MX2008000308A

MX2008000308A - Articulo a prueba de balas.

Info

Publication number: MX2008000308A
Application number: MX2008000308A
Authority: MX
Inventors: Martinus Johannes Nicolaas Jacobs; Martin Antonius Es Van
Original assignee: Dsm Ip Assets Bv
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-03-11
Also published as: AU2006265371B2; CN101213074A; BRPI0612889B1; BRPI0612889A2; US8455081B2; JP5202311B2; CA2612434A1; EP1896255B1; KR101289485B1; WO2007003334A1; IL188373A0; IL188373A; CA2612434C; AU2006265371A1; ATE466724T1; DE602006014146D1; TW200714471A; JP2008546573A; EP1896255A1; CN101213074B

Abstract

La invencion se refiere a una lamina preformada que comprende por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa contiene una red fibrosa con fibras que tienen una resistencia a la traccion de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de traccion de por lo menos 40 GPa y un aglutinante, y una pelicula de separacion en por lo menos una de sus superficies exteriores, caracterizada porque la pelicula de separacion tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2. Con esta lamina preformada, pueden obtenerse ensambles y articulos que ofrecen un nivel de proteccion balistica sustancialmente mas alto en un cierto peso. La invencion ademas se refiere a un ensamble de por lo menos dos laminas y a un articulo a prueba de balas flexible que comprende el ensamble.

Description

ARTICULO A PRUEBA DE BALAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una lámina preformada, a un ensamble de por lo menos dos láminas y a un artículo a prueba de balas flexible que comprende el ensamble. Una lámina preformada comprende por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa conteniendo una red fibrosa con fibras que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa y de preferencia un aglutinante, y una película de separación en por lo menos una de sus superficies exteriores .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En una modalidad preferida, la invención se refiere a una lámina preformada, a un ensamble de por lo menos dos láminas y a un artículo a prueba de balas flexible que comprende el ensamble, por lo que la lámina preformada en esta modalidad comprende por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa conteniendo fibras unidireccionalmente orientadas que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa y un aglutinante, con una dirección de fibras en cada mono-capa siendo hecha girar con respecto a la dirección de las fibras en una mono-capa adyacente, y una película de separación en por lo menos una de sus superficies exteriores . Una lámina preformada se conoce de EP 0907504 Al.

Esta referencia describe una capa compuesta (o lámina preformada) , la cual se produjo por apilado cruzado de cuatro mono-capas para obtener una pila y aplicar una película de separación formada de un polietileno de baja densidad lineal, y consolidando subsecuentemente la pila a temperatura elevada bajo presión. Las mono-capas que contienen fibras unidireccionalmente orientadas se produjeron por fibras de hilos de aramida que tienen un título de 1680dtex siendo guiadas desde un bastidor porta carretes sobre un peine de roscar y humedeciéndolas con una dispersión acuosa de un copolímero de bloque de poliestireno-poliisopreno-poliestireno como un aglutinante o material de matriz. Los artículos conformados a prueba de balas flexibles se formaron a partir de una pila no enlazada de varias capas compuestas, la pila siendo estabilizado por costura en las esquinas. Una desventaja de la lámina preformada conocida de la técnica anterior es que la relación entre la absorción de energía de un artículo a prueba de balas que comprende las láminas, la cual es una medida del nivel de protección balística, y el peso del artículo a prueba de balas es desfavorable. Esta relación generalmente se expresa como la absorción de energía específica (SEA) que es la energía absorbida por masa superficial (generalmente llamada densidad superficial (7AD) ) . Esto implica que un artículo a prueba de balas relativamente pesado se requiera para lograr un cierto nivel de protección deseado. Si el artículo a prueba de balas, por otro lado, tiene un peso bajo, el artículo proporciona un nivel de protección relativamente bajo contra golpes de balas. Para un gran número de aplicaciones, el peso posible más bajo del artículo a prueba de balas junto con un cierto mínimo nivel de protección es de gran importancia. Éste es el caso, por ejemplo, en el campo de protección personal, tal como vestimenta y armadura para el cuerpo, similar por ejemplo a vestiduras a prueba de balas; pero también para aplicación por ejemplo en vehículos. De este modo, existe una necesidad constante en la industria de una lámina preformada que permita fabricar artículos a prueba de balas que ofrezcan un mayor nivel de protección en un cierto peso del artículo, o alternativamente para una lámina preformada que permita fabricar artículos a prueba de balas con un peso más bajo en un cierto nivel de protección del artículo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, esto se proporciona por una lámina preformada donde la película de separación tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2 por lo que la película de separación de preferencia es una película de colocación libre. Una película de colocación libre en esta aplicación quiere decir una película que puede manejarse sin el uso de medios de soporte tales como por ejemplo, una capa de soporte. Con la lámina preformada de acuerdo con la invención, un nivel de protección sustancialmente más alto en cierto peso de un ensamble de láminas o un artículo a prueba de balas que comprende un ensamble de láminas de acuerdo con la invención puede obtenerse. Una ventaja adicional es que, las láminas preformadas de acuerdo con la invención pueden comprobarse mejor por el ojo humano, por ejemplo, durante el control de calidad en un proceso de producción. Esto es debido a la más alta transparencia de las láminas de separación utilizadas en la presente invención cuando se comparan con láminas de separación como se utilizan en por ejemplo, EP 0907504 Al. Con artículos a prueba de balas se entiende como partes conformadas, que comprenden un ensamble de por lo menos dos láminas preformadas de acuerdo con la invención, las cuales pueden utilizarse por ejemplo, como vestimenta protectora o para blindaje de vehículos, y que ofrecen protección contra impactos de balas tal como por balas y fragmentos balísticos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un ensamble de acuerdo con la invención contiene una pila de láminas preformadas que de preferencia no se enlazan sustancialmente entre sí; es decir, las láminas no se unen o se adhieren entre sí sobre una parte sustancial de sus superficies adyacentes. De mayor preferencia, un ensamble de acuerdo con la invención contiene una pila de láminas preformadas que no se enlazan entre sí . Sin embargo, es difícil manejar una pila de láminas preformadas que no enlazan entre sí, debido a que tal pila carece de cualquier coherencia requerida para procesamiento adicional. Para lograr cierto nivel de coherencia, el artículo a prueba de balas por ejemplo, puede unirse por costura. Tal costura se hace tan pequeña como sea posible, por ejemplo solamente en las esquinas o alrededor de los bordes, para permitir cierto movimiento de las láminas con relación entre sí. Otra posibilidad es encerrar la pila de láminas preformadas en una cubierta o envoltura flexible. De este modo, las láminas preformadas en el ensamble o en el artículo a prueba de balas siguen siendo capaces de cambiar con respecto entre sí, mientras el ensamble o artículo por sí mismo sí tiene coherencia y muestra una buena flexibilidad. Una red fibrosa en esta aplicación comprende fibras dispuestas en una red de configuraciones diversas. Por ejemplo, las fibras pueden formarse en varias alineaciones diferentes a partir de mazos de hilos torcidos o no torcidos. Ejemplos adecuados incluyen una tela tricotada o tejida (lisa, cruzada, reticulada, de satín u otra trama) , o estructuras no tejidas similares a fieltro o una capa de fibras unidireccionalmente orientadas. En vista del rendimiento balístico, configuraciones de red donde las fibras de alta resistencia se orientan principalmente en una dirección se prefieren. Ejemplos de las mismas no sólo incluyen capas de fibras unidireccionalmente orientadas, sino también estructuras tejidas donde las fibras de alta resistencia forman una parte principal del tejido; por ejemplo, como las fibras de urdimbre, y donde las fibras de trama forman una parte menor y no necesitan ser fibras de alta resistencia; similar a las construcciones descritas en EP 1144740 Bl u otros tejidos referidos como telas de una sola trama. De mayor preferencia, la red fibrosa contiene fibras unidireccionalmente orientadas que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa. Esto proporciona láminas preformadas que tienen el mejor rendimiento balístico. Una lámina preformada comprende por lo menos dos mono-capas de preferencia fibras unidireccionalmente orientadas, con una dirección de fibra en cada mono-capa siendo hecha girar con respecto a la dirección de fibra en una mono-capa adyacente, y por lo menos dos mono-capas siendo enlazadas o unidas entre sí. El ángulo de rotación, el cual quiere decir el ángulo más pequeño cerrado por las fibras de las mono-capas adyacentes, está entre 0o y 90°. De preferencia, el ángulo está entre 45° y 90°. De mayor preferencia, el ángulo está entre 80° y 90°. Los artículos a prueba de balas en los cuales las fibras en las mono-capas adyacentes están en tal ángulo entre sí tienen mejores características antibalísticas. El término raono-capa se refiere a una capa que contiene una red fibrosa. En una modalidad especial, el término mono-capa se refiere a una capa de fibras unidireccionalmente orientadas y un aglutinante que mantiene básicamente las fibras orientadas unidireccionalmente juntas. El término fibra comprende no sólo un monofilamento sino también entre otras cosas un hilo de multifilamento o listones planos. El término fibras unidireccionalmente orientadas se refiere a fibras que, en un plano, se orientan esencialmente en paralelo. El ancho del listón plano de preferencia está entre 2 mm y 100 mm, de mayor preferencia entre 5 mm y 60 mm, de mayor preferencia entre 10 mm y 40 mm. El espesor del listón plano de preferencia está entre 10 µm y 200 µm, de mayor preferencia entre 25 µm y 100 µm. El listón plano puede componerse de un miembro sencillo de un material, pero también puede comprender fibras unidireccionalmente orientadas y un aglutinante . Las fibras en la lámina preformada de la invención tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa. Las fibras pueden ser fibras inorgánicas u orgánicas. Fibras inorgánicas adecuadas son por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbono y fibras cerámicas . Las fibras orgánicas adecuadas con tal alta resistencia a la tracción por ejemplo, son fibras de poliamida aromática (también referidas con frecuencia como fibras aramida) , especialmente poli (p-fenilenteraftalamida) , polímero cristalino líquido y fibras polímero tipo escalera tal como polibenzimidazolas o polibenzoxazolas, especialmente poli (l,4-fenilen-2, 6-benzobisoxazola) (PBO) , o poli (2 , 6-dimidazo [4, 5-b-4' , 5' -e]piridinileno-l, 4- (2, 5-dihidroxi) fenileno) (PIPD; también referido como M5) y fibras de por ejemplo, poliolefinas, alcohol polivinílico, y poliacrilonitrilo los cuales son altamente orientados, tales como por ejemplo, obtenidos por un proceso de centrifugación en gel. Las fibras de preferencias tienen una resistencia a la tracción de por o menos aproximadamente 2 GPa, por lo menos 2.5 o incluso por lo menos 3 GPa. Las fibras altamente orientadas de poliolefina, aramida, PBO y PIPD, o una combinación de por lo menos dos de las mismas se utiliza de preferencia. La ventaja de estas fibras es que tienen una resistencia a la tracción muy elevada, de manera que en particular son muy adecuadas para su utilización en artículos a prueba de balas ligeros. Poliolefinas adecuadas en particular son homopolímeros y copolímeros de etileno y propileno, que también pueden contener pequeñas cantidades de une u otros polímeros más, en particular otros alqueno-1-polímeros . Buenos resultados se obtienen si se selecciona polietileno lineal (PE) como la poliolefina. El polietileno lineal se entiende en la presente que significa polietileno con menos de una cadena lateral por 100 átomos de Carbono, y de preferencia con menos de 1 cadena lateral por 300 átomos de Carbono; una cadena lateral o derivación que generalmente contiene por lo menos 10 átomos de Carbono. El polietileno lineal además puede contener hasta 5% en moles de uno u otros alquenos más que son copolimerizables con el mismo, tal como propeno, buteno, penteno, 4-metilpenteno, octeno. De preferencia, el polietileno lineal es de una masa altamente molar con una viscosidad intrínseca (IV, como se determina sobre soluciones en decalina a 135°C) de por lo menos 4 dl/g; de mayor preferencia por lo menos 8 dl/g. Tal polietileno también se refiere como polietileno de ultra alta masa molar (UHPE) . La viscosidad intrínseca es una medida para la masa molar (también llamada peso molecular) que puede determinarse más fácilmente que los parámetros de masa molar actuales similares a Mn y Mw. Existen varias relaciones empíricas entre IV Mw, pero tal relación es altamente dependiente de la distribución de masa molar. Basándose en la ecuación Mw = 5.37 xlO4 [IV]1'37 (véase EP 0504954 Al) y IV de 4 u 8 dl/g puede ser equivalente a Mw de aproximadamente 360 ó 930 kg/mol, respectivamente . Las fibras de polietileno de alto rendimiento (HPPE) que consisten de filamentos de polietileno que se han preparado por un proceso de centrifugación en gel, tal como se describe por ejemplo en GB 2042414 A o WO 01/73173, se utilizan de preferencia. Un proceso de centrifugación en gel consiste esencialmente en preparar una solución de un polietileno lineal con una viscosidad intrínseca elevada, centrifugar la solución en filamentos a una temperatura por arriba de la temperatura de disolución, enfriar los filamentos por debajo de la temperatura de gelación, de manera que la gelación ocurre, y estirar los filamentos antes, durante o después de la remoción del solvente. El término aglutinante se refiere a un material que aglutina o mantiene las fibras juntas y puede encerrar las fibras en su totalidad o en parte, de manera que la estructura de la mono-capa se retiene durante el manejo y fabricación de las láminas preformadas. El material aglutinante puede haberse aplicado en varias formas y maneras; por ejemplo como una película, como una banda de enlace transversal o como fibras transversales (transversal con respecto a las fibras unidireccionales) , o al impregnar y/o integrar las fibras con un material de matriz, por ejemplo, con una mezcla polimérica, una solución o una dispersión de un material polimérico en un líquido. De preferencia, el material de matriz se distribuye homogéneamente sobre toda la superficie de la mono-capa, mientras una banda de enlace o fibras de enlace pueden aplicarse localmente. Aglutinantes adecuados se describen en por ejemplo, EP 0191306 Bl, EP 1170925 Al, EP 0683374 Bl y EP 1144740 Al. En una modalidad preferida, el aglutinante es un material de matriz polimérica, y puede ser un material termoestablecido o un material termoplástico, o mezclas de los dos . El alargamiento al 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%. Material de matriz termoestablecidos y termoplásticos adecuados se enumeran por ejemplo en WO 91/12136 Al (páginas 15-21) . A partir del grupo de polímeros termoestablecidos, vinilésteres, poliésteres no saturados, epoxis o resinas fenólicas se seleccionan de preferencia como material de matriz. A partir del grupo de polímeros termoplásticos, poliuretanos, polivinilos, poliacrílicos, poliolefinas o copolímeros de bloque elastoméricos termoplásticos tales como copolímeros de bloque de poliisopreno-polietileno-butileno-poliestireno o poliestireno-poliisopreno-poliestireno pueden seleccionarse como material de matriz. De preferencia, el aglutinante consiste esencialmente de un elastómero termoplástico, el cual de preferencia reviste en forma sustancial los filamentos individuales de las fibras en una mono-capa, y tiene un coeficiente de tracción (determinado de acuerdo con ASTM D638, en 25°C) de menos de aproximadamente 40 MPa. Tal aglutinante resulta en alta flexibilidad de una mono-capa, y de un ensamble de láminas preformadas. Se encontró que muy buenos resultados se obtienen si el aglutinante y las mono-capas y la lámina preformada es un copolímero de bloque de estireno-isopreno-estireno. En una modalidad especial de la invención, el aglutinante en la lámina preformada de acuerdo con la invención también contiene, además del material de matriz polimérica, una carga en una cantidad de 5 a 80% en volumen, calculada en la base del volumen total del aglutinante. De más preferencia, la cantidad de la carga es de 10 a 80% en volumen y de mayor preferencia de 20 a 80% en volumen. Se encontró que, como resultado, la flexibilidad del artículo a prueba de balas incrementa sin efectos adversos importantes sobre las características antibalísticas . Las cargas no contribuyen al enlace entre las fibras, sino de hecho sirven para la dilución volumétrica de la matriz entre las fibras, como resultado de qué artículo a prueba de balas es más flexible y tiene mayor absorción de energía. La carga de preferencia comprende una sustancia finamente dispersada que tiene un bajo peso o densidad. La carga puede ser un gas, aunque utilizar un gas como carga puede presentar problemas prácticos para procesar el material de matriz. La carga también, entre otras cosas, puede comprender las sustancias acostumbradas para preparar dispersiones, tal como emulsificantes, estabilizadores, aglutinantes y similares o un polvo finalmente dispersado. Se encontró que si el aglutinante contiene una cantidad de carga menor a 80% en volumen, la cantidad de aglutinante es suficiente para lograr un enlace adecuado entre las fibras, con una cantidad total constante de material de matriz. También se encontró que si la matriz contiene una cantidad de carga mayor que 5% en volumen, la flexibilidad del artículo a prueba de balas incrementa. De preferencia, la cantidad de aglutinante en la mono-capa es a lo sumo 30% de la masa, de más preferencia a lo sumo 25-20, o incluso a lo sumo 15% de la masa. Esto resulta en el mejor rendimiento balístico. La lámina preformada de la invención comprende una película de separación con una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2 en por lo menos una de sus superficies exteriores. La película por ejemplo, puede ser una poliolefina tal como por ejemplo películas de polietileno o polipropileno, un poliéster, una poliamida, o policarbonato o poliestireno. Estas películas son películas densas sustancialmente libres de cavidades o porosidad. De preferencia, la lámina preformada de la invención comprende separar la película en ambas de sus superficies exteriores. La película de separación de preferencia se forma de una poliolefina, de mayor preferencia un polietileno o un polipropileno, un poliéster, especialmente un poliéster termoplástico o un policarbonato. En una modalidad preferida, la película de separación se forma esencialmente de un polietileno de alta masa molar, de mayor preferencia de un polietileno de ultra alta masa molar (UHPE) de IV de por lo- menos 4 dl/g. Tal película puede producirse de acuerdo con un proceso como se describe en GB2164897. Tales películas muestran una resistencia en coeficiente general y relativamente elevados, y una resistencia a la abrasión elevada. La lámina preformada además puede comprender un adhesivo o capa de adhesivo entre la película de separación y otras capas, para poder mejorar la adhesión entre capas, y de este modo consistencia y estabilidad de la lámina preformada. Varios tipos de adhesivos comercialmente disponibles o capas de adhesivos pueden utilizarse.' Su elección depende de la consistencia y estabilidad requerida de la lámina preformada y puede seleccionarse por el hombre experimentado en experimentos rutinarios . Una mayor consistencia y estabilidad de la lámina pueden obtenerse si durante la laminación se aplica una mayor presión o temperatura. En una modalidad especial de la invención la lámina preformada contiene mono-capas que comprenden fibras de HPPA y una película de separación de polietileno. La ventaja de tal construcción es que se obtiene incluso un mayor rendimiento balístico. De preferencia, la película de separación es una película biaxialmente estirada, de mayor preferencia por lo menos una película biaxialmente estirada 4 x, de mayor preferencia una película biaxialmente estirada 10 a 100 x.

Una película biaxialmente estirada de 10 a 100 x en la presente se entiende que es una película, la cual se estira en dos direcciones perpendiculares de manera que la superficie de la película incrementada por un factor de 10 a 100. Una ventaja de las películas biaxialmente estiradas es que incluso un mayor nivel de protección en un cierto peso puede obtenerse. Las relaciones de estiramiento en las dos direcciones perpendiculares, generalmente referidas como dirección de la máquina y transversal, pueden ser iguales, sin embargo otras relaciones también pueden seleccionarse. De preferencia, la relación de estiramiento en la máquina a la dirección transversal varía de 1:1 a 1:3, de mayor preferencia de 1:1 a 1:2, de mayor preferencia de 1:1 a 1:15. De preferencia, la película es por lo menos estirada biaxialmente 20 x, por lo menos 30 x, o incluso por lo menos 40 x. De mayor preferencia, las películas biaxialmente estiradas formadas de polietileno, especialmente UHPE, polipropileno, poliéster termoplástico o policarbonato se aplican en las láminas. De mayor preferencia, las películas biaxialmente estiradas formadas de polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno o policarbonato. Estas películas están comercialmente disponibles de varios abastecedores, tales como por ejemplo, Treofan. Tales películas tienen una resistencia y coeficiente a la tracción relativamente elevados, los cuales pueden contribuir a una menor deformación de la lámina preformada con el impacto. Las propiedades de la tracción se expresan de preferencia por ancho de la película (por ejemplo, en N/m) y no por sección transversal (similar a N/m2) . De preferencia, por lo tanto, la película de separación tiene una resistencia a la tracción por ancho de película (en la presente también llamado factor de resistencia) de por lo menos 150 ?/m, por lo menos 200, o incluso por lo menos 250 ?/m. En caso de películas con alto alargamiento al rompimiento (por ejemplo mayor a 20%) la resistencia a la elasticidad de preferencia se toma como referencia en lugar de resistencia al rompimiento. El coeficiente de tracción por ancho de película de preferencia es de por lo menos 3000 N/m, por lo menos 4000, o incluso por lo menos 5000 ?/m. Los mejores resultados se obtuvieron con una lámina preformada donde la película de separación tiene una densidad superficial de entre 2 y 4 g/m2. De preferencia, la lámina preformada de acuerdo con la invención comprende por lo menos dos mono-capas que contienen fibras unidireccionalmente orientadas. En general , la lámina preformada comprende 2 , 4 u otro múltiple de 2 mono-capas perpendicularmente orientadas. De preferencia, la lámina preformada comprende dos mono-capas de fibras unidireccionalmente orientadas combinadas con una película biaxialmente estirada que tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2. Una lámina preformada con 2 ó 4 mono-capas de fibras unidireccionalmente orientadas combinadas con películas biaxialmente estiradas en ambas superficies exteriores volteadas para dar la mejor protección balística. En una modalidad especial de la invención, la lámina preformada contiene una película de separación, una película uniaxialmente estirada, de preferencia películas con una relación de estiramiento de por lo menos 4, de mayor preferencia películas con una relación de estiramiento de entre 10 y 50. Tal película uniaxialmente estirada de preferencia se coloca de manera que la dirección de estiramiento de la película es perpendicular a la dirección de la fibra en la capa adyacente de las fibras unidireccionales. ?n tal caso, la lámina puede contener un número non de mono-capas. En una modalidad especial, 3 mono-capas de fibras unidireccionalmente orientadas, una capa central de la cual puede tener hasta aproximadamente la misma densidad superficial que ambas mono-capas adyacentes en conjunto, se han cubierto en ambas superficies exteriores con películas uniaxialmente estiradas, con la dirección de estiramiento perpendicular a la dirección de la fibra en la capa adyacente de las fibras unidireccionales. La ventaja de tal construcción es que en un proceso continuo para fabricar una lámina mediante por ejemplo calandrado de películas uniaxialmente estiradas sobre una pila de mono-capas, ambas películas de separación puede aplicarse en la misma dirección de los rodillos de la lámina. La invención además se refiere a un ensamble de por lo menos dos láminas preformadas de acuerdo con la invención. De preferencia, las láminas sustancialmente no se enlazan entre sí . Con un número de incremento de láminas preformadas, el nivel de protección balística es mejorado, pero el peso del ensamble incrementa, y la flexibilidad disminuye. Para poder obtener una máxima flexibilidad, láminas adyacentes en un ensamble no se enlazan entre sí. Sin embargo, para lograr un cierto nivel de coherencia, el ensamble de las láminas preformadas por ejemplo, puede unirse por costura. Dependiendo de la amenaza balística y el nivel de protección deseado, la persona experimentada puede encontrar un óptimo en el número de láminas mediante cierta experimentación. Ventajas adicionales del ensamble a prueba de balas de acuerdo con la invención, o artículo que comprende el ensamble se encuentran en aplicaciones en las cuales además del peso y el nivel de protección del artículo a prueba de balas, la flexibilidad juega una parte importante.

Se encontró que una flexibilidad adecuada, nivel de protección y peso del ensamble a prueba de balas se logra si el peso de las láminas preformadas tiene un valor máximo particular. De preferencia, el peso o densidad superficial de la lámina preformada en los artículos a prueba de balas en una aplicación permanentemente flexible es a lo sumo 500 g/m2, el contenido de la fibra de cada mono-capa está entre 10 y 150 g/m2. De mayor preferencia, el peso de la lámina preformada es a lo sumo 300 g/m2, el contenido de fibra de cada mono-capa está entre 10 y 100 g/m2. El ensamble a prueba de balas en principio, puede fabricarse por cualquier método adecuado conocido, por ejemplo de acuerdo con los procesos descritos en WO 95/00318, US 4623574, o US 5175040. Una mono-capa se produce, por ejemplo, por fibras, de preferencia en forma de hilos de multifilamento continuo, que se guían desde un bastidor porta carrete a través de un peine de arrastre, de lo cual como resultado se orientan en paralelo en un plano. Un número de mono-capas se coloca con un ángulo de rotación, de preferencia en un ángulo de aproximadamente 90° en la parte superior de uno del otro, y una película de separación se coloca en por lo menos una de ambas superficies (en la parte superior de y/o parte inferior de las mono-capas apiladas) , una lámina prefsrmada se forma en el proceso. De preferencia, la lámina preformada se consolida utilizando técnicas conocidas; ésta por ejemplo puede hacerse discontinuamente al comprimir una pila en un molde, o continuamente mediante laminación y/o etapas de calandrado. Durante la consolidación, tales condiciones como temperatura, presión y tiempo se seleccionan, para que todas las capas por lo menos se adhieran parcialmente entre sí, de preferencia sin fundir la película de separación. La adherencia más alta puede obtenerse al variar la temperatura, presión y/o tiempo por lo que condiciones detalladas pueden establecerse a través de experimentos rutinarios por un hombre experimentado. Si un material de matriz se aplica como aglutinante, el material de matriz de este modo puede formarse para fluir entre las fibras y para adherirse a las fibras de las mono-capas colocadas arriba y/o colocadas abajo, y opcionalmente en la capa de separación. Si una solución o una dispersión del material de matriz se emplea, el proceso para formar las mono-capas en una lámina de multi-capa también comprende una etapa de evaporar el solvente o dispersante, generalmente antes de las etapas de colocar las capas de película de separación y la consolidación. Después, las láminas preformadas se apilan para producir un ensamble, el cual a su vez puede aplicarse para formar un artículo a prueba de balas, con la opción de estabilizar el ensamble por ejemplo por costura local o envolviendo la pila con una cubierta flexible. Se encontró que, con una visión para obtener un bajo contenido de aglutinante, especialmente un bajo contenido de material de matriz, es ventajoso utilizar un método en el cual la mono-capa se produce al humedecer hilos que tienen un conteo de hilo (o títulos) de entre 200 y 5000dtex con una dispersión del material de matriz y la carga opcional . Los hilos que tienen un conteo de hilo menos a 200dtex absorben comparativamente poco material de matriz de la dispersión. De preferencia, el conteo es mayor que 500dtex, de mayor preferencia mayor que dOOdtex, incluso de mayor preferencia mayor que lOOOdtex y de mayor preferencia mayor que 1200dtex. El conteo de hilo de preferencia es menor que 5000dtex, de mayor preferencia menor que 2500dtex, debido a que estos hilos pueden propagarse más rápidamente en el plano de la mono-capa. De preferencia, una dispersión acuosa de un material de matriz se utiliza. Una dispersión acuosa tiene una baja viscosidad, la cual tiene la ventaja de que el material de matriz se distribuye muy uniformemente sobre las fibras, y un buen enlace de fibra a fibra homogéneo se logra como resultado. Una ventaja adicional es que el agua dispersante no es tóxica y por lo tanto puede evaporarse al aire libre. De preferencia, la dispersión, similarmente con una visión para obtener una distribución uniforme en el bajo porcentaje de matriz que se tiene objetivo, contiene entre 30 y 60% en masa de los componentes sólidos, es decir, el material de matriz elastomérica y la carga opcional, con relación a la masa total de la dispersión. El ensamble a prueba de balas de acuerdo con la invención, se puede obtener de acuerdo con los métodos descritos en lo anterior, muestra muy buenas propiedades balísticas como se expresa por los valores V50 y SEA, especialmente a una densidad superficial relativamente baja. De preferencia, el ensamble de acuerdo con la invención, o un artículo a prueba de balas flexible comprende tal ensamble, tiene una absorción de energía específica (SEA) de por lo menos 300Jm2/kg, cuando es golpeado por una bala de tipo Parabellum FMJ 9 x 19 mm (8 gramos) . La absorción de energía (EA) con el impacto de una bala o un fragmento balístico se calcula a partir de la energía cinética de una bala o fragmento balístico de la velocidad V50 • La V50 es la velocidad en la cual la probabilidad de que balas o fragmentos balísticos penetren a través de la estructura balística es de 50%. La invención se refiere más específicamente a un artículo a prueba de balas flexibles que comprende un ensamble de una pluralidad de láminas que contiene por lo menos dos mono-capas .que consisten esencialmente de hilo de multifilamento de HPPE que tiene una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y por lo menos una película de separación de polietileno que tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2, el ensamble tiene una densidad superficial (AD) de por lo menos 2.4 kg/m2 y una absorción de energía específica (SEA) de por lo menos 280 J.m2/kg como medida contra una bala Parabellum FMJ de 9 x 19 mm de acuerdo con un procedimiento de prueba basado en Stanag 2920. De preferencia, el artículo tiene una SEA de por lo menos 300, 325, 350, o incluso por lo menos 375 J.m2/kg. Una modalidad preferida se relaciona con un artículo a prueba de balas flexible que comprende un ensamble, el cual contiene una pluralidad de láminas preformadas que contienen por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa comprendiendo fibras de alto rendimiento unidireccionalmente orientadas que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos 1.2 GPa, con la dirección de la fibra en cada mono-capa siendo hecha girar con respecto a la dirección de la fibra en una mono-capa adyacente, y por lo menos una película de separación, cuya película de preferencia tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2, en una de las superficies exteriores de la lámina preformada, el ensamble tiene una densidad superficial de por lo menos 2.4 kg/m2 y una absorción de energía específica de por menos 300 J.m2/kg cuando es medida contra una bala de Parabellum FMJ de 9 x 19 mm de acuerdo con un procedimiento de prueba basado en Stanag 2920. De preferencia, las fibras de alto rendimiento unidireccionalmente orientadas son fibras de polietileno de alto rendimiento . La invención además se explica por medio de los siguientes ejemplos, sin limitarse a los mismos.

Métodos de pruebas como referidos en la presente aplicación, son como sigue: • IV: la Viscosidad intrínseca se determina de acuerdo con el método PTC-179 (Hercules Inc. Rev. Abril 29, 1982) en 135 °C en decalina, el tiempo de disolución es de 16 horas, con DBPC como antioxidante en una cantidad de solución de 2 g/1, al extrapolar la viscosidad cuando se mide en diferentes concentraciones en concentración cero; • Cadenas laterales : el número de cadenas laterales en una muestra de UHPE se determina por FTIR en una película moldeada por compresión de 2 mm de espesor, al cuantificar la absorción en 1375 cm"1 utilizando una curva de calibración basada en medidas de NMR (como por ejemplo en EP 0269151); • Propiedades de la tracción (medidas en 25°C) : resistencia a la tracción (o resistencia) , coeficiente de tracción (o coeficiente) y alargamiento al rompimiento (o eab) se definen y determinan en hilos de multifilamento como se especifican en ASTM D885M, utilizando una longitud de calibre nominal de la fibra de 500 mm, una velocidad saliente de 50%/min. En la base de la curva de esfuerzo-deformación medida, el coeficiente se determina como el gradiente entre 0.3 y 1% de deformación. Para el cálculo del coeficiente y resistencia, las fuerzas de tracción medidas como divididas por el título, cuando se determina al ponderar 10 metros de fibra; valores en GPa se calculan asumiendo una densidad de 0.97 g/cm3. Las propiedades de tracción de las películas delgadas se midieron de acuerdo con ISO 1184 (H) . • Rendimiento balístico: V0 y SEA de paneles compuestos se determinaron con un procedimiento de prueba de acuerdo con Stanag 2920, utilizando balas Parabellum FMJ de 9 mm *19 mm (de Dynamit Nobel) . Un ensamble de capas se fijó utilizando bandas flexibles en un soporte lleno de material de refuerzo de Plastilina Roma, el cual se pre-acondicionó a 35°C.

Preparación de fibras de HPPE, como se utiliza en los siguientes ejemplos y experimentos comparativos Un hilo de multifilamento de HPPE se formó al extruir una solución de 8% en masa de un homopolímero de UHPE que tiene menos de 0.3 grupos laterales por 1000 átomos de carbono y un IV de 19.8 dl/g en decalina que contiene una relación de isómeros cis/trans de entre 38/62 y 42/58, y se extruyeron con un extrusor de doble tornillo de 130 mm equipado con una bomba de engranajes en un ajuste de temperatura de 180 °C a través de una placa de rotación con una proporción de 2.2 g/min por orificio. Los filamentos de fluido se enfriaron en un baño de agua y se retiraron en tal proporción que una relación de extracción de 16 se aplicó a los filamentos recién hilados por fusión. Los filamentos se extrajeron subsecuente y adicionalmente en el estado sólido en dos etapas con un gradiente de temperatura de aproximadamente 110 a aproximadamente 150 °C, aplicando por consiguiente una relación de extracción de estado sólido total de aproximadamente 25. Los hilos de este modo obtenidos tuvieron un título de 930dtex, una resistencia a la tracción de 4.1 GPa y un coeficiente de 150 GPa.

Experimento comparativo A Una mono-capa se produjo a partir de las fibras de HPPE descritas en lo anterior, al guiar varios hilos desde un bastidor porta carrete sobre un peine de arrastre y humedecer los filamentos con una dispersión acuosa de 25% en peso de Kraton® D1107 (elastómero termoplástico de copolímero de bloque de poliestireno-poliisopreno-poliestireno) como material de matriz. Los hilos se orientaron en paralelo en un plano, y después de secarse, la densidad superficial de la mono-capa fue de aproximadamente 20 g/m2, el contenido de la matriz fue de aproximadamente 18% en masa. Una lámina preformada se produjo al apilar 4 mono-capas transversalmente y aplicar como capas separadas sobre cada lado una película de polietileno de baja densidad lineal Stamylex® con un espesor de 7.6 micrones (equivalente a una densidad superficial de aproximadamente 7 g/m2) , y consolidar las mono-capas y las películas de separación a una presión de aproximadamente 0.5 MPa y a una temperatura de aproximadamente 110-115°C. La película de polietileno tuvo una resistencia a la elasticidad de aproximadamente 10 MPa, o un factor de resistencia de aproximadamente 70 N/m. Un artículo a prueba de balas plano se formó a partir de un ensamble no enlazado suelto de un número de láminas preformadas, el ensamble se unió por costura en las esquinas. El rendimiento balístico para tres ensambles diferentes se probó con una bala tipo Parabellum FMJ de 9 x 19 mm (8 g) ; los resultados de V50 y SEA se dan en la Tabla 1.

Ejemplo 1 Experimento comparativo A se repitió, pero ahora una película de polipropileno de 3.50 micrones de Treofan PHD 3.5 (de Treofan Germany GmbH), se aplicó como película de separación. Esta película biaxialmente estirada tuvo una resistencia a la tracción de aproximadamente 190 MPa, alargamiento al rompimiento de 90%, un factor de resistencia de aproximadamente 650 N/m y un factor de coeficiente de 10500 ?/m. La flexibilidad del ensamble estabilizado se juzgó como más alta; la pila podría mezclarse más fácilmente que la pila del experimento comparativo A. Sorprendentemente, los valores de V50 observados fueron marcadamente más altos que para el Experimento Comparativo A. Debido al más bajo peso de la lámina 2 preformada, láminas preformadas adicionales (26 en total) pudieron utilizarse en el ensamble para poder obtener el mismo peso que en el Experimento Comparativo A, es decir, 8% en incremento del número de láminas preformadas. El rendimiento balístico, SEA, sin embargo incrementó de 260 a 312 J.m2/kg, es decir un incremento de 20%.

Experimento comparativo B y Ejemplo 2 El experimento comparativo A y el ejemplo 1, respectivamente, se repitieron, pero las mono-capas tuvieron un AD de aproximadamente 40 g/m2 y el contenido de matriz fue de aproximadamente 18% en masa. Una lámina preformada se redujo al apilar transversalmente 2 en lugar de 4 mono-capas. Los resultados de la prueba se dan en la Tabla 1 confirmando el rendimiento balístico mejorado: incremento del 12% en SEA con 8% de incremento del número de láminas preformadas . Tabla 1

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones.
REIVINDICACIONES 1. Una lámina preformada que comprende por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa contiene una red fibrosa con fibras que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa y un aglutinante, y una película de separación en por lo menos una de sus superficies exteriores, caracterizada porque la película de separación tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2- 2. Una lámina preformada que comprende por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa contiene fibras unidireccionalmente orientadas que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos aproximadamente 1.2 GPa y un coeficiente de tracción de por lo menos 40 GPa, y un aglutinante, con una dirección de fibra en cada mono-capa siendo hecha girar con respecto a la dirección de fibra en una mono-capa adyacente, y una película de separación en por lo menos una de sus superficies exteriores, caracterizada porque la película de separación tiene una densidad superficial de entre 1 y 5 g/m2.
3. La Lámina preformada de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque tiene una película de separación en ambas de sus superficies exteriores .
4. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque las fibras comprenden fibras de polietileno de alto rendimiento .
5. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque el aglutinante consiste esencialmente de un elastómero termoplástico y tiene un coeficiente de tracción de menos de aproximadamente 40 MPa.
6. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque la película de separación se forma de polietileno, polipropileno, poliéster o policarbonato.
7. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque la película de separación es una película biaxialmente estirada.
8. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizada porque la película de separación tiene una densidad superficial de entre 2 y 4 g/m2.
9. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque la película de separación tiene un factor de resistencia de por lo menos 150 N/m.
10. La Lámina preformada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque comprende por lo menos dos mono-capas de fibras unidireccionalmente orientadas .
11. El ensamble de por lo menos dos láminas preformadas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque no se enlazan entre sí .
12. El artículo a prueba de balas flexible que comprende por lo menos un ensamble de conformidad con la reivindicación 11, el artículo a prueba de balas flexible caracterizado porque comprende un ensamble, el cual contiene una pluralidad de láminas preformadas que contienen por lo menos dos mono-capas, cada mono-capa comprende fibras de alto rendimiento orientadas unidireccionalmente que tienen una resistencia a la tracción de por lo menos 1.2 GPa, con la dirección de la fibra en cada mono-capa siendo hecha girar con respecto a la dirección de fibra en una mono-capa adyacente, y por lo menos una película de separación en una de las superficies exteriores de la lámina preformada, el ensamble tiene una densidad superficial de por lo menos 2.4 kg/m2 y una absorción de energía específica de por lo menos 300 J.m2/kg cuando se mide contra una bala de Parabellum FMJ de 9 x 19 mm de acuerdo con un procedimiento de prueba basado en Stanag 2920.
13. El artículo a prueba de balas flexible de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las fibras de alto rendimiento unidireccionalmente orientadas son fibras de polietileno de alto rendimiento.