MX2008010521A - Metodo para fabricar productos resistentes a impactos balisticos mejorados - Google Patents

Abstract

Se presenta un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares. El método comprende el suministro de por lo menos una capa fibrosa que comprende una red de fibra de aramida de alta tenacidad. La capa de fibra estácubierta con una resma de poliuretano termoplástico. La capa de fibra recubierta estámoldeada a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi). Preferentemente, varias capas de fibras se emplean, cada una de las cuales estáformada de fibras de aramida unidireccionalmente orientadas en una matriz de resma de poliuretano termoplástico. Capas fibrosas adyacentes están preferentemente orientadas a 90ºcon relación entre ellas.

Description

MÉTODO PARA FABRICAR PRODUCTOS RESISTENTES A IMPACTOS BALÍSTICOS MEJORADOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a productos resistentes a impactos balísticos, en particular productos resistentes a impactos balísticos formados a partir de material fibroso de aramida. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Productos resistentes a impactos balísticos para chalecos y similares son conocidos en la técnica. Muchos de estos productos se basan en fibras de alta tenacidad como por ejemplo fibras de aramida. Aún cuando estos productos tienen excelentes propiedades y han logrado el éxito comercial, existe una necesidad constante de mejorar las propiedades de productos de blindaje, como por ejemplo productos de blindaje para proteger el cuerpo. En particular, sería deseable proporcionar productos resistentes a impactos balísticos que tienen una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De conformidad con esta invención, se proporciona un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares, el método comprende el hecho de suministrar por lo menos una capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; y moldear la capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 Pa (1,500 psi) . La invención ofrece también un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares, el método comprende el suministro de una primera capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la primera capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; proporcionar una segunda capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la segunda capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; y moldear la primera capa fibrosa y la segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi). Además, la invención ofrece un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares, el método comprende el suministro de una primera capa- fibrosa no tejida que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la primera capa fibrosa no tejida con una resina de poliuretano termoplástico; proporcionar una segunda capa fibrosa no tejida que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la segunda capa fibrosa no tejida con una resina de poliuretano termoplástico; colocar la primera capa fibrosa no tejida y la segunda capa fibrosa no tejida de tal manera que la primera capa fibrosa no tejida y la segunda capa fibrosa no tejida estén orientadas con relación entre ellas; y moldear la primera capa fibrosa y la segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) Esta invención ofrece ademas un método para mejorar la resistencia de un blindaje para el cuerpo resistente a impactos balísticos a balas de rifles de alta energía y similares, el método comprende el suministro de una primera capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; el recubrimiento de la primera capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; suministrar una segunda capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir la segunda capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; moldear la primera capa fibrosa y la segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1, 500 psi) para formar un artículo moldeado; y formar el blindaje para el cuerpo por lo menos en parte del artículo moldeado. Se ha descubierto de manera sorprendente que cuando una resina de poliuretano termoplástico es utilizada para formar una estructura fibrosa de aramida compuesta y la estructura compuesta se forma bajo alta presión, la estructura compuesta tiene una resistencia a impactos balísticos mejorada a balas de rifles de alta energía y similares. Esto es especialmente inesperado puesto que resultados similares no han sido observados con compuestos de aramida que utilizan otras resinas de recubrimiento conocidas. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a compuestos formados a partir de fibras de aramida que tienen una resistencia a impactos balísticos mejorada, especialmente a balas de rifles de alta energía. Estos compuestos son especialmente útiles en artículos de blindaje resistentes balísticos, tanto flexibles como rígidos. Ejemplos incluyen blindaje para el cuerpo, cascos, cobertores y similares. Las balas de rifles de alta energía son balas en las cuales el nivel de energía es generalmente de aproximadamente 1,500 a aproximadamente 3,500 joules, o más. Ejemplos de tales balas son la bala 80 (también conocida como la bala NATO) , Dragnov LPS y similares. Para los propósitos de la presente invención, una fibra es un cuerpo alargado cuya dimensión longitudinal es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. Por consiguiente, el término fibra incluye monofilamento, multifilamento, cintas, tiras, y otras formas de fibras cortadas o discontinuas y similares que tienen secciones transversales regulares o irregulares. El término "fibra" incluye una pluralidad de cualquiera de los anteriores o una combinación de ellos. Un hilo es una hebra que consiste de muchas fibras o filamentos. Las secciones transversales de fibras útiles en la presente invención pueden variar ampliamente. Pueden ser circulares, planas o alargadas en sección transversal. Pueden también ser de sección transversal multi-lobular irregular o regular teniendo uno o varios lóbulos regulares o irregulares que sobresalen del eje lineal o longitudinal del filamento. Es particularmente preferible que las fibras sean de sección transversal sustancialmente circular, plana o alargada, con mayor preferencia las fibras son de sección transversal sustancialmente circular. Como se utiliza aqui, el término "fibras de alta tenacidad" se refiere a fibras que tienen una tenacidad igual o mayor que aproximadamente 7 g/d. Estas fibras preferentemente tienen módulos de tensión iniciales de por lo menos aproximadamente 150 g/d y energía hasta la ruptura de por lo menos aproximadamente 8 J/g de conformidad con lo medido por ASTM D2256. Fibras preferidas son las fibras que tienen una tenacidad igual o mayor a aproximadamente 10 g/d, un módulo de tensión superior o igual a aproximadamente 200 g/d y una energía a la ruptura igual o mayor que aproximadamente 20 J/g. Fibras particularmente preferidas son las fibras que tienen una tenacidad igual o mayor que aproximadamente 16 g/d, un módulo de tensión igual o mayor que aproximadamente 400 g/d, y una energía a la ruptura igual o mayor que aproximadamente 27 J/g. Entre esta modalidades particularmente preferidas, se prefieren muy particularmente las modalidades en las cuales la tenacidad de las fibras es igual o mayor que aproximadamente 22 g/d, el módulo de tensión es igual o mayor que aproximadamente 500 g/d, y la energía a la ruptura es igual o mayor que aproximadamente 27 J/g. Como se utilizan aquí, los términos "módulo de tensión inicial", "módulo de tensión" y "módulo" se refieren al módulo de elasticidad de conformidad con lo medido por AST 2256 para un hilo y por ASTM D638 para un material de matriz. Fibras de aramida son conocidas en la técnica. Fibras de aramida adecuadas útiles en la presente invención se forman a partir de poliamidas aromáticas, tales como las descritas en la patente norteamericana No. 3,671,542 cuya divulgación se incorpora expresamente aquí por referencia en la medida en que no es inconsistente. Fibras de aramida preferidas tendrán una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d, un módulo de tensión inicial de por lo menos aproximadamente 200 g/d y una energía a la ruptura de por lo menos aproximadamente 8 J/g, y de manera particularmente preferida, las fibras de aramida tendrán una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d, un módulo de tensión inicial de por lo menos aproximadamente 400 g/d y una energía a la ruptura de por lo menos aproximadamente 20 J/g. Fibras de aramida más preferidas tendrán una tenacidad dé por lo menos aproximadamente 23 g/d, un módulo de por lo menos aproximadamente 500 g/d y una energía a la ruptura de por lo menos aproximadamente 30 J/g. Por ejemplo, filamentos de poli (p-fenilen tereftalamida) que tienen valores de módulo y tenacidad moderadamente elevados son particularmente útiles en la formación de compuestos resistentes balísticos. Ejemplos son Twaron® T2000 de Teijin que tiene un denier de 1000. Otro ejemplo son Kevlar® 29 que tiene 500 g/d y 22 g/d y Kevlar® 49 que tiene 1000 g/d y 22 g/d como valores de módulo de tensión inicial y tenacidad, respectivamente, ambos disponibles en du Pont. Copolímeros de poli (p-fenilen tereftalamida) pueden también utilizarse tales como co-poli (p-fenilen tereftalamida 3,4' oxidifenilen tereftalamida) . Son también útiles en la práctica de la presente invención fibras de poli (m-fenilen isoftalamida) comercialmente producidos por du Pont bajo el nombre comercial Nomex®. Las fibras pueden ser de cualquier denier adecuado como por ejemplo de aproximadamente 50 a aproximadamente 3000 denier, con mayor preferencia de aproximadamente 200 a aproximadamente 3000 denier, con preferencia aún mayor de aproximadamente 650 a aproximadamente 1500 denier, y muy especialmente de aproximadamente 800 a aproximadamente 1300 denier . Las fibras de aramida son formadas en por lo menos una capa de red fibrosa. Preferentemente, la red fibrosa es una tela no tejida, aún cuando otros tipos de telas pueden emplearse también como por ejemplo telas tejidas o telas de punto. En el caso de telas tejidas, pueden ser tejidas con hilos que tienen fibras diferentes en la urdimbre y en la trama, o bien en otras direcciones. Preferentemente, existen por lo menos dos capas de redes fibrosas utilizadas para preparar los compuestos resistentes balísticos. Una configuración particularmente preferida de las fibras es en una red en donde las fibras están alineadas unidireccionalmente de tal manera que estén sustancialmente paralelas entre ellas a lo largo de una dirección de fibra común. Alternativamente, una tela no tejida puede ser utilizad en donde las fibras están formadas en fieltro en una orientación aleatoria. Preferentemente, aproximadamente por lo menos el 50% en peso de las fibras en la tela no tejida son fibras de aramida de alta tenacidad, con mayor preferencia por lo menos aproximadamente el 75% en peso de las fibras en la tela son fibras de aramida de alta tenacidad, y con mayor preferencia sustancialmente la totalidad de las fibras en la tela son fibras de aramida de alta tenacidad. Los hilos pueden estar en alineación esencialmente paralela, o bien los hilos pueden estar torcidos, envueltos o enredados. Telas formadas a partir de fibras orientadas unidireccionalmente tienen típicamente una capa de fibras que se extiende en una dirección y una segunda capa de fibras que se extiende en otra dirección (preferentemente 90°) en comparación con las fibras de la primera capa. Cuando los pliegues individuales son fibras orientadas unidireccionalmente, los pliegues sucesivos se forman de manera rotada con relación entre ellos, por ejemplo, a ángulos de 0°/90°, 0°/90o/0°/90o , ó 0°/45o/90o/45o/0° o bien a otros ángulos. Es conveniente caracterizar las geometrías de los compuestos de la presente invención por las geometrías de las fibras. Un arreglo adecuado de este tipo es una capa fibrosa en donde las fibras están alineadas paralelas entre ellas a lo largo de una dirección de fibra común (se conoce como una "red de fibras unidireccionalmente alineadas") . Capas sucesivas de tales fibras unidireccionalmente alineadas pueden ser rotadas con relación a la capa previa. Preferentemente, las capas fibrosas del compuesto están plegadas de manera cruzada, es decir, con la dirección de fibra de las fibras unidireccionales de cada capa de red rotada con relación a la dirección de fibra de las fibras unidireccionales de las capas adyacentes. Un ejemplo es un artículo de cinco capas con la segunda capa, tercera capa, cuarta capa y quinta capa rotadas +45°, -45°, 90° y 0o con relación a la primera capa. Un ejemplo preferido incluye dos capas con un arreglo 0°/90°. Tales alineaciones unidireccionales rotadas se describen, por ejemplo, en las patentes norteamericanas Nos. 4,623,574; 4,737,402; 4,748,064; y 4,916,000. En general, las capas fibrosas de la presente invención se forman preferentemente mediante la construcción de una red de fibras inicialmente y después recubriendo la red con una composición de matriz. Como se utiliza aquí, el término "recubrir" se utiliza en sentido amplio para describir una red fibrosa en donde las fibras individuales tienen o bien una capa continua de la composición de matriz que rodea las fibras o bien una capa discontinua de la composición de matriz en la superficie de las fibras. En el primer caso, se puede decir que las fibras están totalmente integradas en la composición de matriz. Los términos "recubrimiento" e "impregnación" se utilizan de manera intercambiable aquí. Las redes fibrosas pueden ser construidas a través de varios métodos. En el caso preferido de redes fibrosas no tejidas de fibras alineadas unidireccionalmente, grupos de hilos de los filamentos de alta tenacidad se suministran a partir de una fileta y son llevados a través de guias y una o varias barras de dispersión en un peine de colimación antes del recubrimiento con el material de matriz. El peine de colimación alinea los filamentos de manera coplanar y en •forma sustancialmente unidireccional. El método de la presente invención incluye inicialmente la formación de la capa de red de fibras, preferentemente una red unidireccional de conformidad con lo descrito arriba, aplicando una solución, dispersión o emulsión de la composición de matriz en la capa de red de fibras, y después secado de la capa de red de fibras recubiertas con matriz. La solución, dispersión o emulsión es preferentemente una solución acuosa de la resina de poliuretano que puede ser rociada en los filamentos. Alternativamente, la estructura de filamentos puede estar recubierta con la solución, dispersión o emulsión acuosa mediante inmersión o a través de aplicador de rodillo o similares. Después del recubrimiento, la capa fibrosa recubierta puede ser entonces pasada a través de un horno para secado en donde la capa de red de fibras recubiertas (unicinta (unitape) ) es sometida a calor suficiente para evaporar el agua en la composición de matriz. La red fibrosa recubierta puede estar colocada entonces en un tejido portador que puede ser un sustrato de papel o una película, o bien las fibras pueden estar inicialmente colocadas en un tejido portador antes del recubrimiento con la resina de matriz. El sustrato y la unicinta pueden entonces ser enrollados en un rollo continuo de manera conocida. La unicinta puede ser cortada en hojas discretas y colocadas en una pila para formación en el compuesto para uso final. Como se mencionó previamente, el compuesto más preferido es un compuesto en el cual la red de fibras de cada capa está unidireccionalmente alineada y orientada de tal manera que las direcciones de fibras en capas sucesivas sea la orientación 0°/90°. En la modalidad más preferida, dos capas de redes de fibras están plegadas transversalmente en la configuración 0°/90° y después consolidadas para formar un precursor de sub-ensamble. Dos capas de redes de fibras pueden estar plegadas de manera cruzada continuamente, preferentemente mediante el corte de una de las redes en tramos que pueden colocarse sucesivamente a lo ancho de la otra red en una orientación 0°/90°. Equipo para el pliegue cruzado continuo de las capas fibrosas es conocido, como se describe por ejemplo en las patentes norteamericanas No. 5,173,138 y 5,766,725. El sub-ensamble de dos pliegues continuo resultante puede entonces ser enrollado en un rollo con una capa de material de separación entre cada pliegue. Las láminas individuales del compuesto pueden ser adheridas entre ellas por contacto o bien bajo la aplicación de calor y sin presión o bien con una presión relativamente baja. Como se mencionó arriba, las fibras de alta tenacidad de cada capa están cubiertas con la composición de matriz y después la composición de matriz/combinación de fibra es consolidada.

Mediante "consolidación" se entiende que el material de matriz y la capa fibrosa se combinan en una sola capa unitaria. La consolidación puede ocurrir a través de sacado, enfriamiento, calentamiento, presión relativamente baja o una combinación de estas medidas. En una modalidad alternativa, se forma un sub-ensamble de cuatro pliegues en donde las capas sucesivas están orientadas en una orientación 0°/90o/0°/90o . Cuando está listo para formar el compuesto para uso final, el rollo es desenrollado y el material de separación removido. El sub-ensamble de pliegues múltiples es entonces cortado en hojas discretas, apiladas en pliegues múltiples y después moldeada con el objeto de formar la forma terminada y curar la resina de matriz, como se describe a continuación. La resina de matriz para las fibras en las capas fibrosas es una resina de poliuretano termoplástico . La resina de poliuretano puede ser un homopolimero o un copolimero, y mezclas de una o varias de estas resinas pueden también emplearse aquí. Tales resinas son conocidas en la técnica y están comercialmente disponibles. Preferentemente, tales resinas se proporcionan en un sistema acuoso para facilidad de uso. Estas resinas están típicamente disponibles en forma de soluciones, dispersiones o emulsiones acuosas, en donde los componentes sólidos pueden estar dentro de un rango de aproximadamente 20 a aproximadamente 80% en peso, con mayor preferencia de aproximadamente 40 a aproximadamente 60% en peso, con el peso restante siendo agua. Tales composiciones de resina se divulgan en la solicitud de patente norteamericana copendiente comúnmente asignada número de serie 11/213,253. Aditivos convencionales tales como rellenadores y similares pueden estar incluidos en la composición de resina. La proporción entre el material de matriz de resina y la fibra en las capas compuestas puede variar ampliamente según el uso final. La resina de poliuretano, en una base de sólidos, forma preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 por ciento en peso, con mayor preferencia de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento en peso, y con mayor preferencia de aproximadamente 15 a aproximadamente 28 por ciento en peso de cada capa compuesta. Preferentemente, se emplea la misma resina de poliuretano termoplástico en por lo menos dos de las capas fibrosas, y con mayor preferencia en todas las capas fibrosas. El método de esta invención incluye la formación de tales materiales compuestos de esta invención que pueden formarse a partir de láminas individuales mediante consolidación bajo alta presión. La presión empleada aquí es de por lo menos 10.3 MPa (1, 500 psi) , con mayor preferencia por lo menos aproximadamente 13.8 MPa (2000 psi), con preferencia aún mayor por lo menos aproximadamente 17.2 MPa (2,500 psi) y con mayor preferencia por lo menos aproximadamente 20.7 MPa (3,000 psi) . Las presiones empleadas aquí están preferentemente dentro de un rango de aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) a aproximadamente 27.6 MPa (4,000 psi). Temperaturas típicas útiles en el método de esta invención son, por ejemplo, temperaturas dentro de un rango de aproximadamente 24 a 160°C (75 a 320°F), con mayor preferencia a temperaturas dentro de un rango de aproximadamente 66 a 152°C (150 a 305°F) y con mayor preferencia temperaturas dentro de un rango de aproximadamente 104 a 132°C (220 a 270°F) . La estructura compuesta puede estar moldeada en cualquier aparato de moldeo adecuado para formar la estructura deseada. Ejemplos de un equipo de este tipo incluyen prensas hidráulicas que proporcionan moldeo de alta presión. En una modalidad, las capas fibrosas individuales están colocadas en una prensa de moldeo y las capas están moldeadas bajo la temperatura indicada arriba y presión elevada durante un período de tiempo adecuado, como por ejemplo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 30 minutos, con mayor preferencia de aproximadamente 10 a aproximadamente 20. El número de capas en el material compuesto depende del uso final particular. Con mayor preferencia, cada compuesto se forma de dos capas fibrosas que están orientadas 80° con relación entre ellas y han sido consolidadas en una sola estructura. Como se mencionó arriba, alternativamente el compuesto puede estar formado de dos grupos de tales estructuras individuales, de tal manera que un total de cuatro capas de fibras se emplea; en este caso, dos de las estructuras consolidadas de dos pliegues están consolidadas entre ellas en un sub-ensamble de cuatro pliegues. El número de capas de compuesto que se utiliza en artículos formados a partir de ahí varía según el uso final del artículo. Por ejemplo, puede existir por lo menos aproximadamente 40 capas, preferentemente por lo menos aproximadamente 150 capas, y preferentemente dentro de un rango de aproximadamente 40 a aproximadamente 400 capas, de los ensambles de dos pliegues que se utilizan para moldear el producto deseado. Los artículos moldeados pueden tener cualquier forma deseada. Para uso en chalecos y similares, preferentemente las capas están moldeadas en una configuración relativamente plana. Similarmente, para paneles balísticos, las capas están preferentemente moldeadas en una configuración sustancialmente plana. Para otros artículos, tales como cascos y similares, las capas están moldeadas en la forma deseada del producto final. Los artículos moldeados pueden ser empleados como blindaje duro o flexible según lo deseado, dependiendo de las condiciones de moldeo. Los artículos moldeados pueden estar combinados con otros artículos rígidos, flexibles y/o moldeados para proporcionar una balística particularmente deseable y otras propiedades. Tales artículos pueden ser formados de aramida y/u otras fibras de alta tenacidad, utilizando la misma resina de matriz o una resina de matriz diferente de lo utilizado aquí, o bien de otros materiales. Una o varias películas de plástico pueden estar incluidas en el compuesto para permitir que diferentes capas compuestas se deslicen una sobre la otra para facilitar la formación en una forma de cuerpo y facilitar el uso. Estas películas de plástico pueden ser típicamente adheridas sobre una o ambas superficies de cada compuesto. Cualquier película de plástico adecuada puede emplearse, como por ejemplo películas fabricadas de poliolefinas . Ejemplos de tales películas son películas de polietileno de baja densidad lineal (LLDPE) , películas de polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE) , películas de poliéster, películas de nylon, películas de policarbonato, y similares. Estas películas pueden ser de cualquier espesor deseable. Espesores típicos están dentro de un rango de aproximadamente 2.5 a 30 um (0.1 a 1.2 milésima de pulgada), con mayor preferencia de aproximadamente 5 a 25 um (0.2 a 1 milésima de pulgada), y con mayor preferencia de aproximadamente 7.5 a 12.5 um (0.3 a 0.5 milésima de pulgada). Con mayor preferencia se utilizan películas de LLDPE. Las películas pueden ser formadas como parte de cada sub-ensamble, o bien las películas pueden ser introducidas entre sub-ensambles cuando se colocan en el molde. Las películas pueden estar en un lado o en ambos lados de los sub-ensambles y/o producto moldeado final. Varias construcciones son conocidas para compuestos reforzados con fibra utilizados en artículos resistentes a los impactos y balísticos. Estos compuestos presentan varios grados de resistencia a la penetración por impacto de alta velocidad de proyectiles tales como balas, metralla y fragmentos, y similares. Ejemplos de tales construcciones se divulgan, por ejemplo, en las patentes norteamericanas Nos. 6,268,301, 6,248,676, 6,219,842; 5,677,029; 5,471,906; 5,196,252; 5,187,023; 5,185,195; 5,175,040; y 5,167,876. En una modalidad de la invención, un chaleco u otro blindaje corporal u otro artículo se forma de manera convencional a partir de varias capas del material compuesto. Estas capas preferentemente no son laminadas juntas, sino que pueden estar cosidas juntas con el objeto de evitar el deslizamiento de los pliegues individuales con relación entre ellos. Por ejemplo, las capas pueden estar adheridas con pegamento en cada esquina. Alternativamente, las capas pueden estar envueltas globalmente en una bolsa u otro recubrimiento. Los ejemplos siguientes no limitativos se presentan con el objeto de ofrecer una comprensión más completa de la invención. Las técnicas, condiciones, materiales, proporciones y datos reportados específicos presentados para ilustrar los principios de la presente invención son de ejemplo y no deben considerarse como una limitación del alcance de la invención. Todos los porcentajes se ofrecen en peso, a menos que se indique lo contrario. EJEMPLOS Ejemplo 1 Se formó un compuesto no tejido de dos pliegues a partir de capas de fibra de aramida con un denier de 1000 y una tenacidad de 26 g/d (Twaron® T2000 de Teijin) . Unicintas fueron preparadas mediante el pasaje de las fibras de aramida a partir de una fileta y a través de una estación de peinado para formar una red unidireccional. La red de fibras fue entonces colocada en un tejido portador y las fibras fueron recubiertas con una resina de matriz. La resina era una dispersión de una resina de poliuretano termoplástico, específicamente una mezcla copolimérica de resinas de poliuretano en agua (40-60% resina) descrita por el fabricante como teniendo una densidad relativa de 1.05 g/cc a 23°C y una viscosidad de 40 cps a 23°C. La red de fibras recubiertas fue entonces pasada a través de un horno para evaporar el agua en la composición y fue enrollada en un rodillo, con el tejido portador removido de ahí, en preparación para la formación del material compuesto. La estructura resultante contenía 16% en peso de la resina de poliuretano. Dos rodillos continuos de materiales preimpregnados de fibras unidireccionales fueron preparados de esta manera. Dos unicintas de este tipo fueron plegadas de manera cruzada a 90° y consolidadas para crear un laminado con dos láminas de fibras de aramida idénticas. Paneles de este material de un tamaño de 30.5 x 30.5 cm (12 x 12 pulgadas) fueron utilizados para formar la estructura compuesta de capas múltiples. Se colocó un total de 270 capas de construcción de 2 pliegues en un molde de dado correspondido de una prensa hidráulica y se moldeó a 115.6°C (240°F) a una presión de moldeo de 10.3 MPa (1,500 psi) durante un periodo de 20 minutos. El laminado que fue formado presentaba una configuración sustancialmente plana. Después del moldeo, se dejó enfriar el laminado a temperatura ambiente. Las características balísticas de capas múltiples del compuesto de 4 pliegues fueron determinados. La bala era una bala NATO (también conocida como bala M80) cuyo tamaño era de 7.62 x 51 mm. El proyectil es una bala de rifle de alta energía. La resistencia a impactos balísticos fue determinada de conformidad con NU Norma NIJ 0101.04. Los resultados se muestran en la Tabla 1 abajo. El cálculo V50 fue determinado con base en la media de 6-10 pares de balas detenidas en la estructura y que penetraban en la estructura. La velocidad V50 es la velocidad para la cual el proyectil tiene una probabilidad de penetración del 50%.

Ejemplo Comparativo 2 Se repitió el Ejemplo 1 excepto que la presión de moldeo fue de 3.4 Pa (500 psi) . Las muestras fueron otra vez probadas para su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de bala y los resultados se muestran en la Tabla 1 abaj o . Ejemplo 3 Se repitió el Ejemplo 1, excepto que se utilizó un total de 315 capas del compuesto para formar los paneles. Las muestras fueron probadas otra vez para determinar su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 1, abajo. Ejemplo Comparativo 4 El Ejemplo 3 fue repetido excepto que la presión de moldeo fue de 3.4 MPa (500 psi). Las muestras fueron probadas otra vez para determinar su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 1, abajo. Ejemplo 5 Se repitió el Ejemplo 1 excepto que el total de 360 capas del compuesto fue utilizado para formar los paneles. Las muestras fueron probadas otra vez para determinar su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 1, bajo. Ejemplo Comparativo 6 Se repitió el Ejemplo 5, excepto que la presión de moldeo fue de 3.4 MPa (500 psi) . Las muestras fueron probadas otra vez para determinar su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 1, abajo. Tabla 1 * = ejemplo comparativo Como se puede observar a partir de los datos arriba, cuando la resina de matriz era un copolímero de poliuretano y el compuesto era moldeado a presión elevada (17.2 MPa (2500 psi) ) de conformidad con el Ejemplo 1, la resistencia a impactos balísticos fue sustancialmente mejor que utilizando la misma resina de matriz pero moldeado a una presión baja de conformidad con el Ejemplo Comparativo 1. Este resultado fue consistente cuando el número de capas fue incrementado de 270 a 315 a 360 de conformidad con lo indicado en los ejemplos. Además, se puede observar que un número menor de capas del compuesto formado de conformidad con la presente invención puede emplearse para obtener propiedades balísticas similares que en el caso de un número más grande de capas que fueron moldeadas bajo presión baja. Como resultado, el peso del compuesto moldeado bajo altas presiones puede ser reducido sin sacrificar las propiedades balísticas. Ejemplos Comparativos 7-9 En el Ejemplo 7, se repitió el Ejemplo 1, excepto que la resina de matriz fue Kraton® D1107 un elastómero termoplástico de copolímero de bloques de estireno-isopreno-estireno y el contenido de resina de las capas de compuesto fue 20% en peso. Un total de 250 capas del pre-ensamble de 2 pliegues fue utilizado para formar los paneles de prueba que fueron moldeados a 121.1°C (250°F) durante 30 minutos a una presión de moldeo de 1.4 Pa (200 psi) . Las muestras fueron probadas en cuanto a su resistencia a impactos balísticos empleando el mismo tipo de balas de conformidad con MIL-STD-662-F. Los resultados se muestran en la Tabla 2 abajo. En el Ejemplo 8, se repitió el Ejemplo 7, excepto que la presión de moldeo fue de 13.8 MPa (2, 000 psi). Las muestras fueron probadas para su desempeño balístico utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 2, abajo. En el Ejemplo 9, se repitió el Ejemplo 7, excepto que la presión de moldeo fue de 27.6 MPa (4, 000 psi) . Las muestras fueron probadas en cuanto a su desempeño balístico utilizando el mismo tipo de balas y los resultados se muestran en la Tabla 2, abajo. Tabla 2 * = ejemplo comparativo A partir de la Tabla 2, se puede observar que conforme se eleva la presión de moldeo utilizando un compuesto que tiene una resina elastomérica termoplástica de matriz de estireno-isopreno-estireno, las propiedades balísticas no fueron sustancialmente mejoradas. Por consiguiente, la mejora sustancial de las propiedades balísticas observadas con compuestos que son formados bajo alta presión y que utilizan la matriz de poliuretano no se encuentra en compuestos que utilizan una resina de matriz de elastomero termoplástico. Ejemplos Comparativos 10 y 11 En el Ejemplo 10, se repitió el Ejemplo 7, excepto que la resina de matriz fue una resina de viniléster epóxico (Derkane 411) . El contenido de resina de las capas de compuesto fue también de 20% en peso. Un total de 250 capas del pre-ensamble de 2 pliegues fue utilizado para formar los paneles de prueba. Que fueron moldeados a 93.3°C (200°F) durante 30 minutos a una presión de moldeo de 1.4 MPa (200 psi) . Las muestras fueron probadas en cuanto a su resistencia a impactos balísticos utilizando el mismo tipo de balas y los resultados se muestra en la Tabla 3, abajo. En el Ejemplo 11, se repitió el Ejemplo 10, excepto que la presión de moldeo fue de 6.1 MPa (889 psi). Las muestras fueron probadas para su desempeño balístico utilizando el mismo tipo de balas, y los resultados se muestran en la Tabla 3, abajo. Tabla 3 * = ejemplo comparativo Los Ejemplos Comparativos 10 y 11, Tabla 3 ilustran también que mejoras sustanciales en propiedades balísticas no se obtienen cuando la presión de moldeo es incrementada en compuestos que emplean otra resina de matriz convencional (vinil éster epóxico) . Ejemplos Comparativos 12 y 13 En el Ejemplo 12, se repitió el Ejemplo 10, excepto que el número total de capas fue de 36. Las muestras fueron probadas en cuanto a su desempeño balístico utilizando una bala de pistola de 9 mm con una chaqueta de metal completa. La presión de moldeo fue otra vez de 1.4 MPa (200 psi) . Los resultados balísticos se muestran en la Tabla 4, abajo. En el Ejemplo 13, se repitió el Ejemplo 12, excepto que la presión de moldeo fue de 6.1 MPa (889 psi). Las muestras fueron probadas para su desempeño balístico utilizando una bala de pistola de 9 mm con una chaqueta de metal completa, y los resultados se muestran en la Tabla 4, abajo. Tabla 4 * = ejemplo comparativo Los Ejemplos Comparativos 12 y 13 muestran similarmente que mejoras sustanciales en propiedades balísticas no se obtienen cuando la presión de moldeo es incrementada en compuestos que emplean otra resina de matriz convencional (viniléster epóxico) en donde el número de capas es reducido. La mejora balística no se observa con presiones mayores con una bala de pistola . Ejemplo 14 Los materiales balísticos de aramida de esta invención fueron probados para determinar sus propiedades estructurales. Paneles del mismo tamaño fueron formados como en el Ejemplo 1 bajo condiciones similares, excepto que la presión de moldeo fue de 10.3 MPa (1, 500 psi) . Se moldeó un total de 45 capas y muestras que medían 2.5 cm (1 pulgada) por 15.24 cm (6 pulgadas) fueron cortadas de los paneles. Las propiedades estructurales fueron determinadas de conformidad con ASTM D790, y los resultados se muestran en la Tabla 5, abaj o . Ejemplo Comparativo 15 Se repitió el Ejemplo 14, excepto que la presión de moldeo fue de 1.0 MPa (150 psi). Las propiedades estructurales fueron determinadas de conformidad con ASTM D790 y los resultados se muestran en la Tabla 5, abajo. Tabla 5 * = ejemplo comparativo Como se puede observar a partir de la Tabla 5, los compuestos de fibra de aramida que emplean la resina de matriz de poliuretano de esta invención que están moldeados bajo alta presión son más fuertes que compuestos similares moldeados bajo presión baja. Por consiguiente, esta invención ofrece compuestos de fibras de aramida que tienen propiedades balísticas mejoradas así como propiedades mecánicas mejoradas . Por consiguiente, se puede observar que la presente invención ofrece un método para hacer estructuras balísticas de compuesto de aramida que tienen propiedades balísticas mejoradas, como por ejemplo resistencia a impactos balísticos a balas de rifles de alta energía, cuando se moldean bajo presión elevada en comparación con estructuras moldeadas bajo presión baja. Además, las mismas mejoras no se observan con el uso de otras resinas de matriz. Habiendo descrito la presente invención de manera relativamente detallada, se entenderá que no es necesario adherir estrictamente a tales detalles sino que cambios adicionales y modificaciones pueden ocurrir a una persona con conocimientos en la materia y todos ellos caen dentro del alcance de la presente invención definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (35)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares, dicho método comprende : proporcionar por lo menos una capa fibrosa que comprende una red de fibra de aramida de alta tenacidad; recubrir la capa fibrosa con una resina de poliuretano termoplástico; y moldear la capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) .
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde se proporcionan por lo menos dos capas fibrosas, cada una de dichas capas fibrosas comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad, y dicho método comprende además el hecho de recubrir cada una de dichas capas fibrosas con una resina de poliuretano termoplástico, y moldear dichas capas fibrosas a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) .
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una presión de por lo menos aproximadamente 13.8 MPa (2,000 psi).
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una presión de por lo menos aproximadamente 20.7 MPa (3,000 psi).
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una temperatura de aproximadamente 24 a aproximadamente 127°C (75 a 260°F) .
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicha resina de poliuretano termoplástico está presente en una cantidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 por ciento en peso del peso total del compuesto.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicha resina de poliuretano termoplástico está presente en una cantidad de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento en peso del peso total del compuesto.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde capas fibrosas adyacentes están plegadas de manera cruzada con relación entre ellas.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde cada una de dichas capas fibrosas comprende una tela no tejida en donde dichas fibras están arregladas unidireccionalmente en cada capa.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 9, en donde capas fibrosas adyacentes de dichas fibras en dichas capas fibrosas no tejidas están colocadas unidireccionalmente en cada capa .
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, en donde dichas capas fibrosas están plegadas de manera cruzada a 90° entre ellas.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además por lo menos una película plástica en contacto con por lo menos una de dichas capas fibrosas.
13. 13. Un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifles de alta energía y similares, dicho método comprende : suministrar una primera capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha primera capa fibrosa con una primera resina de poliuretano térmico; proporcionar una segunda capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha segunda capa fibrosa con una segunda resina de poliuretano termoplástico; y moldear dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1, 500 psi) .
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 13, en donde cada una de dichas capas fibrosas comprende una tela no tej ida .
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dichas fibras en cada una de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa están colocadas unidireccionalmente en cada capa.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, en donde dichas capas fibrosas están plegadas de manera cruzada a 90° entre ellas.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una presión de por lo menos aproximadamente 13.8 MPa (2,000 psi) .
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una presión de por lo menos aproximadamente 20.7 MPa (3,000 psi).
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una temperatura de aproximadamente 24 a 127°C (75 a 260°F) .
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 16, en donde dicha primera resina de poliuretano termoplástico y dicha segunda resina de poliuretano termoplástico están presentes en una cantidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 40% en peso del peso total de cada una de dichas capas.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde dicha primera resina de poliuretano termoplástico y dicha segunda resina de poliuretano termoplástico son la misma resina de poliuretano.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde dicha resina de poliuretano comprende una mezcla copolimérica de resinas de poliuretano.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde dichas fibras en dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa tienen una tenacidad de por lo menos aproximadamente 20 g/d.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 23, en donde dichas fibras en dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa tienen un denier de aproximadamente 200 a aproximadamente 3,000.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 23, que comprende además por lo menos una película plástica en contacto con por lo menos una de dichas capas fibrosas.
26. 26. Un artículo formado por el método de la reivindicación 13.
27. 27. Un método para fabricar un material compuesto resistente a impactos balísticos que tiene una resistencia mejorada a balas de rifle de alta energía y similares, dicho método comprende : proporcionar una primera capa fibrosa no tejida que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha primera capa fibrosa no tejida con una primera resina de poliuretano termoplástico; proporcionar una segunda capa fibrosa no tejida que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha segunda capa fibrosa no tejida con una segunda resina de poliuretano termoplástico; arreglar dicha primera capa fibrosa no tejida y dicha segunda capa fibrosa no tejida de tal manera que dicha primera capa fibrosa no tejida y dicha segunda capa fibrosa no tejida estén orientadas con relación entre ellas; y moldear la primera capa fibrosa y la segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) .
28. 28. El método de conformidad con la reivindicación 27, en donde dichas capas fibrosas están moldeadas a una presión de por lo menos aproximadamente 13.8 MPa (2,000 psi), en donde dichas fibras en cada una de dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa están colocadas unidireccionalmente en cada capa, y en donde dichas capas fibrosas están plegadas de manera cruzada a 90° entre ellas.
29. 29. El método de conformidad con la reivindicación 28, en donde dicha primera resina de poliuretano termoplástico y dicha segunda resina de poliuretano termoplástico están presentes en una cantidad de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento en peso del peso total de cada una de dichas capas.
30. 30. Un articulo formado por el método de la reivindicación 29.
31. 31. Un método para mejorar la resistencia de un blindaje corporal resistente a impactos balísticos a balas de rifles de alta energía y similares, dicho método comprende: proporcionar por lo menos una primera capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha primera capa fibrosa con una primera resina de poliuretano termoplástico; proporcionar por lo menos una segunda capa fibrosa que comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir dicha segunda capa fibrosa con una segunda resina de poliuretano termoplástico; moldear dicha primera capa fibrosa y dicha segunda capa fibrosa a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) para formar un articulo moldeado; y formar el blindaje corporal al menos en parte de dicho articulo moldeado.
32. 32. El método de conformidad con la -reivindicación 31, que comprende por lo menos aproximadamente 40 pares de capas fibrosas, cada una de las cuales comprende una red de fibras de aramida de alta tenacidad; recubrir cada una de dichas fibras con una resina de poliuretano termoplástico; y moldear dichas capas fibrosas a una presión de por lo menos aproximadamente 10.3 MPa (1,500 psi) para formar dicho articulo moldeado.
33. 33. El método de conformidad con la reivindicación 32, en donde dichas capas fibrosas comprenden telas no tejidas cuyas fibras están colocadas unidireccionalmente en cada capa, y en donde dichas capas fibrosas están plegadas de manera cruzada a 90° entre ellas.
34. 34. El método de conformidad con la reivindicación 33, que comprende además por lo menos una película plástica en contacto con por lo menos una de dichas capas fibrosas.
35. 35. Un artículo de blindaje resistente a impactos balísticos formado por el método de la reivindicación 34.