ARTICULOS RESISTENTES A LA PENETRACION PARA PROTECCION DE VIDA
Campo de la Invención Esta invención se relaciona con artículos para protección de vida resistentes a la penetración, específicamente con artículos para protección de vida resistentes a puntas, y, más específicamente, a artículos resistentes a la penetración para protección de vida de puntas y proyectiles balísticos. Antecedentes de la Invención Artículos nuevos resistentes a la penetración están continuamente siendo desarrollados debido a que continuamente se adoptan estándares y requerimientos o actualizan para proporcionar protección de fuerzas que amenazan la vida. En septiembre del 2000, el Instituto Nacional de Justicia (NU) publicó "Resistencia a Puñalada de Blindaje de Cuerpo Personal" y NU Estándar-0101.04 titulado "Resistencia Balística de Blindaje de Cuerpo personal". En vista de estos nuevos Estándares, existe la necesidad de prendas de vestir de peso ligero, confortables y flexibles que exhiban penetración mejorada contra amenazas de punta, o amenaza de punta y amenazas balísticas, que puedan usarse con base diaria para proporcionar protección adecuada, tal como, para correccionales, policía, militar y otros oficiales de Ref.: 161419 seguridad dependiendo del requerimiento de sus trabajos específicos y ambiente de trabajo. Las Patentes Estadounidenses 5,578,358 (de Froy et al.) y 5,622,711 (de Chiou et al.) describen artículos resistentes a la penetración de punta fabricados de hilos de aramida tejidos que tienen una combinación particular de densidad lineal del hilo y factor de estrechez de la tela fabricada a partir del hilo. Estas patentes usan hilos que tienen una fuerza de al menos 30 Joules por gramo. La Patente Estadounidense 6,103,646 de Chiou describe artículos resistentes a la penetración de punta y proyectil balístico. Estos artículos tienen capas resistentes a la penetración de punta y capas resistentes a la penetración de proyectil balístico con las capas resistentes a la penetración de punta sobre el lado exterior o cara de golpe del artículo. La Patente Estadounidense 5,565,264 de Ho land describe una tela protectora que está tejida muy densamente. Esto es, las secciones transversales del hilo se han distorsionado tejiéndolas en formas aproximadamente cuadradas para formar una estructura interbloqueada demasiado apretada para resistir el movimiento del hilo. Las Patentes Estadounidenses 5,837,623 y 5,976,996, ambas de Howland, describen sustratos de tela protectores fabricados de hilos tejidos muy densamente, incluyendo hilos cortados. Estas . atentes muestran que hilos cortados se usan solamente en donde la tela experimentará ligera tensión o carga de desgarre, y que el uso de revestimiento sobre la tela puede mejorar su rigidez y mejorar su desempeño contra tensión y carga de desgarre. La protección de telas tejidas densamente descrita en estas patentes es significativamente alta, es decir, del orden del 130% hasta 140%. Los factores de estrechez de tela para telas descritas en estas patentes son mayores de 1.15. Tales telas son generalmente muy rígidas, carecen de capacidad para plegarse, y tienen flexibilidad limitada, a pesar de los tipos de hilos usados, debido al sustrato tejido muy densamente de la tela. En vista de lo anterior, es un objeto de esta invención proporcionar un artículo de peso ligero flexible mejorado que resista penetración a puntas, y opcionalmente también proyectiles balísticos. Breve descripción de la Invención La invención se relaciona con el artículo para protección de vida resistente a la penetración, que comprende : la pluralidad de capas resistentes a la penetración de punta que tienen densidad superficial de 0.5 a 6.0 kilogramos por metro cuadrado, cada una de las capas fabricada de tej ido ; _ el tejido tiene un factor de estrechez de tela de 0.75 a 1.15 y es fabricado de hilos; los hilos con una densidad lineal de 500 dtex o menor, una tenacidad de 3 a 20 gramos dtex, y una energía para ruptura de 8 a menos de 30 Joules por gramo, los hilos adicionalmente comprenden fibras cortadas; y las fibras cortadas tienen una densidad lineal de 0.2 a 7.0 dtex por fibra. De conformidad con una segunda modalidad, la presente invención incluye adicionalmente una segunda pluralidad de capas resistentes a proyectiles balísticos. Breve descripción de las figuras La invención puede entenderse completamente a partir de la siguiente descripción detallada de la misma en combinación con las figuras anexas descritas a continuación. La Figura 1 muestra una ilustración esquemática del articulo para protección de vida resistente a la penetración con capas resistentes a punta de conformidad con la presente invención. Las Figuras 2A-2C muestran ilustraciones esquemáticas de un hilo cortado intermezclado, un hilo cortado torcido, y un hilo de hebras múltiples continúo intermezclado, respectivamente . La Figura 3 muestra una ilustración esquemática del artículo para protección de vida resistente a la penetración con _capas resistentes a punta y capas resistentes a proyectil balístico de conformidad con la presente invención. Descripción detallada de la Invención La presente invención está dirigida a artículos para protección de vida resistentes a la penetración, incluyendo artículos para protección de vida resistentes a la penetración de punta, y artículos para protección de vida resistentes a la penetración de punta y proyectil balístico.
En una modalidad, el artículo 10 para protección de vida resistente a la penetración comprende una pluralidad de capas 12, 14 flexibles resistentes a punta fabricadas de tejido. En la Figura 1, el número 14 designa la tercer o más capas que opcionalmente pueden incluirse en el artículo. El tejido se fabrica de hilos. Los hilos comprenden fibras cortadas . (1) Capas El artículo 10 contiene una pluralidad de capas flexibles resistentes a la penetración de punta 12, 14. Las capas resistentes a punta 12, 14, combinadas, tienen una densidad superficial de 0.5 a 6.0 kilogramos por metro cuadrado, y preferiblemente, 1.0 a 5.0 kilogramos por metro cuadrado. Cuando la densidad superficial de las capas es menor de 0.5, las capas 12, 14 proporcionan protección de vida inadecuada. Cuando la densidad superficial de la pluralidad combinada de capas excede 6.0 kilogramos por metro cuadrado, las capas combinadas 12, 14 normalmente se tornan demasiado voluminosas, pesadas y rígidas tornándose no confortables para uso. Cuando la densidad superficial es demasiado grande, ésta dificulta la capacidad de quien la porta para moverse y maniobrar rápidamente, y causa fatiga significativa a quien la usa durante un período prolongado de uso . A mayor número de capas 12, 14, mayor es la densidad superficial de las capas combinadas 12, 14. A menor densidad lineal de los hilos cortados que hacen las telas de las capas 12, 14, mayor es el número de capas 12, 14 que pueden usarse con una densidad superficial aceptable de las capas combinadas 12, 14. Por ejemplo, cuando las telas están hechas de hilo cortado decitex 220 en ambas direcciones de urdimbre y relleno, el número de capas de tejido 12, 14 está en el rango de 3 a 50. En contraste, cuando las telas se fabrican de hilo cortado decitex 110 en ambas direcciones de urdimbre y relleno, el número de capas tejido 12, 14 está en el rango de 6 a 80. Las capas 12, 14 pueden mantenerse juntas o unidas en cualquier manera, tal como, cosidas juntas o pueden apilarse juntas y sujetadas, por ejemplo, en una envoltura de tela o portador. Las capas 12, 14 pueden dividirse en secciones las cuales pueden apilarse separadamente y unirse, o toda la pluralidad de capas 12 , 14 pueden apilarse y unirse como una unidad individual. Preferiblemente, las capas 12, 14 o secciones de capa se unen juntas en las esquinas, o en puntos espaciados aparte a lo largo de los bordes, de las capas 12, 14 y son de otra manera sustancialmente libres de medios para sujetar las capas 12, 14 de tela juntas. Alternativamente, las capas 12, 14 o secciones de capa pueden fijarse juntas en puntos o pequeñas regiones espaciadas aproximadamente 15 o más centímetros aparte. Proporcionar movilidad sustancial de las capas 12, 14 con respecto a cada una de las capas adyacentes, tal como se describió anteriormente, mejora la resistencia contra fuerzas de punta mayores, pero puede reducir la resistencia contra proyectiles de bala. La combinación de las capas 12, 14 o secciones de capa de esta invención se hace colocándolas juntas, en relación cara a cara, con o sin otros materiales de capa entre éstas, como se desea. Otros materiales de capa, los cuales pueden colocarse entre las capas 12, 14 o secciones de capa, incluyen, por ejemplo, materiales a prueba de agua, materiales contra trauma, y similares. (2) Tela Las capas 12, 14 están hechas de tejido. Por tejido se entiende cualquier trama de tela, tal como, ligamento tafetán, sarga interrumpida, ligamento panamá, tejedura del raso, ligamento sarga, y similares. El ligamento tafetán es el más común. La tela de las capas 12, 14 está "tejida estrechamente" lo cual significa que tiene un factor de estrechez de 0.75 a 1.15 y preferiblemente de 0.85 hasta aproximadamente 1.10. Es más preferido que las capas 12, 14 de tejido estrecho tengan una relación entre la densidad lineal del hilo (dtex) y el factor de estrechez de tela como sigue: Y > o = X 6.25 veces 10"4 + 0.69 (1) en donde Y = factor de estrechez de tela y X = densidad lineal de hilo, como se describió en la Patente Estadounidense mencionada anteriormente 5,578,358. El "Factor de estrechez de tela" y "Factor de
Cobertura" son nombres proporcionados a la densidad de la trama de tela. El factor de cobertura es el valor calculado relacionado a la geometría de la trama e indica el porcentaje de la superficie total de la tela la cual está cubierta por hilos de la tela. El factor de cobertura puede calcularse de varias maneras como se conoce bien en el arte. Por ejemplo, el método usado para calcular el factor de Cobertura puede ser como sigue (de Trama: Conversión de Hilos a Tela, Lord y Mohamed, publicado por Merrow (1982), páginas 141-143: dw = ancho de hilo de urdimbre en la tela df = ancho de hilo de relleno en la tela ¦ Pw = grado de inclinación de hilos de urdimbre pf = grado de inclinación de hilos de relleno df Factor de Cobertura en la dirección de urdxmbre= Cw = pj— (2) Factor de Cobertura en la dirección de relleno= Cf= —— (3) área total oscurecida Factor de Cobertura de Tela = Cteia área encerrada _ (pw - djdf + dwpf Ltela = (Cf + Cw - CfC„) (5) Los anchos de los hilos de urdimbre y relleno, dw y df, pueden calcularse de varias manera conocidas en el arte, tales como, siguiendo las enseñanzas en "Sistema de Todas-Fibras Reúne Necesidades de Ingeniería de Tela" por J. B. Dickson, Vol. 102, p. 113 - 250 de Mundo del Textil (1952). Dependiendo del tipo de trama de tela, el factor de cobertura máximo puede ser poco bajo aún a pesar de que los hilos de la tela están situados cercanos. Por esa razón, un indicador más útil de la estrechez de trama se llama el "factor de estrechez de tela". El factor de estrechez de tela es una medida de la estrechez de la trama de tela comprada con la estrechez de trama máxima como una función del factor de cobertura. , , , factor de cobertura actual Factor de estrechez de factor de cobertura máxima Por ejemplo, el factor de cobertura máxima el cual es posible sin interferencia de los hilos en la tela para una tela de ligamento tafetán es 0.75; y la tela de tejido tafetán con un factor de cobertura actual de 0.68, por lo tanto, tendrá un factor de estrechez de tela de 0.91, y la tela de ligamento tafetán con un factor de cobertura actual de 0.83, por lo tanto, tendrá un factor de estrechez de tela de 1.1. La trama preferida para la práctica de esta invención es ligamento tafetán. (3) Hilos El tejido está fabricado de hilos. Los hilos tienen una densidad lineal de 500 dtex o menor, y preferiblemente al menos 25 dtex. Los hilos tienen una tenacidad de 3 a 20 gramos por dtex, y preferiblemente de 5 a 16 gramos por dtex. Los hilos tienen una energía para ruptura (o fuerza) de 8 a menos de 30 Joules por gramo, y preferiblemente 10 a 25 Joules por gramo. Los hilos preferiblemente tienen un estiramiento para ruptura de al menos 2.0 por ciento y no se conoce límite superior de estiramiento para ruptura. El estiramiento para ruptura que es menor de 2.0 por ciento resulta típicamente en un hilo el cual es frágil. Los hilos en la pluralidad de capas de tela comprenden fibras cortadas. Véase la Figura 2A la cual es una ilustración esquemática de un hilo cortado intermezclado. Los hilos pueden ser solamente hilos cortados. Sin embargo, el tejido puede ser de una pluralidad de hilos hechos de fibras cortadas y otros hilos comprendiendo hilo de hebras múltiples continuo. Véase la Figura 2C la cual es una ilustración esquemática de un hilo de hebras múltiples continuo intermezclado . Cualquier construcción de tela que usa ambos hilos cortados e hilos de hebras múltiples continuos son posibles tal como la construcción de tela (a) con hilos cortados e hilos de hebras múltiples continuos alternando en alguna o ambas direcciones de urdimbre y relleno, (b) con dos o más hilos de hebras múltiples continuos después hilo cortado en cualquiera o ambas direcciones de urdimbre y relleno, o (c) con dos o más hilos cortados después hilo de hebras múltiples continuo en cualquiera o ambas direcciones de urdimbre y relleno. El artículo 10 puede incluir una pluralidad de capas 12, 14 de tejido hecho solamente o parcialmente con hilo cortado y una o más capas hechas de tejido hecho solamente de hilo de hebras múltiples continuo. Por ejemplo, el articulo 10 puede comprender el ensamblaje repetido de una o más capas hechas de hilo de hebra múltiple continuo apilado junto a una o más capas 12 , 14 hechas solamente o parcialmente de hilo cortado. Cuando el artículo incluye al menos una capa de te ido hecha de hilo incluyendo hebras múltiples continuas, preferiblemente tal tela tiene un factor de estrechez de al menos 0.75 y tal hilo tiene una densidad lineal de al menos 500 dtex. Adicionalmente, los hilos usados para hacer el tejido en la capa, o en capas diferentes, pueden fabricarse a partir de un polímero individual, polímeros diferentes, un copolímero, copolímeros diferentes, o mezclas de los mismos. Polímeros y copolímeros apropiados se describen en el presente documento . Los hilos pueden torcerse y tener un nivel de torcimiento en el rango de no más de un multiplicador de torcimiento 5. Véase la Figura 2B la cual es una ilustración esquemática de un hilo cortado torcido. Por multiplicador de torcimiento se entiende los índices de torcimiento en hilo en vueltas por 2.54 cm (pulgada) a la raíz cuadrada de la cuenta de hilo. Torcido efectivamente significa que un extremo del hilo se mantiene estacionario y el otro extremo se gira o rota alrededor del eje longitudinal del hilo para imponer torcimiento al hilo. El hilo torcido tiene un multiplicador de torcimiento el cual puede calcularse como sigue: Multiplicador de Torcimiento = tpi*raíz cuadrada (denier) /73 (7) = tpc*raíz cuadrada (dtex)/30.3 (8) = tpi/raíz cuadarad (cuenta de algodón) (9) en donde: tpi = vueltas por 2.54 centímetros (1 pulgada) , tpc = vueltas por centímetro, y cuenta de algodón= el número de madejas de 0.914 metros (840 yardas) requeridas para pesar 0.45 kg (1 libra) . Los hilos pueden comprender una pluralidad de hilos doblados (es decir, combinados) y torcidos juntos. Cuando dos hilos se pliegan y tuercen juntos, se llama hilo de dos pliegues . El torcimiento del hilo doblado será en la dirección opuesta de cualquier torcimiento en los hilos individuales en el hilo de pliegue. Uno o más de los hilos doblados pueden ser un hilo de hebras múltiples continuo. El número de los hilos o unidad de longitud en las direcciones de urdimbre y relleno puede ser el mismo o diferente. A mayor densidad lineal de los hilos en el tejido, menor es el número de unidad de longitud por unidad de longitud que se necesitan para proporcionar adecuada protección de vida con flexibilidad aceptable y confort. (4) Fibras Los hilos están fabricados de fibras cortadas . Para los propósitos en el presente documento, el término "fibra" está definido como un cuerpo homogéneo microscópicamente, relativamente flexible, que tiene un índice alto de longitud a anchura a través de su área de sección transversal perpendicular a su longitud. La sección transversal de la fibra puede ser de cualquier forma, pero típicamente es redonda. El término "hebra" se usa intercambiablemente con el término "fibra" . Las fibras cortadas pueden estar intermezcladas ; el hilo puede estar torcido; otras ambas. Cuando el hilo se fabrica de fibras cortadas "intermezcladas" es una unidad consolidada de fibras discontinuas intermezcladas o enredadas a lo largo de la longitud del hilo para mantener la unidad del hilo. Las fibras cortadas tienen una densidad lineal de 0.2 a 7.0 dtex por fibra, y preferiblemente 0.4 a 5.0 dtex por fibr . Las fibras cortadas tienen (a) longitud sustancialmente uniforme, (b) longitud variable o aleatoria, o (c) subconjuntos de fibras cortadas tienen longitud sustancialmente uniforme y las fibras cortadas en los otros subconjuntos tienen longitudes diferentes, con las fibras cortadas en los subconjuntos mezcladas juntas formando una distribución sustancialmente uniforme. Las fibras cortadas apropiadas tienen un longitud de 1 a 30 centímetros. Las fibras cortadas hechas por procesos de corte corto resultan en una longitud de fibra de 1 a 6 centímetros . Las fibras cortadas pueden fabricarse por cualquier proceso. Las fibras cortadas pueden formarse rompiendo por estiramiento fibras continuas resultando en fibras cortadas con secciones deformadas que actúan como rizos. Las fibras cortadas pueden cortarse a partir de fibras rectas continuas resultando en fibra cortada recta (es decir, sin rizado) , o adicionalmente cortarse a partir de fibras continuas rizadas que tienen un rizo moldeado como diente de sierra a lo largo de la longitud de la fibra cortada, con una frecuencia de rizo (o pliegue repetido) no mayor de 8 rizos por centímetro.
Las fibras pueden estar presentes en forma no revestida, o revestida, o tratadas previamente de otra manera (por ejemplo, estiradas previamente, o tratadas con calor) . En el caso de que se use fibra de poliaramida, generalmente no es necesario revestir o tratar previamente de otra manera la fibra. Fibras cortadas rotas por estiramiento pueden hacerse rompiendo una estopa o manojo de hebras continuas durante la operación de ruptura por estiramiento teniendo una o más zonas de ruptura que tienen una distancia reglamentaria creando una masa variable aleatoria de fibras que tienen una longitud de corte promedio controlada por ajuste de la zona de ruptura. Tales hilos tienden a tener tenacidades en el rango de aproximadamente 4 a 15 gramos por denier (es decir, aproximadamente 3 a 13.5 gramos por dtex) dependiendo de la longitud de fibra promedio. Las fibras rotas por estiramiento no son rizadas porque el proceso imparte un grado de rizo en la fibra debido al retroceso y deformación compresiva subsecuente después de la ruptura. Las fibras cortadas de esta invención pueden convertirse en hilos usando procesos de hilado de anillo de materia prima largo y corto tradicional los cuales son bien conocidos en el arte. Para materia prima corta, se usan típicamente longitudes de fibra de hilado de sistema de algodón desde 1.9 hasta 5.7 cm (es decir, ¾ de pulgada hasta 2-¾ de pulgada) . Para materia prima larga, sistema de hilado de estambre o de lana, fibras de hasta 16.5 cm (es decir, 6~½ pulgadas) se usan típicamente. Sin embargo, esto no pretende ser limitante a hilado de anillo porgue los hilos pueden también pueden ser hilados usando hilados con chorro de aire, hilado con extremo abierto, y muchos otros tipos de hilados los cuales convierten fibra cortada en hilos utilizables. Las fibras cortadas craqueadas tienen típicamente longitudes de hasta 17.8 cm (es decir, 7 pulgadas) de largo y pueden fabricarse usando estopa craqueada tradicional para procesos de corte superior. Fibras cortadas que tienen longitudes máximas de hasta alrededor de 51 cm (es decir 20 pulgadas) son posibles a través de procesos como los descritos por ejemplo en la Publicación Internacional O 0077283. Hilos también se fabrican por fibras consolidadas en hilo de torsión usando enmarañamiento de hebra con chorros de aire que tienen una tenacidad en el rango de 3 a 7 gramos por decitex. Estos hilos pueden tener torcimiento secundario, esto es, pueden estar torcidos después de formación para impartir más tenacidad al hilo, en cuyo caso la tenacidad puede estar en el rango de 10 a 18 gramos por denier (es decir, 9 a 17 gramos por dtex) . Fibras cortadas craqueadas normalmente no requieren rizado porque el proceso imparte un grado de rizado en la fibra. El uso de hilos fabricados de fibras cortadas, en lugar de fibras continuas, proporciona numerosas ventajas. Cuando hilos de fibras cortadas se usan, uno puede diseñar especificaciones de artículo con más variedades de densidad lineal de hilos que las posibles con hilos de hebras múltiples continuos. Los fabricantes de hilos de hebra continuos solamente hacen un número limitado de densidades lineales de hilo. Cambiando el proceso de hilado para producir el hilo de una densidad lineal a una densidad lineal diferente causa pérdida en tiempo de producción y costos de trabajo. Para producir un hilo de densidad lineal no producido previamente, se requieren costos adicionales tales como para diseñar e instalar hileras y otros cambios de equipo del proceso que puede necesitarse. Sin embargo, hilos de fibras cortadas pueden fabricarse de varias fibras continuas. También, los hilos cortados con densidad lineal menor de 500 decitex son significativamente menos caros que los hilos de hebras múltiples continuos. Adicionalmente , la demanda de hilos de hebras múltiples continuos de ciertas densidades lineales puede ser mayor que la capacidad de fabricar tales hilos. Cuando este es el caso, hilos de hebras múltiples continuos de otras densidades lineales con capacidad de fabricación en exceso o inventario pueden usarse para producir los hilos cortados deseados como ahorros en costo sustanciales.
Adicionalmente, el uso de hilos fabricados de fibras cortadas permite que los hilos sean fabricados con una mezcla familiar o combinación de fibras de alto desempeño fabricadas de polímeros diferentes o copolímeros. Esto no es factible con el equipo de fabricación actual para fabricar hilos de hebras múltiples continuos. El uso de hilos cortados también incrementa la capacidad para configurar el artículo a los contornos de la figura del cuerpo del usuario. Fibra de Polímero Las fibras fabricadas de fibras de poliamida, fibras de poliolefino, fibras de polibenzoxazola, fibras de polibenzotiazola, poli { 2 , 6-diimidazo [4 , 5-b4 ' , 5 ' -e] piridinile- no-1, 4 (2 , 5-dihidroxi) fenileno} fibra (PIPD) , o mezclas de los mismos. Preferiblemente, las fibras están fabricadas de poliamida. Cuando el polímero es poliamida, se prefiere aramida. Por "aramida" se entiende poliamida en donde al menos 85% de enlaces de la amida (-CO- H-) se fijan directamente a dos anillos aromáticos. Fibras aramidas apropiadas se describen en Fibras Fabricadas por el Hombre - Ciencia y Tecnología, Volumen 2, Sección titulada Poliamidas Aromáticas que Forman Fibra, página 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968. Fibras aramidas, también, se describen en las Patentes Estadounidenses 4,172,938; 3,869,429; 3,819,587; 3,673,143;
3,354,127; ? 3,094,511. Los aditivos pueden usarse con aramida y se ha encontrado que hasta el 10 por ciento, por peso, de otro material polimérico puede mezclarse con aramida o que pueden usarse copolímeros que tengan tanto como el 10 por ciento de otra diamina sustituida por la diamina de la aramida o tanto como 10 por ciento de otro cloruro diácido sustituido por el cloruro diácido o la aramida. La aramida preferida es para-amida y poli (p-fenileno tereptalamida) (PPD-T) es la para-aramida preferida. Por PPD-T se entiende el homopolímero resultante de polimerización mol-por-mol de p-fenileno diamina y cloruro de tereptaloil y, también, copolímeros resultantes de la incorporación de pequeñas cantidades de otras diaminas con p-fenileno diamina y de pequeñas cantidades de otros cloruros diácidos pueden usarse en cantidades de hasta aproximadamente 10 mol por ciento de p-fenileno diamina o cloruro de tereptaloil, o quizá ligeramente mayor, proporcionando solamente que las otras diaminas y cloruros diácidos no tengan grupos reactivos los cuales interfieran con la reacción de polimerización. PPD-T, también, significa copolímeros que resultan de la incorporación de otras diaminas aromáticas y otros cloruros diácidos aromáticos tales como, por ejemplo, cloruro de 2,6-naftaloil o cloro- o cloruro de cicloroterptaloil o 3,4'-diaminodifeniléter.
Cuando el polímero es poliolefina, polietileno o polipropileno se prefieren. Por polietileno se entiende un material de polietileno predominantemente lineal de preferiblemente más de un millón de peso molecular que puede contener cantidades menores de cadena ramificada o comonómeros no excediendo 5 unidades modificadas por 100 átomos de carbono de cadena principal, y que pueden también contener mezclas en éste no más de aproximadamente 50 por ciento en peso de uno o más aditivos poliméricos tales como alcano-l-polímeros , en particular polietileno de baja densidad, propileno, y similares, o aditivos de bajo peso molecular tales como antioxidantes, lubricantes, agentes de protección ultra-violeta, colorantes y similares los cuales se incorporan comúnmente . Los cuales son comúnmente conocidos como polietileno de cadena extendida (ECPE) . Similarmente , el polipropileno es un material de polipropileno predominantemente lineal de preferiblemente más de un millón de peso molecular. Las fibras de poliolefina lineales de peso molecular alto están disponibles comercraímente . La preparación de fibras de poliolefina se discute en la Patente Estadounidense 4,457,985. Polibenzoxazola (PBO) y polibenzotiazola (PBZ) son apropiadas, tales como las descritas en WO 93/20400. Polibenzoxazola y polibenzotiazola se fabrican preferiblemente de unidades repetitivas de las siguientes estructuras :
Mientras que los grupos aromáticos mostrados unidos a los átomos de nitrógeno pueden ser heterociclicos , éstos son preferiblemente carbociclicos; y mientras éstos puede ser sistemas policiclicos fusionados o no fusionados, éstos son preferiblemente anillos de seis-miembros individuales. Mientras el grupo mostrado en la cadena principal de bis-azolas es el grupo preferido para-fenileno, ese grupo puede reemplazarse por cualquier grupo orgánico divalente el cual no interfiera con la preparación del polímero, o ningún grupo. Por ejemplo, ese grupo puede ser alifático hasta veinte átomos de carbono, tolileno, bifenileno, bis-fenilen éter, y similares. Polibenzoxazola y polibenzotiazola usados para fabricar las fibras de esta invención deberían tener al menos 25 y preferiblemente al menos 100 unidades repetitivas. La preparación de los polímeros e hilados de esos polímeros se describe en la Publicación Internacional mencionada anteriormente WO 93/20400. Artículos Los artículos de la presente invención se construyen preferiblemente completamente de tejido sin placas rígidas o plaquetas y sin impregnar resinas de matriz los materiales de tela. Como resultado, los artículos de esta invención son más flexibles y más ligeros en peso que construcciones resistentes a la penetración del arte previo ofreciendo protección comparable. El artículo 10 de la presente invención preferiblemente reúne al menos el Nivel 1, más preferiblemente el Nivel 2, y más preferiblemente el Nivel 3, los requerimientos de desempeño contra puntas se describe en NIJ Estándar-0115.00 titulada "Resistencia a Puñalada de Blindaje de Cuerpo Personal" con fecha Septiembre del 2000. De conformidad con la presente invención, son posibles numerosas especificaciones de artículo que reúnen este Estándar. Por ejemplo, cuando el tejido en las capas se fabrica de hilos cortados de 220 decitex en ambas direcciones de urdimbre y relleno, el número de fibras cortadas o unidad de longitud en las direcciones de urdimbre y relleno puede ser 60 a 90 y, dependiendo del número de fibras cortadas o unidad de longitud que se seleccionan en este rango, el número de capas puede ser de 3 a 50. Existen variaciones correspondientes para especificaciones del articulo cuando se usan hilos cortados de diferente densidad lineal. El Artículo 20, como se ilustra en la Figura 3, puede ser comprender opcionalmente una segunda pluralidad de capas 22 resistentes a proyectiles balísticos. En la Figura 3, el número 24 designa la tercer o más capas resistentes a proyectil balístico que opcionalmente pueden incluirse en el artículo. El artículo 20 de la presente invención reúne preferiblemente al menos el Tipo IIA, más preferiblemente el Tipo II, y más preferiblemente el Tipo IIIA, el requerimiento de desempeño balístico contra proyectiles como se describe en NIJ Estándar- 0101.04 titulado "Resistencia Balística de Blindaje de Cuerpo Personal" de fecha Septiembre del 2000.
Cualquier capa resistente a proyectil balístico conocida en el arte puede usarse en éste. Materiales o construcciones diferentes pueden usarse para capas resistentes a proyectil balístico. Capas resistentes a proyectil balístico apropiadas se describen en las Patentes Estadounidenses 6,119,575 y 6,195,798, y la Publicación Internacional WO 01/96111A1. El término "artículo" se usa en el presente documento para significar al menos dos capas flexibles resistentes a puntas como se describe en el presente documento. El artículo puede incluir al menos dos capas resistentes a proyectiles balísticos. El artículo puede incluir otras capas o materiales, tales como materiales a prueba de agua, materiales contra-trauma, y portadores o cubiertas o costura o adhesivo para mantener las capas juntas. El término "protección de vida" significa que los artículos resisten penetración contra ciertas fuerzas que amenzan la vida tales como puntas y preferiblemente proyectiles balísticos. Las puntas son objetos afilados o con punta, similar a picos para hielo. El término "proyectil" se usa en el presente documento para significar una bala u otro objeto o fragmento de la misma, tales como, disparados desde un arma . Los artículos para protección de vida protegen porciones del cuerpo que cuando se hieren severamente podrían causar la muerte. Tales porciones incluyen el torso, ingle, cuello, y cabeza. Como tal, artículos para protección de vida incluyen vestuario protector o blindaje de cuerpo que protege estas partes, tales como chalecos, chaquetas, etc. METODOS DE PRUEBA Los siguientes métodos de prueba se utilizaron en los siguientes ejemplos. Densidad Lineal. La densidad lineal del hilo o fibra se determinó pesando la longitud conocida del hilo o fibra con base en los procedimientos descritos en ASTM D1907-97 y D885-98. Decitex o "dtex" se define como el peso, en gramos, de 10,000 metros de hilo o fibra. Propiedades de Tensión. Las fibras a ser probadas se condicionaron y después la tensión se probó con base en los procedimientos descritos en ASTM D885-98. La tenacidad (tenacidad de ruptura) , estiramiento para ruptura, y módulo de elasticidad se determinaron rompiendo fibras de prueba en un examinador Instron. Densidad Superficial. La densidad superficial de la capa de tela se determinó por el método de prueba estándar de ASTM D 3776-96 para masa por unidad de área (peso) de la tela. La densidad superficial de la estructura compuesta se determinó por la suma de las densidades superficiales de las capas individuales . Frecuencia de Rizado. La medición de la frecuencia de rizado de la fibra cortada fabricada se determina por el método estándar . de ASTM D 3937-01 (1995) . Longitud de Corte. La medición de la longitud y distribución de longitud de fibras cortadas fabricadas se determinó por el método de prueba estándar de ASTM D 5103-01 (1995) . Resistencia a Puñalada con Punta. Pruebas de resistencia a punta de los paneles de capa múltiple se dirigieron de conformidad con NIJ Estándar -0115.00 "Resistencia a Puñalada de Blindaje de Cuerpo Personal" para clase de protección de punta, publicada en Septiembre del 2000. Desempeño Balístico. Pruebas balísticas de los paneles de capas múltiples se dirigieron de conformidad con NIJ Estándar - 0101.04 "Resistencia Balística de Blindaje de Cuerpo Personal", publicado en Septiembre del 2000. EJEMPLOS Esta invención ahora se ilustrará por los siguientes ejemplos específicos. PREPARACION DE HILOS Se preparó el siguiente - -tipo diferente de hilos fabricados de poli (p-fenileno tereptalamida) fibra disponible comercialmente de E. I. du Pont de Nemours and Company ("DuPont") bajo el nombre registrado KEVLAR®: Hilo #1: Hilo# 1 es hilo de hebra continua 220 dtex poli (p-fenileno tereptalamida) , disponible de DuPont bajo la marca registrada KEVLA °, con una tenacidad nominal de 24.5 gramos por dtex, un modulo nominal de 630 gramos por dtex, un estiramiento nominal para ruptura de 3.4%, y una densidad lineal nominal de 1.67 dtex por fibra. La energía de ruptura del hilo es 37.7 J/g la cual es mayor que 30 J/g. Hilo #2; El hilo #2 es 660 dtex (18/2s cuentas de algodón Inglés), 1.67 dtex por hebra (1.5 dpf) KEVLAR3 corto, hilo de torsión de sistema de anillo de algodón. La energía de ruptura del hilo es 11.5 J/g la cual es menor que 30 J/g, pero mayor de 8 J/g, y la tenacidad nominal es 7.8 gramos por dtex, y el estiramiento nominal para ruptura es 4.05%. Este hilo se produce usando -corte cuadrado de 4.8 cm, longitud uniforme de 1.67 dtex por hebra de fibras cortadas. Estas fibras cortadas se convierten en hilos usando tecnología de hilado de copo corto incorporando una variedad de equipo bien conocido para el comercio. El proceso de hilado de anillo de copo corto usado para fabricar el hilo para este ejemplo involucra (1) el proceso de cardado en donde las fibras cortadas se convierten en trocitos despedazados, (2) proceso de trazado de paso múltiple (triturador/intermediario/trazado terminador) en donde múltiples trozos despedazados se convierten en trozos trazados terminados, (3) el proceso de fibras para hilar en donde trozos trazados se procesan en fibras para hilar, (4) el proceso de hilado de anillo en donde fibras para hilar se tuercen en anillo en hilo de torsión, (5) el proceso de aclarado para quitar defectos no deseados del hilo de torsión de anillo, y (6) el proceso de devanado formando el paquete del hilo sobre el cono. HILO #3: El hilo #3 es 220 dtex (26.6/ls cuenta de algodón Inglés), 1.67 dtex por hebra (1.5 dpf) KEVLAR® hilo de torsión de anillo de ruptura de estiramiento. La energía de ruptura para el hilo es 9.2 J/g, la cual es significativamente menor de 30 J/g, pero mayor de 8 J/g, y la tenacidad nominal es 8.6 gramos por dtex, y el estiramiento nominal para ruptura es 2.44%. Este hilo se produce a partir de fibras cortadas de longitud variable 1.7 dtex por hebra, craqueadas con una longitud promedio típica entre 7 y 11 cm (desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 5 pulgadas) . Estas fibras cortadas se producen y convierten en hilos cortados hilados usando tecnología de hilado de estambre de corte largo "estopa hacia la superficie" que incorpora una variedad de equipo bien conocida para el comercio. El proceso usado para fabricar hilo para este ejemplo involucra (1) el proceso de ruptura por estiramiento en donde la estopa contiene una pluralidad de hilos de hebra continuas se estira y rompe en longitudes variables para fabricar "la parte superior", (2) proceso de delineado de alfiler de paso múltiple, también conocido como vaciado, (triturador/intermediario/trazado del terminador) en donde trocitos craqueados múltiples, o "parte superior" se convierten en trocitos trazados terminados, (3) el proceso de fibras para hilar en donde trocitos delineados se procesan en fibras para hilar, (4) el proceso de hilado de anillo en donde las fibras para hilar es anillo torcido en hilo de torsión, (5) el proceso de aclaración para extraer defectos no deseados desde el hilo de torsión de anillo, y (6) el proceso de devanado para empacar el hilo en conos. Hilo #4; El hilo #4 es 930 dtex poli (p-fenileno terptalamida) hilo de hebra continua, disponible de DuPont bajo la marca comercial KEVLAR®, con una tenacidad de 24.1 gramos por dtex, módulo nominal de 630 gramos por dtex, estiramiento nominal para ruptura de 3.4%, y densidad lineal nominal de 1.67 dtex por fibra. La energía de ruptura del hilo es 44.3 J/g, la cual es mayor de 30 J/g. PREPARACION DE CAPAS Los hilos anteriores se fabrican en capas de las siguientes telas para pruebas en varias densidades superficiales : Tela de ligamento tafetán de 220 dtex Hilo #1, se fabrica en 27.6 x 27.6 unidad de longitud por centímetro (70 x 70 unidad de longitud por pulgada) con un factor de estrechez de tela de 1.0 y se usa como control. Esta capa se identifica como .capa "A" . (2). Tela de ligamento tafetán de 660 dtex Hilo #2 se fabrica en 13.4 x 13.4 unidad de longitud por centímetro (34 x 34 unidad de longitud por pulgada) con un factor de estrechez de tela de 0.88. Esta capa se identifica como capa "B" . (3) Tela de ligamento tafetán de 220 dtex Hilo #3 se fabrica en 27.6 x 27.6 unidad de longitud por centímetro (70 x 70 unidad de longitud por pulgada) con un factor de estrechez de tela de 1.0. Esta capa se identifica como capa "C" . (4) Tela de ligamento tafetán de 930 dtex Hilo #4 se fabrica en 10.2 x 10.2 unidad de longitud por centímetro (26 x 26 unidad de longitud por pulgada) con un factor de estrechez de tela de 0.82. Esta capa se identifica como capa "D" . Invención Ejemplo 1 y Ejemplos Comparativos 2 , 3, y 4 En el Ejemplo 1 de la invención, las capas de tela "C" se fabricaron en muestras de varias estructuras compuestas de esta invención sobre las cuales conducir pruebas de puñaladas contra puntas. En los Ejemplos Comparativos 2, 3 y 4, las capas de tela de "A" , "B" y "D" se hicieron en estructuras compuestas sobre las cuales conducir la prueba de puñalada contra la punta. Las pruebas de puñalada contra la punta a ser ^conducidas se basaron en el protocolo de prueba para el Nivel 1 como se describió en NIJ Estándar 0115.00 titulada "Resistencia a Punta del Blindaje de Cuerpo Personal" con fecha Septiembre del 2000. El protocolo de prueba especifica un máximo permisible de penetración de no más de 7 mm cuando se probó a 24 Joules, y no más de 20 mm cuando se probó a 36 Joules, para reunir el requerimiento de desempeño. Nivel 1. Los resultados de pruebas de puñalada contra la punta se muestran en la Tabla 1. Tabla 1
Resultados de pruebas de puñalada sobre el articulo de esta invención contra la punta, mostró buena resistencia a la puñalada Nivel 1 de puñalada NIJ con una densidad superficial de 3.2 kg/m2, es decir, penetración menor de 7 mm cuando se probó a 24 joules y menor de 20 mm cuando se probó a 36 joules, a pesar de la energía para ruptura significativamente baja, es decir 9.2 J/g, del hilo. Mientras el Ejemplo Comparativo 2 también mostró buena resistencia a puñalada, la energía para ruptura para el hilo requerido fue muy alta, es decir, mayor de 30 joules por gramo, lo cual normalmente es muy costoso para fabricar. Los resultados del Ejemplo Comparativo 3 y Ejemplo Comparativo 4 mostraron muy pobre resistencia a puñalada contra la punta aún a densidad superficial muy alta de 7.0 kg/m2 y 12.8 kg/m2, respectivamente . Invención Ejemplo 5 Pruebas balísticas, y pruebas de puñalada contra la punta, sobre el ejemplo hecho desde 22 capas de "C" en la capa de impacto y 16 capas de "D" en la cara interior contra el cuerpo a ser conducido se basa en el protocolo de prueba balística nivel HA como se describió en NU Estándar 0101.04 titulado "Resistencia Balística de Blindaje de Cuerpo Personal" con fecha Septiembre 2000 y puñalada Nivel 1 contra la punta como se describió en NIJ Estándar 0115.00 titulado "Resistencia a Puñalada del Blindaje de Cuerpo Personal" con fecha Septiembre del 2000. Los resultados de estas pruebas se muestran en la Tabla 2 a continuación Tabla 2
Ejemplo Densidad SuperfiProfundidad NU Nivel HA Deformación Número cial de Penetración (mm) de la Cara Posterior(mm) V50 (m/seg) (kg/m2) @24J @36J 9mm 357mag 9mm 357mag
Ej. Inv. 5.9 0(<7) 13(<20) 35(<44) 41( 44) 455 409 5 La prueba de resistencia a puñalada sobre las capas combinadas de este ejemplo de la invención contra la punta mostró muy buena resistencia a la puñalada contra NIJ Nivel 1 de puñalada, es decir, penetración < 7 mm cuando se probó a 24 Joules y < 20 mm cuando se probó a 36 Joules. Las pruebas de balística V50s y deformación de la cara posterior se dirigieron sobre las capas combinadas . El artículo de prueba de esta invención de capas combinadas exhibió buena balística V50 de 455 m/seg contra bala de 9mm y 409 m/seg contra bala 40 S&W con deformación de la cara posterior menor de 44 mm contra ambas balas 9mm y 40 S&W para reunir el Nivel balístico IIA de NIJ. Se hace constar que con relación á esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.