MX2007000256A - Ensamble flexible resistente a la balistica. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un ensamble resistente a la balistica que comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles que comprenden por lo menos una capa que contiene una red de fibras de alta resistencia, en donde de 5 a 50% de masa de los elementos en la parte lateral posterior del ensamble contiene medios de conexion que interconectan elementos adyacentes en multiples lugares distribuidos sobre la superficie; el ensamble flexible combina alta potencia de detencion de balas con un efecto de trauma bajo; la invencion ademas se refiere a un articulo resistente a la balistica que comprende dicho ensamble y a un metodo para elaborar dicho ensamble.

Description

ENSAMBLE FLEXIBLE RESISTENTE A LA BALÍSTICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un ensamble resistente a la balística que comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles que comprenden por lo menos una capa que incluye una red de fibras de alta resistencia. La invención además se refiere a un artículo resistente a la balística que comprende dicho ensamble y a un método para elaborar dicho ensamble.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Dicho ensamble resistente a la balística, también denominado un panel o paquete balístico, se conoce a partir de US 3971072. Esta publicación de patente describe una armadura de peso ligero que contiene un ensamble de un armazón exterior de metal delgado y una pila de una pluralidad de capas flexibles de una tela balística formada de hilos de filamento continuo tejido, dichas capas están interconectadas a través de toda el área a través de medios de conexión o sujeción, tal como puntadas, que se extienden a lo largo de trayectorias continuas, dichas trayectorias están separadas por una distancia no mayor de 19 mm, y no menor de 3.2 mm. A través de dicho cosido, o de otra forma, unión de una pluralidad de capas entre sí, se reduce la distorsión de objetivo posterior del ensamble. Dicho ensamble flexible resistente a la balística, también denominado un laminado como protección contra la acción balística, además se conoce a partir de US 2001/0021443 Al. Esta publicación describe un laminado flexible que comprende una pluralidad de capas compuesta de una tela que contiene fibras de alto rendimiento, en donde todas las capas están conectadas entre sí. La conexión entre dichas capas se obtiene a través de gotas de adhesivo, en donde el área de cada capa cubierta por adhesivo es de alrededor de 10 a 95%. La cantidad de adhesivo es entre 5 y 35% en relación al componente de fibra de las dos capas conectadas entre sí. Un ensamble resistente a la balística generalmente no se utiliza en sí, sino que se aplica como parte de un artículo resistente a la balística tal como un chaleco a prueba de balas u otras partes configuradas que se emplean para propósitos de protección, incluyendo diferentes tipos de armadura corporal suave. Típicamente, el ensamble o panel se inserta en una portadora, la cual puede ser construida de telas para prendas convencionales tal como nylon o algodón. El ensamble resistente a la balística se puede fijar de manera permanente a la portadora o puede ser removible. La distorsión de objetivo posterior, también denominada deformación de superficie posterior, es un término empleado en la técnica para hacer referencia a la deformación de la superficie posterior de un ensamble o artículo resistente a la balística contra el cuerpo del usuario al momento de un impacto de misil. Un misil de impacto, tal como una bala, puede ser detenido por el ensamble, es decir, puede no penetrar o perforar completamente el material pero puede, como resultado de su energía y choque de alto impacto, y deformación local resultante, provocar serias lesiones al cuerpo u órganos internos; comúnmente denominado como un trauma directo o simplemente como trauma. La reducción de un trauma directo es un problema desde la introducción de la armadura corporal balística suave moderna, tal como chalecos a prueba de balas, con base en fibras de alto rendimiento como aramidas, por ejemplo, Keviar® o Twaron®; polietileno de masa molar ultra alta (UHMPE, por ejemplo, Dyneema® o Spectra®), o poli (p-fenileno 2, 6-benzobisoxazole) (PBO, por ejemplo, Zylon®). La mayoría de las normas para el rendimiento de las armaduras corporales se enfocan en la potencia para detener balas, pero con frecuencia también cuantifican el máximo trauma permisible. La norma del Instituto Nacional de Justicia (NIJ) 0101.04 clasifica la armadura corporal suave en tres categorías principales: IIA, II, y IIIA (de protección más débil a más fuerte) . La armadura nivel IIA protege contra balas de cabeza redonda recubiertas completamente de metal de 9mm, con masas nominales de 8.0 g que impacta a una velocidad mínima de 332 m/s, y contra balas recubiertas completamente de metal calibre 40 S&W, con masas nominales de 11.7 g que impactan a una velocidad mínima de 312 m/s. La armadura nivel II protege contra balas de cabeza redonda recubiertas completamente de metal de 9mm, con masas nominales de 8.0 g que impacta a una velocidad mínima de 358 m/s, y contra balas de punta suave recubiertas mágnum 357, con masas nominales de 10.2 g que impactan a una velocidad mínima de 427 m/s. La armadura nivel IIIA protege contra balas de cabeza redonda recubiertas completamente de metal de 9mm, con masas nominales de 8.0 g que impacta a una velocidad mínima de 427 m/s, y contra balas de punta hueca recubiertas mágnum 44, con masas nominales de 15.6 g que impactan a una velocidad mínima de 427 m/s. El nivel III y el nivel IV se refieren a armaduras corporales rígidas que protegen contra balas de rifle. La armadura nivel IIIA típicamente es utilizada por oficiales de policía involucrados en operaciones de alto riesgo, tal como servicio de allanamiento, rescate de rehenes, y tareas de protección. En la práctica, el rendimiento de dichos chalecos balísticos certificados NIJ con frecuencia se mejora adicionalmente ajustando una almohadilla o placa de trauma adicional (generalmente 20.32x12.7 centímetros) en el pecho, debido a que el trauma máximo de un chaleco nivel IIIA (44mm) se siente demasiado elevado. Las placas de trauma pueden ser suaves y pueden estar hechas de diferentes materiales, incluyendo hojas metálicas; pero todas tienen la desventaja de que aumentan el grosor, agregan peso, y disminuyen la comodidad de uso. Numerosas publicaciones de patente se enfocan en la reducción del trauma de paneles balísticos para uso en armaduras corporales suaves, las cuales omitirían el uso de almohadillas de trauma adicionales. US 4413357 propone un ensamble de una pila de tela estrechamente tejida de fibras de aramida, por lo menos una capa de enchapado de policarbonato flexible, y una capa de un plástico de espuma suave, relativamente grueso (desde la parte frontal a la parte posterior o trasera del panel) . En EP 131447 A, una capa de atenuación de trauma hecha de plumas, espuma o fieltro es atrapada entre las capas frontal y posterior de las capas de tela balística, el ensamble queda consolidado mediante cosido u otra unión. En EP 172415 A, se describe un ensamble que comprende varias capas de textil y un absorbente de choques con una estructura tridimensional con una superficie estructurada tipo waffle, una relación de vacío por lo menos de 90% en volumen y un grosor de 5-30 mm. US 5059467 describe un panel de cuerpo balístico que comprende capas resistentes al impacto no metálicas frontal y posterior separadas por una tira que define un espacio cerrado herméticamente sellado al aire, por ejemplo, espuma de poliuretano de célula cerrada. WO 92/06840 Al se refiere a un ensamble de una pila de material balístico flexible y un panel de refuerzo acoplado con la chapa interior de la pila, en donde el material balístico puede estar hecho, por ejemplo, de fibras de aramida y el panel puede ser una hoja extruida de policarbonato. Un ensamble protector que contiene una capa de espuma suave gruesa de 10 mm en combinación con capas de tela se describe en WO 96/24816 Al. Capas de fieltro se describen en CA 2169415 A como medio para mantener un espacio de aire entre las pilas de capas de material de fibra de aramida unidireccional. US 6103641 propone una tela separadora especial, que comprende una superficie frontal y posterior interconectada y mantenida a 12-30mm entre sí a través de monofilamentos. US 6319862 describe una construcción de armadura de múltiples capas que comprende una pila frontal de capas de fibras de alta resistencia, por ejemplo, fibras de aramida, reforzadas por lo menos por una hoja extruida de poliéster termoplástico, y una pila adicional de dichas capas reforzadas por lo menos por una hoja de poliéster termoplástico. Un inconveniente del ensamble que se describe en US 3971072 es que el cosido grueso reduce la flexibilidad y también puede reducir la resistencia balística. Otras construcciones propuestas indicadas anteriormente, por lo general contienen capas adicionales que incrementan el grosor y/o peso del ensamble. Por lo tanto, existe la necesidad en la industria de un ensamble resistente a la balística de peso ligero que combine la flexibilidad con un alto nivel de protección balística y bajo trauma directo. De acuerdo con la presente invención, esto se provee a través de un ensamble en donde de 5 a 50% de masa de los elementos contiene medios de conexión que interconectan elementos adyacentes en múltiples lugares distribuidos sobre su superficie, en donde los elementos interconectados se ubican en la parte lateral posterior del ensamble, es decir, el lado opuesto al lado que mira hacia el misil de impacto o amenaza. El ensamble resistente a la balística, de acuerdo con la invención, provee una deformación de superficie posterior notablemente reducida (y por lo tanto, trauma directo) sin la adición de capas extra, por ejemplo, un denominado recubrimiento de trauma, el cual aumentaría el grosor y/o peso, mientras que la flexibilidad del ensamble no se ve afectada, o casi no es afectada. Otra ventaja del ensamble, de acuerdo con la invención, es que la potencia de detención de balas, por ejemplo, expresada en un valor V50, no es deteriorada por los medios de conexión aplicados. Una ventaja adicional es que el ensamble, de acuerdo con la invención, también provee protección mejorada contra otras amenazas, tal como otros objetos de impacto tipo piedras, o contra una caída, por ejemplo. Los artículos típicos que utilizan de manera conveniente el ensamble, de acuerdo con la invención, incluye partes protectoras para codos, hombros, muñecas, tobillos, piernas, etc. El ensamble resistente a la balística comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles. Un elemento flexible significa un elemento, o una hoja o capa (laminada), la cual, cuando se sostiene en un soporte plano con 20 cm del elemento sobresaliendo del soporte, se dobla bajo su propio peso, con el borde exterior de la parte no soportada sobresaliente por lo menos 10 mm más abajo que la parte soportada del elemento. Dentro de la pila de elementos, los elementos se pueden mover o cambiar con relación entre sí por lo menos sobre parte de su superficie de contacto. Este movimiento de elementos con relación entre sí permite que la pila de elementos se doble y flexione, lo cual es obviamente preferido para aplicaciones de armadura de cuerpo suave. En el ensamble, el lado frontal es el lado que queda frente a la amenaza o misil de impacto, mientras que la parte trasera o posterior es el lado opuesto al lado que queda frente a la amenaza o misil de impacto, es decir, más cerca del usuario o el objetivo que se va a proteger. El lado frontal del ensamble, también denominado lado de ataque, contiene elementos que sustancialmente no están vinculados o conectados entre sí; es decir, los elementos no están fijos o adheridos entre sí en una parte sustancial de sus superficies adyacentes con medios de conexión. Sin embargo, resulta difícil manejar y procesar adicionalmente una pila de capas que carezca de alguna coherencia. Para lograr un cierto nivel de coherencia, el ensamble puede, por ejemplo, ser cosido, de preferencia lo menos posible, por ejemplo, únicamente en las esquinas o alrededor de los bordes periféricos (además de los medios de conexión en los elementos laterales posteriores) . Dichos medios de conexión no se aplican para afectar el rendimiento balístico o trauma. Otra posibilidad es encerrar el ensamble en una cubierta o envoltura flexible . El ensamble resistente a la balística comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles que comprende por lo menos una capa que incluye una red de fibras de alta resistencia.

Dentro del contexto de la presente solicitud, una fibra es un cuerpo alargado con dimensión de longitud mucho mayor que su ancho y grosor. El término fibra, por lo tanto, incluye un monofilamento, un hilo de múltiples filamentos, un listón, una tira o cinta y similares, y puede tener secciones transversales regulares o irregulares. El término fibra incluye una pluralidad de cualquiera o una combinación de los anteriores. Las fibras de alta resistencia tienen una resistencia a la tensión por lo menos de aproximadamente 1.0 GPa y un módulo de tensión por lo menos de aproximadamente 40 GPa. Las fibras pueden ser inorgánicas u orgánicas, y fibras convenientes se enlistan por ejemplo en US 5185195. Fibras inorgánicas convenientes son, por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbono y fibras de cerámica. Las fibras orgánicas convenientes con dicha alta resistencia a la tensión son, por ejemplo, fibras de poliamida aromática (también simplemente fibras de aramida), especialmente poli (p-fenilenteraftalamida) , polímero cristalino líquido y fibras de polímero tipo escalera tal como polibenzimidazoles o polibenzoxazoles, especialmente, poli (1, 4-fenilen-2, 6-benzobisoxazol) (PBO) , o poli (2, 6-diimidazo [4, 5-b-4' , 5' -e] piridinilen-1, 4- (2, 5-dihidroxi) fenileno) (PIPD; también denominado como M5) y fibras de, por ejemplo, poliolefinas, alcohol polivinílico, y poliacrilonitrilo los cuales son altamente orientados, tal como se obtienen, por ejemplo, a través de un proceso de centrifugado de gel. De preferencia, las fibras tienen una resistencia a la tensión por lo menos de aproximadamente 2 GPa, por lo menos 2.5 ó incluso por lo menos 3 GPa. De preferencia se utilizan fibras de poliolefina, aramida, PBO y PIPD altamente orientadas, o una combinación por lo menos de dos de las mismas. Las ventajas de estas fibras es que tienen una resistencia a la tensión muy alta, de manera que son muy convenientes, en particular, para uso en artículos resistentes a la balística de peso ligero. Poliolefinas convenientes son, en particular, homopolímeros y copolímeros de etileno y propileno, las cuales también pueden contener pequeñas cantidades de uno o más de otros polímeros, en particular otros alquen-1-polímeros . Buenos resultados se obtienen si se selecciona polietileno lineal (PE) como la poliolefina. El polietileno lineal aquí se entiende para indicar polietileno con menos de 1 cadena lateral por 100 C átomos, y de preferencia con menos de 1 cadena lateral por 300 C átomos; una cadena lateral o ramificación generalmente contiene por lo menos 10 C átomos. El polietileno lineal además puede contener hasta 5% moles de uno o más de otros alquenos que se puedan copolimerizar con el mismo, tal como propeno, buteno, penteno, 4-metilpenteno, octeno. De preferencia, el polietileno lineal es de alta masa molar; con una viscosidad intrínseca (IV, conforme a lo determinado en soluciones en decalino a 135°C) por lo menos de 4 dl/g; con mayor preferencia por lo menos 8 dl/g. Dicho polietileno también se denomina como polietileno de masa molar ultra alta (UHMWPE) . La viscosidad intrínseca es una medición para la masa molar (también denominado peso molecular) gue se puede determinar de manera más fácil que los parámetros de masa molar reales tal como Mn y Mw. Existen varias relaciones empíricas entre IV y Mw, pero dicha relación depende en gran medida de la distribución de masa molar. Con base en la ecuación Mw=5.37xl04 [IV] 1-37 (ver EP 0504954 Al) un IV de 4 u 8 dl/g sería equivalente a Mw de alrededor de 360 ó 930 kg/mol, respectivamente. Las fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) constan de filamentos de polietileno que han sido preparados mediante un proceso de centrifugado de gel, tal como se describió, por ejemplo, en GB 2042414 A ó WO 01/73173 Al se utilizan de preferencia. Un proceso de centrifugado de gel esencialmente consiste en preparar una solución de un polietileno lineal con una alta viscosidad intrínseca, centrifugando la solución en filamentos a una temperatura por arriba de la temperatura de disolución, enfriando los filamentos por debajo de la temperatura de gelificación, de manera que ocurre la gelificación, y estirando los filamentos antes, durante y/o después de la remoción del solvente. Se puede formar una capa que contenga una red de fibras a partir de fibras solas, fibras con un recubrimiento de polímero conveniente, o fibras y un aglutinante, tal como un polímero conveniente como material de matriz. Las fibras se pueden acomodar en una red de varias configuraciones. Por ejemplo, las fibras se pueden hacer en varias alineaciones diferentes a partir de atados de hilo retorcidos o no retorcidos. Ejemplos convenientes incluyen tela tejida (lisa, sarga, canasta, satín, u otro tejido), o estructuras no tejidas tal como un fieltro o una capa de fibras unidireccionalmente orientadas estabilizadas. En virtud del rendimiento balístico, se prefieren las configuraciones de red en donde las fibras de alta resistencia son principalmente orientadas en una dirección. Ejemplos de las mismas no solo incluyen capas de fibras unidireccionalmente orientadas estabilizadas con un aglutinante, sino también estructuras tejidas en donde las fibras de alta resistencia forman una parte principal del tejido; por ejemplo, tal como las fibras de urdimbre, y en donde las fibras de trama forman una parte menor y no tienen que ser fibras de alta resistencia; tal como las construcciones descritas en EP 1144740 Bl u otros tejidos a los que se hace referencia como telas unitejidas. En caso de capas con dichas fibras de alta resistencia unidireccionalmente orientadas, el elemento de preferencia contiene por lo menos dos capas de fibras unidireccionalmente orientadas con las direcciones de fibra en capas adyacentes rotadas entre sí; de preferencia a un ángulo de entre 45° y 90°, con mayor preferencia el ángulo es aproximadamente de 80-90°. Una capa de fibras unidireccionalmente orientadas estabilizadas con un aglutinante significa una capa en donde los filamentos están orientados sustancialmente paralelos en un plano, cuya orientación es estabilizada con un aglutinante. Dicha capa también se denomina como mono-capa en la técnica. El término aglutinante se refiere a un material que aglutina o sostiene las fibras juntas y puede encerrar las fibras en su totalidad o en parte, de manera que la estructura de la mono-capa queda retenida durante el manejo y elaboración de elementos. El material aglutinante pudo haber sido aplicado en varias formas y maneras; por ejemplo como una película, como tiras de unión transversales o fibras transversales (transversales con respecto a las fibras unidireccionales) , o impregnando y/o incorporando las fibras con un material de matriz, por ejemplo, con una fusión de polímero o una solución o dispersión de un material polimérico en un líquido. De preferencia, el material de matriz está distribuido de manera homogénea en toda la superficie de la mono-capa, mientras que una tira de unión o fibras de unión se pueden aplicar localmente. Aglutinantes convenientes se describen en EP 0191306 Bl, EP 1170925 Al, EP 0683374 Bl y EP 1144740 Bl. En una modalidad preferida, el aglutinante es un material de matriz polimérico, y puede ser un material termoendurecible o un material termoplástico, o mezclas de los dos. El alargamiento para rompimiento del material de matriz de preferencia es mayor que el alargamiento de las fibras. El aglutinante de preferencia tiene un alargamiento de 3 a 500%. Materiales de matriz de polímero termoplástico y termoendurecible convenientes se enumeran, por ejemplo, en WO 91/12136 Al (páginas 15-21) . Del grupo de polímeros termoendurecibles, esteres vinílicos, poliésteres no saturados, epóxidos o resinas de fenol de preferencia se seleccionan como material de matriz. Del grupo de los polímeros termoplásticos, poliuretanos, polivinilos, poliacrílicos, poliolefinas o copolímeros de bloque elastomérico termoplástico, tal como copolímeros de bloque de poliisopropeno-polietileno-butileno-poliestireno ó poliestireno-poliisopreno-poliestireno se pueden seleccionar como material de matriz. De preferencia, el aglutinante consta esencialmente de un elastómero termoplástico, el cual de preferencia sustancialmente recubre los filamentos individuales de dichas fibras en una mono-capa, y tiene un módulo de tensión (determinado de acuerdo con ASTM D638 a 25°C) de menos de aproximadamente 40 MPa. Dicho aglutinante produce como resultado una alta flexibilidad de una mono-capa, y de un elemento y sus ensambles. Se descubrió que se obtienen muy buenos resultados si el aglutinante en la mono-capa es un copolímero de bloque de estireno-isopreno-estireno. En una modalidad especial de la invención, el aglutinante en el elemento del ensamble, de acuerdo con la invención, también contiene, además del material de matriz polimérica, un rellenador en una cantidad de 5 a 80% en volumen, calculado con base en el volumen total del aglutinante. Con mayor preferencia, la cantidad de rellenador es de 10 a 80% en volumen y con mayor preferencia de 20 a 80% en volumen. Se descubrió que como resultado, la flexibilidad del artículo resistente a la balística aumenta sin efectos adversos importantes en las características antibalísticas. Los rellenadores no contribuyen a la unión entre las fibras, sino que más bien sirven para la dilución volumétrica de la matriz entre las fibras, como resultado de lo cual, el artículo resistente a la balística es más flexible y tiene mayor absorción de energía. El rellenador de preferencia comprende una sustancia finamente dispersada que tiene un bajo peso o densidad. El rellenador puede ser un gas, aunque el uso de un gas como rellenador presenta problemas prácticos en el procesamiento del material de matriz. El rellenador también puede, entre otras cosas, comprender las sustancias habituales para preparar dispersiones, tal como emulsificadores, estabilizadores, aglutinantes y similares o un polvo finamente dispersado. De preferencia, la cantidad de aglutinante en la mono-capa es máximo 30% en masa, con mayor preferencia máximo 25, 20 o incluso máximo 15% en masa, debido a que las fibras contribuyen más al rendimiento balístico. De preferencia, si un elemento contiene dos o más capas de fibras, las capas o mono-capas son vinculadas o unidas entre sí esencialmente sobre toda su superficie. Dicha vinculación o unión puede ser el resultado de la presencia del aglutinante en las capas, por ejemplo, durante el laminado o calandra de las capas a cierta temperatura y presión, pero también puede ser el resultado de la adición de un material aglutinante adicional; tal como una película termoplástica entre las capas que actúan como adhesivo. El número real de capas en un elemento puede variar considerablemente, dependiendo del grosor de las capas; pero se debería elegir para que el elemento muestre flexibilidad. En general, mientras más delgada es una capa, más capas pueden estar presentes en el elemento para retener un nivel deseado de flexibilidad. En modalidades preferidas, el número de capas es de 2 a 8, de preferencia 2 ó 4. El elemento además puede comprender, además de las capas fibrosas, una capa de película en una o ambas de las superficies exteriores. Películas convenientes incluyen películas delgadas, por ejemplo de menos de 20, 15 o incluso menos de 10 mieras de grosor, hechas de polímeros termoplásticos tipo poliolefinas, por ejemplo, polietileno, polipropileno o sus copolímeros; politetrafluoroetileno; poliésteres, poliamidas, o poliuretanos, incluyendo versiones elastoméricas termoplásticas de dichos polímeros. La ventaja de dichas películas es la estabilización adicional de las capas fibrosas, y el aumento de la flexibilidad del ensamble facilitando el movimiento relativo de los elementos. Las películas pueden ser no porosas, pero también pueden ser (micro) porosas . En el ensamble, de acuerdo con la invención, del 5 al 50% en masa de los elementos, contiene medios de conexión que interconectan elementos adyacentes en múltiples lugares distribuidos sobre su superficie, en donde los elementos interconectados se ubican en la parte lateral posterior del ensamble, es decir, el lado opuesto al lado que queda frente a la amenaza o misil de impacto. La parte lateral posterior se entiende que está formada por aproximadamente 75% en masa del ensamble de la superficie posterior. Estos elementos en la parte lateral posterior del ensamble pueden incluir el último elemento que forma la superficie posterior, pero también pueden ser un cierto número de elementos interconectados que están reforzados por uno o más elementos (no interconectados), o por otras capas flexibles, las cuales forman la superficie posterior del ensamble. De preferencia, dicho elementos de refuerzo o capas forman máximo el 25% en masa del ensamble, con mayor preferencia máximo 20, 15, 10 o incluso máximo 5% en masa. Medios de conexión convenientes son aquellos que pueden realizar una conexión localizada entre dos elementos adyacentes, de manera que el movimiento relativo de los elementos por lo menos sobre su superficie de contacto sigue siendo posible. Ejemplos incluyen medios tal como varios métodos de cosido, engrapado, remache, soldadura térmica en diferentes patrones, aplicación de puntos de adhesivo, aplicación de tiras adhesivas de doble vista, u otros medios conocidos en la técnica; siempre y cuando se pueda realizar una conexión sin perder todo el movimiento relativo entre los elementos. Por este motivo, los medios de conexión se distribuyen sobre la superficie. Se prefieren múltiples lugares pequeños de medios de conexión esparcidos sobre la superficie total sobre unas cuantas áreas locales que tengan una alta densidad de medios de conexión. De preferencia, los medios de conexión cubren máximo 20% del área de superficie de un elemento, con mayor preferencia máximo 15, 10, 5, 2 o incluso máximo 1%. Los inventores observaron gue con el aumento del área de superficie cubierta con medios de conexión, el trauma tiende a disminuir pero también la flexibilidad; el número relativo de hojas que se van a interconectar se puede entonces reducir por consiguiente. Los medios de conexión se pueden esparcir aleatoriamente sobre la superficie, pero también pueden seguir patrones o trayectorias regulares. Los medios de conexión pueden, por ejemplo, seguir virtualmente líneas rectas, pero también líneas curvas, o trayectorias circulares o en espiral. Las trayectorias de los medios de conexión, especialmente puntadas, pueden correr esencialmente paralelas, pero también pueden estar a un ángulo, y por lo tanto, cruzarse entre sí; por ejemplo dos o más grupos de trayectorias paralelas que se cruzan entre sí. Ángulos convenientes son de 10 a 90°, de preferencia de alrededor de 45 a 90°. Las trayectorias de medios de conexión pueden entonces formar estructuras típicas como triángulos, cuadrados, estrellas, o combinaciones de los mismos. El cosido o bordado es la forma más preferida para aplicar medios de conexión, tal como cosido de bloqueo, cadena convencional o cosido en zigzag. Los cosidos se pueden aplicar de forma relativamente fácil, también a través de un número grande de elementos a la vez, y el número de puntadas por área de superficie se puede modificar fácilmente. Las puntadas también cubren relativamente poca área de superficie, y por lo tanto, permiten el movimiento relativo de los elementos. La longitud del cosido, es decir, la distancia entre dos puntos consecutivos en donde un hilo de cosido ingresa al elemento en una trayectoria de cosido, puede variar ampliamente. Longitudes de cosido convenientes son de alrededor de 1 a aproximadamente 15mm, de preferencia de alrededor de 2-10 ó 3-8 mm. La distancia entre trayectorias adyacentes de puntadas, u otros medios de conexión, pueden variar ampliamente, por ejemplo de alrededor de 0.5 a 15 cm. Una distancia más corta es más efectiva para reducir el trauma, pero una distancia demasiada corta reduce la flexibilidad; mientras gue una distancia demasiado larga es difícilmente efectiva. De preferencia, la distancia entre las trayectorias de cosido es por lo menos aproximadamente 1, 2, ó 3 cm, y menos de 12, 10, 8 ó 6 cm. Como se indicó anteriormente para el área de superficie cubierta, mientras más corta es la distancia de las trayectorias, más pequeño es el número (o % en masa) de las hojas que se van a interconectar para obtener el efecto deseado, dependiendo del tipo de ensamble. Aquellos expertos en la técnica pueden apreciar un punto óptimo para un ensamble determinado a través de cierta experimentación de rutina dentro de los límites indicados. Las puntadas se pueden aplicar utilizando máquinas de cosido estándar, especialmente máquinas de cosido industrial, y se pueden utilizar hilos o hebras de cosido estándar. En una modalidad preferida, el hilo de cosido es un hilo de alta resistencia, por ejemplo, similar a los hilos de alta resistencia en las capas de los elementos . En una modalidad preferida de la invención, aproximadamente 10-40% de masa de los elementos en el ensamble, contiene medios de conexión, dichos elementos se ubican en la parte lateral posterior del ensamble, es decir, el lado opuesto al lado que queda frente a la amenaza o misil de impacto; con mayor preferencia de alrededor de 15-35, 17-30 o incluso 18-25% en masa de los elementos que contienen medios de conexión. Esto provee un equilibrio entre la reducción del trauma directo y la flexibilidad del ensamble; lo cual mejora el nivel de protección y la comodidad del usuario de un artículo que comprende dicho ensamble, tal como un chaleco a prueba de balas. Por ejemplo, en un ensamble de 40 elementos, los últimos 10 elementos, es decir, aproximadamente 25% en masa, contienen medios de conexión en la forma de trayectorias en diagonal de puntadas que definen cuadros de 5x5 cm. En una modalidad de la invención, todos los elementos del número seleccionado de elementos en la parte lateral posterior contienen medios de conexión que los conectan entre sí como un paquete. En otra modalidad, los elementos seleccionados en la parte lateral posterior, están agrupados por lo menos en dos grupos por lo menos de 2 elementos, dichos grupos contienen medios de conexión gue interconectan los elementos dentro de un grupo. Por ejemplo, en un ensamble de 40 elementos, los últimos 10 elementos están agrupados en 5 pares de 2 elementos que contienen medios de conexión. Especialmente en dichas modalidades, las trayectorias de los medios de conexión, por ejemplo, puntadas, pueden ser diferentes para los distintos grupos de elementos, por ejemplo, diferentes en el ángulo que la trayectoria de cosido hace con el elemento, en donde las diferentes trayectorias de cosido de grupos adyacentes pueden, por ejemplo, ser rotadas a un ángulo; y las trayectorias cruzarse entre sí de manera virtual (por ejemplo, como se aprecia a través de la pila) . De esta forma, se puede reducir el número de medios de conexión (puntadas) por área de superficie. La ventaja de dicha modalidad es una optimización adicional de flexibilidad contra la reducción del trauma del ensamble. Los diferentes grupos de elementos también pueden contener una combinación de diferentes medios de conexión; tal como puntadas y adhesivo. US 5185195 también describe un ensamble resistente a la balística que comprende una pila de una pluralidad de elementos fibrosos flexibles, en donde por lo menos dos de los elementos han sido asegurados entre sí a través de medios de conexión; pero los medios de conexión (puntadas) aquí se extienden a lo largo de trayectorias adyacentes que tienen una distancia de menos de 3.2mm, abarcando así una parte grande de la superficie, y no se limitan a los elementos de la parte posterior. En los ejemplos, todas las capas de una pila de telas tejidas se cosieron juntas. La densidad de área muy alta de los medios de conexión, que son particularmente puntadas, queda indicada para producir como resultado una resistencia a la perforación mejorada de los puntos cosidos; el trauma no se analiza . La solicitud además se refiere a un ensamble resistente a la balística que comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles que comprenden por lo menos una capa que incluye una red de fibras de alta resistencia, en donde por lo menos el 50% de masa de los elementos están cosidos entre sí por lo menos en 2 grupos por lo menos de 2 elementos con una distancia entre trayectorias de cosido adyacentes por lo menos de 1 cm. De preferencia, por lo menos 75, 85, 90, 95% en masa o incluso todos los elementos están cosidos entre sí en grupos. Modalidades preferidas adicionales para los elementos, mono-capas, fibras, aglutinante, capa de película, densidad de superficie de cosido, longitud de cosido, trayectorias de cosido y su orientación son análogas a las modalidades antes descritas para un ensamble en donde solo los elementos en la parte lateral posterior están interconectados. La ventaja de dichos ensambles es una combinación de bajo efecto de trauma y buena flexibilidad; mientras que no se reduce la potencia de detención de balas. Resulta sorprendente que potencia de detención no se reduce incluso si todos los elementos están cosidos, debido a que los inventores han observado, en experimentos anteriores, que el cosido en las capas frontales de un ensamble aumenta la probabilidad de que una bala penetre el ensamble. Sin desear quedar limitado por alguna teoría, los inventores asumen que este efecto se puede relacionar con el número de puntadas en los elementos laterales frontales relativamente bajo en el presente caso, disminuyendo así la oportunidad de que una bala golpee una puntada. En una modalidad preferida, el ensamble está hecho de 2-4 grupos de elementos que están .interconectados con puntadas, en donde las trayectorias de cosido en un grupo corren sustancialmente con una distancia entre trayectorias de alrededor de l-10cm y con una longitud de cosido de aproximadamente l-15mm, y en donde las trayectorias de cosido de grupos adyacentes son giradas a un ángulo de alrededor de 10-90°, de preferencia alrededor de 45-90°. La ventaja de dicho ensamble es un equilibrio adicional de la alta potencia de detención de balas, bajo trauma y buena flexibilidad. La invención además se refiere a artículos resistentes a la balística que comprenden un ensamble de acuerdo con la invención. Los artículos resistentes a la balística incluyen armaduras corporales, especialmente armaduras corporales suaves, tal como chalecos a prueba de balas; pero no se limitan a los mismos. La invención específicamente se refiere a aquellos artículos en donde se requiere la flexibilidad en combinación con un alto nivel de protección, especialmente bajo trauma. Otros artículos típicos que de manera conveniente utilizan el ensamble de acuerdo con la invención, incluyen varias partes protectoras para codos, hombros, muñecas, tobillos, piernas, etc., dichos artículos ofrecen protección contra otras amenazas diferentes a las balas, y se pueden utilizar durante el trabajo o actividades deportivas. La invención además se refiere a un método para elaborar un ensamble resistente a la balística flexible con deformación de la superficie posterior reducida, apilando una pluralidad de elementos flexibles comprendiendo por lo menos una capa que incluye una red de fibras de alta resistencia, e interconectando de 5 a 50% en masa de los elementos, ubicados en el lado posterior del ensamble mediante la aplicación de medios de conexión en múltiples lugares distribuidos en la superficie de los elementos. La secuencia de estos pasos no es crítica, pero desde un punto de vista práctico, se prefiere aplicar primero los medios de conexión a los elementos seleccionados y después hacer el ensamble apilado. Las formas preferidas de realizar el método de la invención son análogas a las diversas modalidades analizadas anteriormente para el ensamble de elementos. La invención se aclarará con referencia a los siguientes experimentos.

Métodos • IV: la Viscosidad Intrínseca se determina de acuerdo con el método PTC-179 (Hercules Inc. Rev. 29 de abril de 1982) a 135°C en decalín, el tiempo de disolución fue de 16 horas, con DBPC como anti-oxidante en una cantidad de 2 g/l de solución, extrapolando la viscosidad conforme a lo medido en diferentes concentraciones a concentración cero; • Propiedades de tensión: la resistencia a la tensión (o resistencia) , módulo de tensión (o módulo) y alargamiento en rompimiento se definen y determinan en hilos de múltiples filamentos tal como se especifica en ASTM D885M, utilizando una longitud de calibre nominal de la fibra de 500 mm, una velocidad de cabeza cruzada de 50%/min y abrazaderas Instron 2714, del tipo Fibre Grip D5618C. Con base en la curva de tensión-presión medida, el módulo es determinado como el gradiente entre 0.3 y 1% de presión. Para cálculo del módulo y la resistencia, las fuerzas de tensión medidas se dividen por la concentración, conforme a lo determinado por la ponderación de 10 metros de fibra; valores en GPa se calculan asumiendo una densidad de 0.97 g/cm3 para fibras HPPE; • El rendimiento balístico de ensambles queda determinado en muestras de 40x40 cm con un procedimiento de prueba de acuerdo con Stanag 2920 utilizando bolas SJHP Mágnum 0.44 (de Remington). Un ensamble de capas se fija utilizando tiras flexibles sobre un soporte rellenado con material de refuerzo de plastilina Roma, la cual fue previamente acondicionada a aproximadamente 35 °C. El efecto de trauma es cuantificado midiendo la profundidad de indentación en el material de refuerzo resultante de la deformación de la superficie posterior de 4 balas que impactan a 436+10 m/s a 7,5-8,0 cm desde el borde de la muestra de prueba. Este procedimiento se basa en la norma NIJ 0101.04 para la protección nivel IIIA, pero es más severo (balas que impactan en lugares periféricos más críticos en lugar de impactar en el centro de la muestra) ; una muestra que proporciona un trauma promedio de 44mm o inferior y sin penetración completa en esta prueba se asume que pasa NIJ IIIA. • En otra serie de experimentos, el valor V50 se determinó para una bala recubierta completamente de metal Parabellum (de Dynamit Nobel) análogo al procedimiento Stanag 2920, utilizando plastilina Caran d'Anche como refuerzo.

Experimento comparativo A Se realizó un ensamble apilando 36 láminas de elementos de 40x40cm cortados de tela laminada UD-SB21 Dyneema® (disponible de DSM Dyneema, Los Países Bajos) .

Este producto UD tiene una densidad de área de aproximadamente 145g/m2, y contiene 4 capas transversales hechas de hilo de múltiples filamentos de polietileno de alto rendimiento SK76 Dyneema® (de resistencia a la tensión 3.5 GPa, módulo 115 GPa; con base en un polietileno de masa molar ultra alta) y aproximadamente 18% en masa de un material de matriz elastomérico; y una película de separación de polietileno en ambos lados. El ensamble fue estabilizado por trayectorias de puntadas sencillas de aproximadamente 4cm de longitud en las 4 esquinas, y posteriormente se probó su rendimiento balístico tal como se indicó anteriormente. Los resultados reportados en el Cuadro 1 son datos ponderados pro lo menos para dos ensambles independientes, y por lo menos 4 disparos para cada ensamble. El producto típicamente cumple con los requerimientos de amenaza NIJ nivel IIIA.

Experimento comparativo B De manera análoga al experimento A se realizaron ensambles, pero los 36 elementos se cosieron adicionalmente en forma cruzada, con una longitud de puntada de aproximadamente 5mm y distancia entre trayectorias de puntada paralelas de aproximadamente lOcm. El cosido fue realizado con una máquina de cosido industrial Adier®, utilizando hilo de poliéster 10 Serafill® como hebra de cosido (para las puntadas de las 4 esquinas) . La flexibilidad de este ensamble fue marcadamente inferior que la del Experimento Comparativo A, conforme a lo juzgado por la flexión manual del ensamble en varias direcciones. La prueba balística mostró más variación en resultados de trauma, y 1 de 8 disparos penetraron completamente los ensambles; ver Cuadro 1.

Experimentos comparativos C y D Se repitió el experimento B, pero la distancia entre las trayectorias de cosido disminuyó. Los resultados en el Cuadro 1 indican que el efecto de trauma tiende a aumentar. Además, 1 de 8 tiros no fue detenido para C; 2 de 8 tiros penetraron completamente en el caso de D. La flexibilidad se juzgó para ser reducida adicionalmente en comparación con los experimentos previos.

Ejemplo 1 De manera análoga al experimento A se realizaron ensambles, pero los últimos 12 elementos en el lado posterior del ensamble fueron cosidos en forma cruzada, con una distancia entre trayectorias de cosido paralelas de aproximadamente 5cm (definiendo cuadrados de 5x5cm) . Se descubrió que esta forma de cosido solo fue ligeramente inferior en flexibilidad contra la referencia no cosida; ambos por juicio manual, así como midiendo la flexión descendente bajo su propio peso de 20cm el ensamble sobresalió de un soporte sobre el cual se sostenía la parte restante. Sin embargo, el rendimiento balístico se mejoró significativamente: el efecto de trauma es marcadamente inferior; y todas las balas fueron detenidas (Cuadro 1) .

Ejemplo 2 Se repitió el ejemplo 1, pero ahora los últimos 12 elementos se cosieron en dos grupos de 6 elementos, en donde cada grupo fue cosido en una dirección con una distancia entre trayectorias paralelas de 5cm, y en donde la dirección de cosido se giró aproximadamente 90° para el segundo grupo. El cosido no pareció reducir la flexibilidad percibida del ensamble.

Ejemplos 3 y 4 Se repitieron los ejemplos 1 y 2, pero ahora se cosieron los últimos 8 elementos; dando como resultado un rendimiento de trauma aún mejor (todas las balas se detuvieron) . La flexibilidad se juzgó como en un nivel similar que el ensamble antes del cosido.

Ejemplos 5-10 Se repitieron los ejemplos 1 y 2, pero ahora la distancia entre las trayectorias de cosido fue 4.3; 2.5 ó 1 cm. El cosido no pareció reducir significativamente la flexibilidad percibida de los ensambles; por lo menos no se podría derivar una relación inequívoca entre la distancia de la trayectoria de cosido y la flexibilidad a partir de una evaluación manual y pruebas de flexión. Los datos en el Cuadro 1 confirman la mejora en el rendimiento del trauma como resultado de este método de conexión parcial.

Experimentos comparativos E En esta serie de experimentos, se valoró el efecto de aplicar puntadas al lado frontal de un ensamble, cosiendo en cruz todos los elementos de los ensambles que contenían 24 capas de UD-SB21 de 40x40cm Dyneema® (con aproximadamente 5cm de distancia entre las trayectorias de cosido) . Las balas de 9 mm Parabellum se hicieron estallar entre las trayectorias de puntadas o en las puntadas. Los experimentos se realizaron por lo menos tres veces. Si se disparaba entre puntadas, se descubrió un promedio V50 de 508 m/s; mientras que al disparar a los ensambles justo en las puntadas, se produjo un promedio V50 de 425 m/s. Estos experimentos indican que la presencia de puntadas en los elementos laterales frontales reduce la potencia de detención de balas, y además demostraron la ventaja de interconectar únicamente parte de los elementos en un ensamble en la parte lateral posterior.

CUADRO 1

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un ensamble resistente a la balística que comprende una pila de una pluralidad de elementos flexibles que incluyen por lo menos una capa que contiene una red de fibras de alta resistencia, caracterizado porque de 5 a 50% en masa de los elementos contiene medios de conexión que interconectan elementos adyacentes en múltiples lugares distribuidos sobre su superficie, en donde los elementos interconectados se ubican en la parte lateral posterior del ensamble, es decir, el lado opuesto del lado que queda frente a la amenaza o misil de impacto.

2.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras tienen una resistencia a la tensión por lo menos de aproximadamente 2 GPa.

3.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la red de fibras es una tela tejida.

4. - El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el elemento contiene por lo menos dos capas de fibras unidireccionalmente orientadas con las direcciones de fibra en capas adyacentes giradas entre sí.

5.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque las capas de fibras unidireccionalmente orientadas están estabilizadas con un aglutinante .

6.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el elemento además comprende una capa de película en una o ambas de las superficies exteriores. 1 . - El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque los medios de conexión abarcan máximo 10% del área de superficie de un elemento. 8.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque los medios de conexión son puntadas. 9.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque los medios de conexión están colocados en trayectorias adyacentes que tienen una distancia de 0.5 a 15cm. 10.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque aproximadamente 10-40% en masa de los elementos contiene medios de conexión que interconectan elementos adyacentes en múltiples lugares distribuidos sobre su superficie. 11.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque los elementos interconectados están agrupados por lo menos en dos grupos por lo menos de 2 elementos. 12.- Un artículo resistente a la balística que comprende el ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-11. 13.- Un método para elaborar un ensamble de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende apilar una pluralidad de elementos flexibles que comprenden por lo menos una capa que contiene una red de fibras de alta resistencia, e interconectar de 5 a 50% en masa de los elementos ubicados en la parte lateral posterior del ensamble, aplicando medios de conexión en múltiples lugares distribuidos sobre la superficie de dichos elementos. 14.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los medios de conexión se aplican por cosido.