Estructuras textiles balísticas de material compuesto.

Un textil de material compuesto multicapa, flexible, cuyo textil de material compuesto comprende:

(a) un primer textil que comprende fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente en una primera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras fibras de gran tenacidad, comprendiendo dicho primer textil superficies primera y segunda; en el que la primera matriz de resina está formada de un material termoplástico; y

(b) un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, opcionalmente en una segunda matriz de resina, comprendiendo dicho segundo textil fibras de gran tenacidad, teniendo dicho segundo textil superficies primera y segunda, estando dicha primera superficie de dicho segundo textil unida a dicha segunda superficie de dicho primer textil, para formar por tanto dicho textil de material compuesto; en el que dichos textiles primero y segundo están unidos al menos por la resina de dicha primera matriz de resina.

Estructuras textiles balísticas de material compuesto.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Campo del invento Este invento se refiere a materiales compuestos que son útiles en balística y en otras aplicaciones, y a métodos para su fabricación.

Descripción de la técnica relacionada Los productos resistentes desde el punto de vista balístico son conocidos en la técnica. Pueden ser de tipo flexible o de tipo rígido. Muchos de estos productos se basan en fibras de gran tenacidad y se utilizan en aplicaciones tales como armaduras, como por ejemplo prendas antibalas.

Un tipo popular de producto resistente desde el punto de vista balístico, está fabricado de fibras de gran tenacidad orientadas unidireccionalmente, tales como fibras de polietileno o fibras de aramida de gran tenacidad. Tales productos poseen propiedades de resistencia deseables desde el punto de vista balístico, pero requieren procedimientos de fabricación complicados. En consecuencia, su fabricación es usualmente más cara que la de otros tipos de materiales compuestos resistentes desde el punto de vista balístico.

Sería deseable proporcionar un producto resistente desde el punto de vista balístico que incluya fibras orientadas unidireccionalmente pero que pudiera producirse de forma más económica, así como un procedimiento para la fabricación de dicho producto.

SUMARIO DEL INVENTO

De acuerdo con este invento, se proporciona un textil de material compuesto multicapa, flexible, cuyo textil de material compuesto comprende:

(a) un primer textil que comprende fibras no tejidas, orientadas unidireccionalmente, en una primera matriz de resina termoplástica, cuyas fibras comprenden fibras de gran tenacidad, comprendiendo el primer textil superficies primera y segunda; y

(b) un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, opcionalmente en una segunda matriz de resina, comprendiendo el segundo textil fibras de gran tenacidad, teniendo el segundo textil superficies primera y segunda, estando la primera superficie del segundo textil unida a la segunda superficie del primer textil para formar, así, el textil de material compuesto,

en el que dichos textiles primero y segundo se unen mediante, al menos, la resina de dicha primera matriz de resina.

Además, de acuerdo con este invento, se proporciona una mejora en un método de formar una estructura textil de material compuesto, flexible, con fibras de gran tenacidad, cuya mejora comprende:

(a) formar un primer textil que comprende fibras no tejidas, orientadas unidireccionalmente, cuyas fibras comprenden fibras de gran tenacidad;

(b) soportar el primer textil con un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, comprendiendo el segundo textil fibras de gran tenacidad;

(c) aplicar como recubrimiento una primera resina termoplástica de matriz sobre el primer textil, antes, después o mientras el primer textil está soportado por el segundo textil, de tal modo que la resina de la matriz se extienda desde el primer textil y penetre, al menos, en el segundo textil; y

(d) consolidar el primer textil y el segundo textil como un textil de material compuesto de tal modo que el primer textil y el segundo textil se unan entre sí por medio de la resina de la matriz, por lo que el segundo textil se convierte en parte integrante del textil de material compuesto.

Además, de acuerdo con este invento, se proporciona un método de formar una estructura textil flexible, de material compuesto, cuyo método comprende:

(a) suministrar un primer textil que comprende fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente en una primera matriz de resina termoplástica, cuyas fibras comprenden fibras de gran tenacidad, comprendiendo el primer textil superficies primera y segunda;

(b) suministrar un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, opcionalmente en una segunda matriz de resina, comprendiendo el segundo textil fibras de gran tenacidad, teniendo el segundo textil superficies primera y segunda; y

(c) unir la primera superficie del segundo textil a la segunda superficie del primer textil, al menos mediante dicha primera matriz de resina, para formar por tanto el textil de material compuesto.

Además de las dos capas textiles, pueden estar presentes otras capas textiles o no textiles. Por ejemplo, puede tratarse de una estructura de tres capas en la que ambas capas exteriores sean capas de fibras orientadas unidireccionalmente o las capas exteriores sean las capas de fibras orientadas multidireccionalmente. Además, pueden preverse estructuras de cuatro capas en las que las capas exteriores sean, ambas, las capas de fibras orientadas unidireccionalmente y las capas interiores sean, ambas, las capas de fibras orientadas multidireccionalmente. Si el segundo textil comprende una segunda resina de matriz ésta será, de preferencia, químicamente, la misma que la primera resina de matriz por motivos de facilidad de fabricación y de uniformidad.

El presente invento proporciona un material compuesto multicapa poseedor de excelentes propiedades balísticas. Además, este material puede fabricarse utilizando como estructura de soporte para las fibras orientadas unidireccionalmente, una o más capas textiles con orientación multidireccional, tales como un textil tejido. Este último textil se convierte en parte integrante del material compuesto y, por tanto, permite reducir los costes de fabricación, ya que tiene menos desperdicio. Además, la calidad del material se mejora al hacer que la capa de soporte sea parte integrante del material compuesto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

El presente invento comprende un textil de material compuesto multicapa que se forma a partir de, al menos, una primera capa textil y una segunda capa textil. Las fibras de ambas capas textiles, primera y segunda, comprenden fibras de gran tenacidad y las capas se unen entre sí.

Para los fines del presente invento, una fibra es un cuerpo alargado cuya dimensión de longitud es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y grosor. En consecuencia, el término "fibra" incluye fibras monofilamento, multifilamento, en forma de cinta, de tira, fibras cortas y otras formas de fibras troceadas, cortadas o discontinuas y similares, con secciones transversales regulares o irregulares. El término "fibra" incluye una pluralidad de cualquiera de las anteriores o una combinación de las mismas. Un hilo es una hebra continua constituida por muchas fibras o filamentos, Las fibras pueden adoptar, también, la forma de cinta o película dividida.

Las secciones transversales de las fibras útiles en el presente invento pueden variar ampliamente. Pueden ser de sección transversal circular, plana u oblonga. También pueden tener una sección transversal irregular o regular, multilobulada, con uno o más lóbulos regulares o irregulares sobresalientes desde el eje geométrico lineal o longitudinal de las fibras. Se prefiere que las fibras tengan una sección transversal sustancialmente circular, plana u oblonga, del modo más preferido, circular.

Tal como se utiliza en esta memoria, la expresión "fibras de gran tenacidad" quiere dar a entender fibras cuya tenacidad sea igual o mayor que unos 7 g/d. Preferiblemente, estas fibras poseen un módulo de tracción inicial de, al menos, unos 150 g/d y energías de rotura de, al menos, 8 J/g medidas según ASTM D2256. Tal como se utilizan en este documento, las expresiones "módulo de tracción inicial", "módulo de tracción" y "módulo" significan el módulo de elasticidad medido según ASTM 2256 para un hilo y según ASTM D638 para un material elastómero o de matriz.

Preferiblemente, las fibras de gran tenacidad tienen valores de tenacidad iguales o mayores que unos 10 g/d, más preferiblemente, iguales o mayores que unos 16 g/d, aún más preferiblemente iguales o mayores que unos 22 g/d y, del modo más preferible, iguales o mayores que unos 28 g/d.

Las fibras de gran resistencia útiles en los hilos y los textiles del invento incluyen fibras de poliolefina de elevado peso molecular, fuertemente orientadas, en particular fibras de polietileno de alto módulo (o de gran tenacidad) y fibras de polipropileno, fibras de aramida, fibras de polibenzazol tal como polibenzoxazol (PBO) y polibenzotiazol (PBT) , fibras de poli (alcohol de vinilo) , fibras de poliacrilonitrilo, fibras de copoliéster de cristal líquido, fibras de poliamida, fibras de poliéster, fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carbono, fibras de basalto u otras fibras minerales,... [Seguir leyendo]

1. Un textil de material compuesto multicapa, flexible, cuyo textil de material compuesto comprende:

(a) un primer textil que comprende fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente en una primera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras fibras de gran tenacidad, comprendiendo dicho primer textil superficies primera y segunda; en el que la primera matriz de resina está formada de un material termoplástico; y

(b) un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, opcionalmente en una segunda matriz de resina, comprendiendo dicho segundo textil fibras de gran tenacidad, teniendo dicho segundo textil superficies primera y segunda, estando dicha primera superficie de dicho segundo textil unida a dicha segunda superficie de dicho primer textil, para formar por tanto dicho textil de material compuesto;

en el que dichos textiles primero y segundo están unidos al menos por la resina de dicha primera matriz de resina.

2. El textil de material compuesto de la reivindicación 1, en el que dicho segundo textil comprende un textil seleccionado del grupo que consiste en textiles textiles, textiles tricotados, textiles trenzados, textiles afieltrados y textiles de papel.

3. El textil de material compuesto de la reivindicación 1, en el que dichas fibras de gran tenacidad de dicho primer textil y de dicho segundo textil comprenden fibras de aramida y/o fibras de polietileno de gran tenacidad.

4. El textil de material compuesto de la reivindicación 1, en el que dicho segundo textil adopta la forma de un textil tejido.

5. El textil de material compuesto de la reivindicación 1, que comprende además al menos una película de plástico unida a, por lo menos, uno de dichos textiles primero y segundo.

6. Un artículo balístico que comprende el textil de material compuesto multicapa de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Un método de formar una estructura textil de material compuesto, flexible, de fibras de gran tenacidad, que comprende:

(a) formar un primer textil que comprende fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente, comprendiendo dichas fibras fibras de gran tenacidad;

(b) soportar dicho primer textil con un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, comprendiendo dicho segundo textil fibras de gran tenacidad;

(c) aplicar como recubrimiento una primera resina de matriz, que está formada de un material termoplástico, sobre dicho primer textil antes de que dicho primer textil sea soportado por dicho segundo textil o mientras está soportado por él, de tal modo que dicha matriz de resina se extienda desde dicho primer textil y penetre, al menos, en dicho segundo textil, y

(d) consolidar dicho primer textil y dicho segundo textil en forma de textil de material compuesto tal que dicho primer textil y dicho segundo textil se unan entre sí mediante dicha matriz de resina, por lo que dicho segundo textil se convierte en parte integrante de dicho textil de material compuesto.

8. El método de la reivindicación 7, en el que dicho segundo textil comprende un textil tejido.

9. Un método de formar una estructura textil de material compuesto, flexible, cuyo método comprende:

(a) suministrar un primer textil que comprende fibras no tejidas orientadas unidireccionalmente en una primera matriz de resina, comprendiendo dichas fibras fibras de gran tenacidad, comprendiendo dicho primer textil una primera y una segunda superficies; y estando formada dicha primera matriz de resina de un material termoplástico;

(b) suministrar un segundo textil que comprende fibras orientadas multidireccionalmente, opcionalmente, en una segunda matriz de resina, comprendiendo dicho segundo textil fibras de gran tenacidad, teniendo dicho segundo textil superficies primera y segunda; y

(c) unir dicha primera superficie de dicho segundo textil a dicha segunda superficie de dicho primer textil, al menos mediante dicha primera matriz de resina, para formar por tanto dicho textil de material compuesto.