight layers of unidirectional fabric (3b) - such as Aramid, Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMW-PE) or other high strength fibers; and three layers of high tenacity fiber fabric (3c, 3d and 3e) - such as polyester or polyamide.
  • These layers are also joined by fixing seam (5), using thread with high-resistance fibers (unbreakable), thread with medium-resistance fibers or both at a studied interval, depending on the need for strength of the sewing stitches.
  • the lashing side of the seam of one of the blocks (2 or 3) receives the adhesive layer (4) of polymeric base so that the lashing side of the seam of the other block (2 or 3) is glued to it.
  • the blocks (2 and 3) are superimposed and glued in misalignment of their seams, that is, in a way that the lines and points of the fixing seams (5) do not overlap, being, therefore, interleaved.
  • the seams are also interspersed by their resistance factors, establishing different levels of resistance in a straight line towards the possible projectile (P) that will eventually hit the composite (1).
  • the adhesive layer (4) is a polymer-based ionomeric resin, which can be PVC, PVA, PU, phenolic, liquid rubber or other.
  • the ballistic composite ( 1) for both fabric or non-woven blocks (2 and 3) others may be used types of fabric or non-woven and other fibers besides those defined herein, since the assembly of the blocks (2 and 3) in the format described above is what defines the novelty of the invention.
  • each additional block is composed in the same or different way to the blocks (2 and 3) already defined.
  • each additional block must be glued to the previous one by an adhesive layer (4) and have its fixing stitches (5) interspersed with those of the previous block, as the invention provides.
  • This configuration of the ballistic composite (1) defines it as a composite formed by two or more blocks of fabric or non-woven layers with alternation of the seam and glued together by the faces where the stitching points of the seam are. Therefore, the composite (1) defined here achieves a series of innovative technical effects, of which:
  • each block (2 and 3) The alternation between the strength of the threads used for the fixing seam (5) of each block (2 and 3) allows the projectile breaks the weakest or most widely spaced thread so that it can be slowed down by the fabric layers of the block (2 or 3), however encountering high resistance when reaching a layer sewn with unbreakable thread, thus preventing the high resistance thread from pushing the composite, by the force of the projectile, against the body being protected, as in common ballistic composites;
  • the adhesive layer (4) does not need to be tied between the blocks (2 and 3) as would happen in a common composite
  • the conformation of the composite ( 1) enables the flexible use of new high tenacity fibers in the form of unidirectional non-woven as raw material for ballistic vests and armor, as is the case of polyethylene fiber in unidirectional non-woven.
  • the applicable materials for the layers can vary according to the choice of project, being woven or non-woven with aramid fibers, polyethylene or other high strength fibers;
  • the composite ( 1) due to its construction, has a low weight of high tenacity fibers, requiring a smaller number of layers to achieve ballistic resistance compared to common composites;

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Abstract

Um compósito balístico (1) a ser utilizado em coletes balísticos, blindagem de veículos e quaisquer objetos que necessitem de proteção eficiente contra impactos provindos de projéteis. Dito compósito (1) composto por dois ou mais blocos de camadas de tecido ou não-tecido (2 e 3), sendo as camadas de cada um unidas por costura de fixação e sendo cada bloco colado ao outro por uma camada adesiva (4) de base polimérica. O lado de amarração da costura de um dos blocos (2 ou 3) recebe a camada adesiva (4) para que nesta seja colado o lado de amarração da costura do outro bloco (2 ou 3), sendo os blocos (2 e 3) sobrepostos e colados em desalinhamento de suas costuras, ficando, portanto, intercaladas.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
“DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO’
Introdução
[001] Refere-se o presente relatório descritivo, ao pedido de patente de invenção para um compósito de proteção balística cuja construção permite a utilização total ou parcial de outras fibras, mantendo a relação entre a fixação das fibras e o tipo de fibra utilizada.
[002] O compósito é definido por blocos de camadas de tecido ou não tecido, cada bloco tem suas camadas unidas por costura e são colados entre si com alternância entre seus pontos de costura.
[003] Sua construção aumenta a eficiência da proteção balística em comparação aos compósitos conhecidos.
Comentários da técnica
[004] Como é conhecido por técnicos do assunto, um dos fatores de maior relevância na construção de camadas para uso em proteção balística é o arranjo das fibras de forma a eliminar a descontinuidade de massa de fibra. As ilustrações da figura 1 dos desenhos anexos exemplificam os principais modelos de construção têxtil aplicados a proteção balística, onde:
- A figura A mostra um tecido tipo tela, cuja construção foi uma das primeiras aplicadas em tecidos para a proteção balística. Observa-se a grande variação na distribuição das fibras;
- As figuras B l e B2 mostram a construção multiaxial, a qual apresenta uma distribuição melhor da fibra com uma pequena parcela de variação na distribuição, em geral, próximo do fio da amarração da fibra;
A figura C mostra uma construção de não-tecido unidirecional, sendo construídos com base na simples sobreposição de seixos de fibras sobrepostos e adesivados. Estes também contam com filmes de proteção nas faces do não tecido, propiciando melhor fixação da fibra e proteção contra o desfiamento durante a fricção entre camadas.
[005] Como referência à matéria a ser descrita mais adiante, pode ser citado o seguinte documento de patente, o qual exemplifica o estado da técnica aplicado:
- PI 9903448-4, intitulado “PLACA DE PROTEÇÃO ANTI- TRAUMÁTICA”, cuja blindagem é composta por um tecido superior seguido de manta anti-balística, e mais internamente, uma montagem de placa anti-trauma composta por uma sobreposição de lâminas produzidas de fibras sintéticas e com espessura variada, costuradas entre duas camadas de tecido.
[006] De qualquer forma, apesar da excelente aplicação dos compósitos conhecidos e sua construção, observa-se que há um grande esforço da indústria em manter a melhor distribuição de fibra no arranjo das camadas, e que pontos de amarração que permeiam as camadas são possíveis pontos vulneráveis ao comportamento balístico do composto.
[007] No entanto a proximidade entre as fibras de cada camada é extremamente benéfico ao desempenho balístico, haja visto que, por não haver espaços vazios entre as camadas na região próxima há costura, ocorre um grande aumento de performance, resultado da coesão das fibras em absorver energia. Este efeito também é observado em cabos e fitas de amarras, quando não são muito unidos e coesos em distribuir a carga por toda as fibras, acabando por oferecer resistência inferior aos cabos com mesma quantidade de fibra mais unidos e coesos em distribuir a carga.
[008] Uma possível solução para o problema seria adesivar camada por camada da solução balística, formando um bloco de seixos de fibras pronto para receber o impacto. Porém, infelizmente, há um fator de extrema relevância ao contexto dos adesivos, onde quanto melhor adesivado e quanto maior a quantidade de camadas adesivadas maior é a rigidez da solução balística - esta rigidez inviabiliza o uso de muitas fibras em aplicações balísticas, uma vez que um compósito rígido exige da fibra maior alongamento (característica cada vez mais rara em fibras de altíssima resistência).
Objetivos do invento
[009] Para resolver tais problemas foi desenvolvido o compósito motivo deste presente pedido de patente, o qual tem como principais objetivos:
- Eliminar o encontro de um possível projétil com um ponto frágil único da costura;
- Apresentar alternância entre a resistência das linhas utilizadas para a costura a fim de permitir a correta desaceleração do projétil;
- Viabilizar o uso de novas fibras de alta tenacidade na forma de tecido ou não-tecido unidirecional como matéria prima para blindagem;
- Apresentar um compósito com alta coesão entre as fibras de alta tenacidade, extraindo assim a melhor relação entre resistência e massa de fibra em função dos meios de fixação entre as camadas e blocos;
- A associação de costuras com adesivos específicos a fim de administrar a variação da absorção de energia no compósito e, ao mesmo tempo, estabelecer limites para a rigidez.
Breve descrição das figuras
[010] Explicado até então de forma resumida, passa o invento a ser melhor compreendido através dos desenhos anexos.
[01 1] Conforme explicado no estado da técnica, a figura 1 apresenta diferentes composições de compósitos balísticos e suas fixações.
[012] As figuras a seguir relacionadas, de 2 a 6, referem-se a um dos possíveis compósitos motivo desse presente pedido de patente, das quais:
Figura 2 - ilustra uma vista isométrica do compósito balístico onde o primeiro bloco de tecido ou não-tecido recebeu costura de fixação e está alinhado ao segundo bloco de tecido ou não- tecido que também recebeu costura de fixação (não mostrada) e uma camada adesiva em sua face superior, a qual contém os pontos de amarração da costura (não mostrados);
Figura 3 - ilustra uma vista ampliada das camadas separadas de cada bloco de tecido ou não-tecido, separados pela camada de adesivo;
Figura 4 - ilustra as camadas de tecido ou não tecido da figura anterior unidas por costuras para formar os blocos, os quais são unidos por camada adesiva;
Figura 5 - ilustra um projétil atingindo o compósito a partir do primeiro bloco e sobre um de seus pontos de costura, o qual poderá romper-se ou não, sendo o projétil então desacelerado pelo segundo bloco, cuja área coincidente é isenta de ponto de costura;
Figura 6 - ilustra um projétil atingindo o compósito a partir do primeiro bloco e em uma área sem ponto de costura, tendo sido desacelerado antes de alcançar o segundo bloco em um ponto de costura.
Descrição detalhada do invento
[013] Em conformidade com os desenhos anexos, a “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, objeto do presente pedido de patente de invenção, constitui-se de um compósito balístico ( 1) a ser utilizado em coletes balísticos, blindagem de veículos e quaisquer objetos que necessitem de proteção eficiente contra impactos provindos de projéteis.
[014] O compósito ( 1), conforme ilustram as figuras 2, 3 e 4, é composto por dois ou mais blocos de tecido ou não-tecido (2) e (3), sendo cada bloco unido por costuras de fixação de forma individual e unidos entre si por uma camada adesiva (4) de base polimérica.
[015] Mais especificamente, o primeiro bloco de tecido ou não- tecido (2) é formado, preferencialmente, por: três camadas de tecido plano em fibras de alta tenacidade (2a) - como poliéster ou poliamida; quatro camadas de tecido unidirecional em fibras de alta resistência (2b) - como Aramida, Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW-PE) ou outras fibras de alta resistência; e uma última camada de tecido em fibras de alta tenacidade (2c) - como poliéster ou poliamida. Estas camadas, na ordem descrita, são unidas por costura de fixação (5), utilizando linha com fibras de alta resistência (irrompível), linha com fibras de média resistência ou ambas em intervalo estudado, dependendo da necessidade de resistência dos pontos de costura.
[016] Mais especificamente, o segundo bloco de tecido ou não- tecido (3) é formado, preferencialmente, por: uma camada de tecido em fibras de alta tenacidade (3a) - como poliéster ou poliamida; oito camadas de tecido unidirecional (3b) - como Aramida, Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMW-PE) ou outras fibras de alta resistência; e três camadas de tecido em fibra de alta tenacidade (3c, 3d e 3e) - como poliéster ou poliamida. Estas camadas são também unidas por costura de fixação (5), utilizando linha com fibras de alta resistência (irrompível), linha com fibras de média resistência ou ambas em intervalo estudado, dependendo da necessidade de resistência dos pontos de costura.
[017] Mais especificamente, o lado de amarração da costura de um dos blocos (2 ou 3) recebe a camada adesiva (4) de base polimérica para que nesta seja colado o lado de amarração da costura do outro bloco (2 ou 3). Nessa montagem, os blocos (2 e 3) são sobrepostos e colados em desalinhamento de suas costuras, ou seja, de forma que as linhas e os pontos das costuras de fixação (5) não se sobreponham, ficando, portanto, intercalados. Quanto a isso, as costuras são também intercaladas por seus fatores de resistência, estabelecendo diferentes níveis de resistência em uma linha reta no sentido do possível projétil (P) que irá eventualmente atingir o compósito ( 1).
[018] Mais especificamente, a camada adesiva (4) é uma resina ionomérica de base polimérica, podendo ser PVC, PVA, PU, fenólica, borracha líquida ou outra.
[019] Assim definido o compósito balístico ( 1), para ambos os blocos de tecido ou não-tecido (2 e 3) poderão ser utilizados outros tipos de tecido ou não-tecido e outras fibras além dos aqui definidos, já que a montagem dos blocos (2 e 3) no formato descrito acima é que define a novidade do invento.
[020] Dito isso, apesar de o exemplo aqui utilizado ser composto por dois blocos (2 e 3), uma vez que novidade encontra-se especialmente na forma de montagem do compósito (1), poderão ser utilizados mais blocos de camadas de tecido ou não-tecido além dos dois acima definidos, sendo cada bloco adicional composto de forma igual ou diferente aos blocos (2 e 3) já definidos. Obviamente, cada bloco adicional deve ser colado ao anterior por uma camada adesiva (4) e ter seus pontos de costura de fixação (5) intercalados com os do bloco anterior, conforme prevê a invenção.
[021] Essa configuração do compósito balístico ( 1) o define como um compósito formado por dois ou mais blocos de camadas de tecido ou não-tecido com alternância da costura e colados entre si pelas faces onde se encontram os pontos de amarração da costura. Portanto, o compósito ( 1) aqui definido alcança uma série de efeitos técnicos inovadores, dos quais:
- Pela alternância entre os pontos da costura (5) dos blocos (2 e 3), o projétil (P) que incidir sobre o compósito ( 1) não encontrará um ponto frágil único que a atravessa de um lado a outro como acontece nos compósitos conhecidos. Conforme ilustra a figura 5, o projétil (P) é detido pela área da próxima camada sem ponto de costura. Conforme mostra a figura 6, ao coincidir com um ponto de costura do segundo bloco (3), o projétil (P) já terá sido desacelerado pela área do primeiro bloco (2) sem ponto de costura;
- A alternância entre a resistência das linhas utilizadas para a costura de fixação (5) de cada bloco (2 e 3) permite que o projétil rompa a linha mais fraca ou mais espaçada para poder ser desacelerado pelas camadas de tecido do bloco (2 ou 3), encontrando, porém, alta resistência quando alcançar uma camada costurada com linha irrompível, evitando assim que a linha de alta resistência empurre o compósito, pela força do projétil, contra o corpo que está sendo protegido, como ocorre nos compósitos balísticos comuns;
- As amarrações das costuras (5) da face de cada bloco (2 e 3), por estarem coladas uma na outra pela camada adesiva (4), possuem uma alta resistência à soltura;
- A camada adesiva (4) dispensa a amarração entre os blocos (2 e 3) como aconteceria em um compósito comum;
- A conformação do compósito ( 1) viabiliza o uso de forma flexível de novas fibras de alta tenacidade na forma de não tecido unidirecional como matéria prima para coletes balísticos e blindagens, como é o caso da fibra de polietileno em não-tecido unidirecional. Os materiais aplicáveis para as camadas podem variar de acordo com a escolha do projeto, sendo tecidos ou não-tecidos com fibras de aramida, polietileno ou outras fibras de alta resistência;
- O compósito ( 1), por sua construção, apresenta baixo peso de fibras de alta tenacidade, necessitando de menor número de camadas para alcançar resistência balística em comparação com os compósitos comuns;
- A associação de costuras (5) com adesivos específicos (4) administram a variação da absorção de energia do compósito ( 1) e, ao mesmo tempo, estabelece limites para a rigidez.

Claims

9
REIVINDICAÇÕES
1 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, um compósito balístico ( 1) a ser utilizado em coletes balísticos, blindagem de veículos e quaisquer objetos que necessitem de proteção eficiente contra impactos provindos de projéteis, dito compósito ( 1) é caracterizado por ser composto de pelo menos dois blocos (2 e 3) de camadas de tecido ou não-tecido, sendo as camadas de cada bloco unidas por costura de fixação e cada bloco unido ao outro por uma camada adesiva (4) de base polimérica em desalinhamento dos pontos de costura (5).
2 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo primeiro bloco de tecido ou não-tecido (2) ser formado, preferencialmente, por camadas de tecido plano em fibras de alta tenacidade (2a), camadas de tecido unidirecional em fibras de alta resistência (2b) e uma última camada de tecido em fibras de alta tenacidade (2c), estando ditas camadas, na ordem descrita, unidas por costura de fixação (5), utilizando linha com fibras de alta resistência (irrompível), linha com fibras de média resistência ou ambas em intervalo pré-definido.
3 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo segundo bloco de tecido ou não tecido (3) ser formado, preferencialmente, por camada de tecido em fibras de alta tenacidade (3a), seguido de camadas de tecido unidirecional em fibras de alta resistência (3b) e, por fim, camadas de tecido em fibra de alta tenacidade (3c, 3d, 3e), estando estas camadas unidas por costura de fixação (5), utilizando linha com fibras de alta resistência (irrompível), linha com fibras de média resistência ou ambas em intervalo pré-definido.
4 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada bloco (2 e 3) estar colado ao outro pela camada adesiva (4), estando os blocos (2 e 3) em desalinhamento de seus pontos de costura de fixação (5), ou seja, sem que estes últimos se sobreponham.
5 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por cada bloco de camadas de tecido ou não-tecido adicional ser acrescentado ao compósito ( 1) ao ser colado ao bloco anterior por uma nova camada adesiva (4) e ter seus pontos de costura de fixação (5) intercalados em desalinhamento com os do bloco anterior.
6 - “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM COMPÓSITO BALÍSTICO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada adesiva (4) ser uma resina ionomérica de base polimérica, podendo ser PVC, PVA, PU, fenólica, borracha líquida ou outra.
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