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BRPI0612264A2 - conjunto de proteção contra traumatismo e uso do conjunto de proteção contra traumatismo - Google Patents

conjunto de proteção contra traumatismo e uso do conjunto de proteção contra traumatismo Download PDF

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BRPI0612264A2
BRPI0612264A2 BRPI0612264-7A BRPI0612264A BRPI0612264A2 BR PI0612264 A2 BRPI0612264 A2 BR PI0612264A2 BR PI0612264 A BRPI0612264 A BR PI0612264A BR PI0612264 A2 BRPI0612264 A2 BR PI0612264A2
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BR
Brazil
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protection assembly
self
thermoplastic material
assembly according
trauma
Prior art date
Application number
BRPI0612264-7A
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English (en)
Inventor
Christian Boettger
Achim Fels
Eckhard Wanscheer
Original Assignee
Teijin Aramid Gmbh
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Teijin Aramid Gmbh filed Critical Teijin Aramid Gmbh
Publication of BRPI0612264A2 publication Critical patent/BRPI0612264A2/pt
Publication of BRPI0612264B1 publication Critical patent/BRPI0612264B1/pt

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Abstract

CONJUNTO DE PROTEçãO CONTRA TRAUMATISMO E USO DO CONJUNTO DE PROTEçãO CONTRA TRAUMATISMO. A invenção diz respeito a um conjunto de proteção contra traumatismo compreendendo pelo menos um painel de material plástico e pelo menos uma camada de pano têxtil afixada no painel e feita de fios com fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 PMa, em que o material plástico do painel é material termoplástico auto-reforçado feito de filamentos, fibras, fitas ou tiras de um polímero de poliolefina, e em que pelo menos uma camada de pano têxtil é ligada em toda sua superficie no material termoplásti co auto-reforçado.

Description

"CONJUNTO DE PROTEÇÃO CONTRA TRAUMATISMO E USO DO CONJUNTO DE PROTEÇÃO CONTRA TRAUMATISMO"
DESCRIÇÃO
A invenção diz respeito a um conjunto de proteção contra traumatismo que compreende pelo menos um painel de um material plástico e pelo menos uma camada de pano têxtil afixada no painel e feita de fios com fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa.
FB-A-2 234 156 revela um conjunto de proteção para redução de trauma para uso em colete à prova de bala flexível que usa um painel de material plástico. Uma camada de um pano balístico é afixada em pelo menos um lado do painel plástico. O pano pode ser afixado no painel plástico por ligação por pontos, ou, preferivelmente, por costura em um padrão espiral. O painel de plástico consiste preferivelmente em polipropileno. O painel de polipropileno com pano balístico costurado é usado em roupa protetora flexível em combinação com uma pluralidade de camadas de panos balísticos, o painel sendo posicionado por trás das camadas de pano, isto é, voltadas par o corpo do usuário. Se o painel de polipropileno for provido com uma camada de pano balístico em um lado apenas, a camada de pano deve ficar voltada para o corpo do usuário. A espessura do painel de polipropileno tem preferivelmente 1,5 mm e o pano é preferivelmente de fio de aramida com uma passa por unidade de área de 300 g/m .
No impacto com roupa protetora contendo um conjunto de proteção compreendendo uma pluralidade de camadas de pano balístico, uma bala não penetra no conjunto de proteção de pano, mas deforma-o massivamente, resultando em lesões por trauma no usuário da roupa protetora. Diz-se que o painel de material plástico com a camada de pano balístico afixada revelada em GB-A-2 234 156 reduz este efeito de trauma.
O objetivo da presente invenção é portanto prover um conjunto de proteção contra traumatismo do tipo inicialmente descrito que permite redução adicional do efeito do trauma.
Este objetivo é alcançado por um conjunto de proteção contra traumatismo compreendendo pelo menos um painel de um material plástico e pelo menos uma camada de pano têxtil afixada no painel e consistindo em fios com fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa, em que o material plástico do painel é material termoplástico auto-reforçado que consiste em uma pluralidade de camadas de pano feitas de filamentos, fibras, fitas ou tiras de um polímero de poliolefina, estas estando em contato imediato umas com as outras e ligadas umas nas outras a elevadas temperaturas por fusão parcial do polímero e subseqüente compressão, e em que pelo menos uma camada de pano têxtil é ligada em toda sua superfície no material termoplástico auto-reforçado.
Um material plástico auto-reforçado desse tipo é também denominado material termoplástico auto-reforçado compactado a quente. E particularmente vantajoso que o polímero de poliolefina seja um polímero de poliolefina orientado no qual, por exemplo, os filamentos, fibras, fitas ou tiras estão presentes na forma estirada.
O polímero de poliolefina é escolhido do grupo que compreende homopolímero de polipropileno, um copolímero contendo basicamente polipropileno; ou um homopolímero de polietileno, um copolímero contendo basicamente polietileno; ou misturas destes.
O pano têxtil é ligado em toda sua superfície no material termoplástico auto-reforçado, preferivelmente por laminação, por meio do que o pano têxtil pode também ser laminado no material termoplástico auto- reforçado por meio de um filme termoplástico. E particularmente vantajoso que a laminação do pano têxtil no material termoplástico auto-reforçado seja integrada no processo de fabricação para o material termoplástico auto- reforçado, atingindo assim produção eficiente do conjunto de proteção contra traumatismo em uma única etapa de processo. Além disso, o pano têxtil que é ligado em toda sua superfície no material termoplástico auto-reforçado pode ser provido com um painel adicional de um material termoplástico auto- reforçado. Por exemplo, uma camada de um pano têxtil pode ser posicionada entre as camadas do material termoplástico antes da laminação e ser ligado em toda sua superfície em ambos os lados no material plástico em uma única operação.
As fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa, determinada da maneira especificada na ASTM D-885, são preferivelmente fibras feitas de aramida, polietileno de peso molecular ultra alto, polipropileno de peso molecular ultra alto, álcool polivinílico, poliacrilonitrila, polibenzoxazol, polibenzotiazol ou fibras de vidro, as fibras preferidas sendo fibras de aramida, particularmente aquelas feitas de poli(p- fenileno tereftalamida), como, por exemplo, vendidas com o nome comercial TWARON® pela empresa Teijin Twaron GmbH. Os fios dessas fibras são processados em panos têxteis, esses sendo preferivelmente na forma de panos tecidos para a presente invenção.
O material termoplástico auto-reforçado preferivelmente tem um alongamento diagonal de 5 a 15 %, mais preferivelmente de 8 a 11 %.
Além disso, o conjunto de proteção contra traumatismo pode ser inserido ou colocado por trás de um conjunto de proteção compreendendo uma pluralidade de camadas feita de fios com fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa.
O conjunto de proteção contra traumatismo da invenção pode ser usado para produzir itens de proteção do corpo, tais como tornozeleiras, e é particularmente adequado para uso em roupas à prova de bala.
Um material termoplástico auto-reforçado feito de fibras termoplásticas orientadas encontra-se disponível com o nome comercial Curv® da Propex Fabrics GmbH. Entretanto, mostrou-se que este produto comercialmente disponível é ainda inadequado aos propósitos da presente invenção.
A invenção será agora descrita com detalhes com a ajuda de exemplos.
O efeito de trauma foi investigado nos exemplos seguintes, em que conjuntos de proteção contra traumatismo da tecnologia anterior e os da presente invenção foram colocados por trás de um conjunto de proteção de 24 camadas da TWARON® CT 709 (930 dtex f1000, trama plana, 10.5 por cm em urdidura e trama, massa por unidade de área 200 g/m ). Nesses casos nos exemplos em que um pano têxtil feito de fios de fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa foi ligado no material plástico, o conjunto de proteção contra traumatismo foi colocado por trás do conjunto de proteção de 24 camadas de TWARON® CT 709 de uma maneira tal que o pano têxtil ficasse voltado para o corpo do usuário, isto é, para fora da direção de impacto. No exemplo 2, uma camada de TWARON® T 751 (3360 dtex f2000, malha plana, 4,5 per cm em urdidura e trama, massa por unidade de área 300 g/m2) foi usado como o pano têxtil ligado no material plástico. Nos exemplos 3, 5, 6, 7 e 9, o pano usado foi o TWARON® CT 707 supramencionado (930 dtex f1000, malha plana, 8,5 por cm em urdidura e trama, massa por unidade de área 160 g/m ).
Exemplo 1 (exemplo comparativo)
Neste exemplo, 24 camadas de TWARON® CT 709 sem nenhum conjunto de proteção contra traumatismo adicional foram testadas no teste balístico descrito a seguir.
Exemplo 2 (exemplo comparativo)
Um conjunto de proteção contra traumatismo consistindo em um painel de polipropileno de 1,5 mm de espessura com Pano TWARON® T 751 costurado em um padrão espiral em um lado foi colocado por trás do conjunto de proteção de 24 camadas de TWARON® CT 709 de acordo com a modalidade preferida do GB-A-2 234 156. O conjunto de proteção contra traumatismo foi posicionado de uma maneira tal que a camada de pano costurada ficasse voltada para fora da direção de impacto. Exemplo 3 (exemplo comparativo")
Ao contrário do exemplo 2, o conjunto de proteção contra traumatismo consistiu em dois painéis de polipropileno, cada qual com espessura 0,75 mm, uma única camada de pano de TWARON® CT 707 sendo costurada em um padrão espiral em cada painel. Exemplo 4 (exemplo comparativo)
O conjunto de proteção contra traumatismo consistiu em dois painéis de plástico do material termoplástico auto-reforçado comercialmente disponível com o nome comercial Curv®, consistindo em camadas de pano de fitas de polipropileno compactadas. Cada painel de plástico teve uma espessura de 0,6 mm.
Exemplo 5
Este exemplo usou dois painéis de plástico feitos de camadas de pano compactadas de fitas de polipropileno orientado, uma camada de TWARON® CT 707 sendo laminada sobre cada painel. A espessura de um painel do material plástico auto-reforçado com pano laminado teve 0,85 mm. Entretanto, em vez de usar o material comercialmente disponível com o nome comercial Curv® que foi usado no exemplo 4, o processo de produção para o material auto-reforçado de camadas de um pano de fitas de polipropilenos estiradas (pano Propex 97 9 393 100) foram usadas para produzir o conjunto de proteção contra traumatismo da invenção. A laminação de uma camada de pano de TWARON® CT 707 em cada painel foi integrada no processo de produção. Quatro camadas de um pano de fitas de polipropileno estiradas (pano Propex 97 9 393 100) foram usadas para produzir o conjunto de proteção contra traumatismo da invenção. As fibras para este pano foram produzidas dividindo um filme de polipropileno. As tiras foram então estiradas e tecidas em uma sarja. As camadas de pano, um filme de polipropileno de 50 μηι de espessura, e uma camada de pano TWARON® CT 707 foram então simultaneamente compactadas em uma prensa estática (POLYSTAT 400S da empresa Schwabenthan) que foram pré-aquecidas a 180 °C. A pressão de compactação foi 18,8 bar. As camadas sobrepostas foram mantidas nesta pressão e temperatura por 25 minutos. Isto foi seguido por resfriamento por 15 minutos até uma temperatura de aproximadamente 40 °C, mantendo ao mesmo tempo a pressão. O material compactado foi então removido da prensa e resfriado ao ar até a temperatura ambiente sem aplicação de pressão.
O conjunto de proteção contra traumatismo foi posicionado por trás das 24 camadas balísticas de uma maneira tal que as camadas de pano laminadas ficassem voltadas para fora da direção de impacto.
Exemplo 6
Um outro conjunto de proteção contra traumatismo da invenção feito de dois painéis de plástico auto-reforçados, cada qual com 0,85 mm de espessura, feitos de camadas de pano compactadas de tiras de polipropileno orientado, com uma camada de TWARON® CT 707 sendo laminada sobre cada painel, foi testado. Este foi produzido da maneira descrita no exemplo 5.
Exemplo 7
Um conjunto de proteção contra traumatismo do exemplo 6 foi colocado por trás de 19 camadas balísticas de pano TWARON® CT 709 de maneira tal que as camadas de pano laminadas em um lado de cada um dos dois painéis de material plástico auto-reforçado ficassem voltadas para a direção de impacto. Cinco camadas adicionais do pano balístico foram colocadas por trás do conjunto de proteção contra traumatismo.
Exemplo 8 (exemplo comparativo)
De um conjunto de proteção contra traumatismo do exemplo 6 consistindo em dois painéis de polipropileno auto-reforçado em cada um dos quais foi laminada uma camada de TWARON® CT 707, as camadas de pano previamente laminadas foram removidas.
Exemplo 9 (exemplo comparativo)
Neste exemplo, uma camada de pano TWARON® CT 707 foi novamente costurada em um padrão espiral em cada um dos dois painéis dos quais as camadas de pano laminadas foram removidas, como no exemplo 8. O conjunto de proteção contra traumatismo foi colocado por trás de 24 camadas balísticas de uma maneira tal que as camadas de pano costuradas ficassem voltadas para fora da direção de impacto.
A tabela 1 compara as propriedades mecânicas, medidas de acordo com a DIN EN ISO 527-3, de resistência ao rasgamento longitudinal de transversal, alongamento longitudinal e transversal, módulo de tração longitudinal e transversal, e o alongamento diagonal para o produto comercialmente disponível Curv® (exemplo 4) e o material termoplástico auto-reforçado usado de acordo com a invenção nos exemplos 5 e 6, depois de a camada de pano TWARON® previamente laminada ter sido removida. Para determinar o alongamento diagonal, o corpo de prova foi cortado de uma maneira tal que as tiras de polipropileno no corpo de prova ficassem em um ângulo de 45 0 com a direção da carga aplicada para o teste. O alongamento diagonal indicado na tabela 1 representa a média de 6 medições individuais. Cada uma das outras propriedades mecânicas mostradas é a média de 5 medições individuais. O desvio padrão está dado em cada caso.
Tabela 1
<table>table see original document page 8</column></row><table>
Esses dados mostram que o produto comercial Curv® tem alongamento diagonal significativamente maior que o material termoplástico auto-reforçado usado na invenção. O material usado na invenção é também distinto pela maior resistência ao rasgamento e alongamento, mas menor módulo de tração, comparado com o produto comercial.
Em um teste adicional, a resistência ao impacto dos materiais foi investigada, com medição da energia absorvida pelo corpo de prova e a deformação resultante. O teste foi realizado seguindo a ASTM D 5628. Para realização do teste, cinco corpos de prova circulares de área 1 dm2 foram retirados de diferentes partes da amostra de teste. O teste foi realizado no equipamento de teste Dynatyp 9250 G calibrado para testes de impacto instrumentado da empresa Instrom. Um hemisfério de 19,5 mm de diâmetro foi usado como o impactador. O peso total usado foi de 24,3 kg. O peso de queda foi liberado de uma altura de 0,23 m por meio de um tubo guia no corpo de prova, que foi preso em um suporte pneumático. O suporte teve uma abertura de 40 mm, pela qual o hemisfério pôde colidir no corpo de prova.
Esses ajustes resultaram em uma energia de impacto máxima de 55 joules e uma velocidade de 2,13 m/s no contato inicial do impactador com o corpo de prova depois da ativação do mecanismo de disparo. A força e energia necessárias para penetrar no corpo de prova, o momento decorrido antes da falha do corpo de prova e a deformação na falha foram determinados no teste.
Uma única camada do material termoplástico auto-reforçado foi usada em cada uma das amostras. Para os corpos de prova nos exemplos 5 e 6, em que a camada de pano laminada não foi removida, como no exemplo 8, uma energia de impacto máxima de 104 joules foi usada. Uma única camada do material termoplástico auto-reforçado com camada de pano laminada foi testada, o hemisfério colidindo no material termoplástico auto-reforçado. Os valores mostrados na tabela 2 representa as médias de 5 medições individuais.
Tabela 2
<table>table see original document page 9</column></row><table> Esta tabela mostra que a resistência ao impacto do material termoplástico auto-reforçado usado de acordo com a invenção é, mesmo sem uma camada de pano laminada, significativamente maior que a do produto comercialmente disponível.
A deformação causada por uma bala no lado oposto à direção de impacto é conhecida como uma medida de trauma. O conjunto de proteção de camadas de pano balístico, com o conjunto de proteção contra traumatismo colocado por trás ou entre esses, da maneira aplicável, foi colocado em uma camada de plasticine Weible e submetido ao teste balístico. Nos exemplos seguintes, a bala usada foi um Magnum 0.357 JSP com uma velocidade de bala de aproximadamente 440 m/s, cada conjunto de proteção recebendo oito disparos. Quatros dos disparos foram direcionados para a área externa do conjunto de proteção, e os outros quatro para a área interna. Para cada disparo, a profundidade de penetração registrada no plasticine foi medida, e, a partir dessas, a média das quatro profundidades de penetração na região externa e a média das quatro profundidades na região interna foram determinadas.
A tabela 3 mostra os valores médios das profundidades de penetração nas regiões externa e interna depois do teste balístico para conjuntos de proteção contra traumatismo dos exemplos anteriores, juntamente com a massa aproximada por unidade de área dos conjuntos de proteção. Os exemplos comparativos estão marcados com um asterisco na tabela.
Tabela 3
<table>table see original document page 10</column></row><table> Os dados na tabela 3 mostram que o conjunto de proteção contra traumatismo da tecnologia anterior (exemplos 2 e 3), comparados com um conjunto de proteção consistindo somente de camadas de pano balístico (exemplo 1), reduz o trauma somente na região interna, enquanto que, para bombardeio na região externa, praticamente não há melhoria. Mesmo duas camadas de material termoplástico auto-reforçado comercialmente disponível (exemplo 4) realizam uma redução do trauma somente na região interna. Ao contrário, o material termoplástico usado de acordo com a invenção depois da remoção da camada de pano inicialmente laminada (exemplo 8) já mostra significativa redução do trauma. Esta é ligeiramente melhorada pela costura de uma camada de pano em um padrão espiral, como na tecnologia anterior (exemplo 9). Entretanto, os conjuntos de proteção contra traumatismo da invenção dos exemplos 5, 6 e 7 mostram os menores valores de trauma tanto na região interna como externa.

Claims (13)

1. Conjunto de proteção contra traumatismo compreendendo pelo menos um painel de um material plástico e pelo menos uma camada de pano têxtil afixada no painel e feita de fios com fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa5 caracterizado pelo fato de que o material plástico do painel é material termoplástico auto-reforçado que consiste em uma pluralidade de camadas de pano feitas de filamentos, fibras, fitas ou tiras de um polímero de poliolefina, estas estando em contato imediato umas com as outras e ligadas umas nas outras a elevadas temperaturas por fusão parcial do polímero e subseqüente compressão, e em que pelo menos uma camada de pano têxtil é ligada em toda sua superfície no material termoplástico auto- reforçado.
2. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero de poliolefina é um polímero de poliolefina orientado.
3. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o polímero de poliolefina é escolhido do grupo que compreende homopolímero de polipropileno, um copolímero contendo basicamente polipropileno; homopolímero de polietileno, um copolímero contendo basicamente polietileno; ou misturas destes.
4. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com qualquer uma ou mais das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pano têxtil é ligado em toda sua superfície no material termoplástico auto- reforçado por laminação.
5. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pano têxtil é laminado no material termoplástico auto-reforçado por meio de um filme termoplástico.
6. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a laminação do pano têxtil no material termoplástico auto-reforçado é integrado no processo de produção para o material termoplástico auto-reforçado.
7. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o pano têxtil ligado em toda sua superfície no material termoplástico auto-reforçado é provido com um painel adicional de um material termoplástico auto- reforçado.
8. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que as fibras com uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa consistem em aramida, polietileno de peso molecular ultra alto, polipropileno de peso molecular ultra alto, álcool polivinílico, poliacrilonitrila, polibenzoxazol, polibenzotiazol ou fibras de vidro.
9. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material termoplástico auto-reforçado tem um alongamento diagonal de 5 a 15 %, preferivelmente 8 a 11 %.
10. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é inserido em um conjunto de proteção compreendendo uma pluralidade de camadas feitas de fios com fibras que têm uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa.
11. Conjunto de proteção contra traumatismo de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que é colocado por trás de um conjunto de proteção compreendendo uma pluralidade de camadas feitas de fios com fibras que têm uma resistência à tração de pelo menos 900 MPa.
12. Uso do conjunto de proteção contra traumatismo como definido em uma ou mais das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que é para a produção de itens da proteção do corpo.
13. Uso do conjunto de proteção contra traumatismo como definido em uma ou mais das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que é para a produção de roupas à prova de bala.
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