Material compuesto para armadura corporal blanda, ligera y de alta durabilidad utilizando tratamientos tópicos basados en silicona.

Un material compuesto resistente a la abrasión que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene unrevestimiento multicapa sobre el mismo,

caracterizado por que dicho sustrato fibroso comprende una o más fibrasque tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150g/denier o más; comprendiendo dicho revestimiento multicapa una capa de un material que no contiene siliciosobre una superficie de dicha una o más fibras, y una capa tópica de un material con contenido en silicio sobre lacapa de material que no contiene silicio.

Material compuesto para armadura corporal blanda, ligera y de alta durabilidad utilizando tratamientos tópicos basados en silicona

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a artículos resistentes a las balas con una resistencia a la abrasión mejorada.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Son bien conocidos artículos resistentes a las balas que contienen fibras de alta resistencia que tienen excelentes propiedades frente a proyectiles. Artículos tales como chalecos antibalas, cascos, paneles para vehículos y miembros estructurales de equipo militar están hechos típicamente de tejidos que comprenden fibras de alta resistencia. Fibras de alta resistencia convencionalmente utilizadas incluyen fibras de polietileno, fibras de aramida tales como poli (fenilendiamina tereftalamida) , fibras de grafito, fibras de nilón, fibras de vidrio y similares. Para muchas aplicaciones tales como chalecos o partes de chalecos, las fibras se pueden utilizar en una tela tejida o tricotada. Para otras aplicaciones, las fibras se pueden encapsular o embeber en un material de matriz polimérico para formar telas rígidas o flexibles, tejidas o no tejidas. Preferiblemente, cada una de las fibras individuales que forman las telas de la invención están sustancialmente revestidas o encapsuladas por el material aglutinante (matriz) . Del documento US 6063473 se conoce un material compuesto resistente a la abrasión que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo.

Se conocen diversas estructuras resistentes a las balas que son útiles para la formación de artículos de armadura duros o blandos tales como cascos, paneles y chalecos. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. 4.403.012, 4.457.985, 4.613.535, 4.623.574, 4.650.710, 4.737.402, 4.748.064, 5.552.208, 5.587.230, 6.642.159, 6.841.492,

6.846.758 describen materiales compuestos resistentes a las balas que incluyen fibras de alta resistencia hechas de materiales tales como polietileno de cadena extendida de peso molecular ultra-alto. Estos materiales compuestos exhiben variables grados de resistencia a la penetración por parte de un impacto a alta velocidad procedente de proyectiles tales como balas, casquillos, metralla y similares.

Por ejemplo, las patentes de EE.UU. 4.623.574 y 4.748.064 describen estructuras de material compuesto sencillas que comprenden fibras de alta resistencia embebidas en una matriz elastomérica. La patente de EE.UU. 4.650.710 describe un artículo de manufactura flexible que comprende una pluralidad de capas flexibles constituidas por fibras de poliolefina de cadena extendida (ECP - siglas en inglés) de alta resistencia. Las fibras de la red están revestidas con un material elastomérico de bajo módulo. Las patentes de EE.UU. 5.552.208 y 5.587.230 describen un artículo y un método para producir un artículo que comprende al menos una red de fibras de alta resistencia y una composición de matriz que incluye un éster vinílico y ftalato de dialilo. La patente de EE.UU. 6.642.159 describe un material compuesto rígido resistente al impacto que tiene una pluralidad de capas fibrosas que comprenden una red de filamentos dispuestos en una matriz, con capas elastoméricas entremedias. El material compuesto está unido a un placa dura para aumentar la protección frente a proyectiles que perforan la armadura.

Armaduras corporales duras o rígidas proporcionan una buena resistencia a las balas, pero pueden ser demasiado rígidas y voluminosas. Por consiguiente, prendas de vestir con armadura corporal, tales como chalecos antibalas, se forman preferiblemente a partir de materiales flexibles o de armadura blanda. Sin embargo, aun cuando este tipo de materiales flexibles o blandos exhiben excelentes propiedades de resistencia a las balas, también exhiben generalmente una deficiente resistencia a la abrasión, lo cual afecta a la durabilidad de la armadura. Es deseable en la técnica proporcionar materiales resistentes a las balas blandos y flexibles que tengan una durabilidad mejorada. La presente invención proporciona una solución para esta necesidad.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona un material compuesto resistente a la abrasión que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo, en donde dicho sustrato fibroso comprende una o más fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más; comprendiendo dicho revestimiento muticapa una capa de un material que no contiene silicio sobre una superficie de dicha una o más fibras, y una capa tópica de un material con contenido

en silicio sobre la capa de material que no contiene silicio.

La invención proporciona también un método para formar un material compuesto resistente a la abrasión, que comprende: i) proporcionar al menos un sustrato fibroso revestido que tiene una superficie; en donde dicho al menos un sustrato fibroso comprende una o más fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más; estando las superficies de cada una de dichas fibras sustancialmente revestidas con un material que no contiene silicio; y ii) aplicar un material con contenido en silicio sobre al menos una parte de dicho al menos un sustrato fibroso revestido.

La invención proporciona, además, un método para formar un material compuesto resistente a la abrasión, que comprende: i) proporcionar una pluralidad de capas de fibras no tejidas, comprendiendo cada una de las capas de fibras una pluralidad de fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más, estando las superficies de cada una de dichas fibras sustancialmente revestidas con un material que no contiene silicio; ii) aplicar un revestimiento con contenido en silicio, no curado, sobre al menos una parte de dichas capas de fibras; y iii) someter a dicha pluralidad de capas de fibras no tejidas y a dicho revestimiento con contenido en silicio, no curado, a condiciones suficientes para consolidar dichas capas de fibras formando un material compuesto de tejido monolítico y, opcionalmente, curar el revestimiento con contenido en silicio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención presenta materiales compuestos y artículos fibrosos con una resistencia a la abrasión y durabilidad superiores. Particularmente, la invención proporciona materiales compuestos fibrosos formados al aplicar un revestimiento multicapa de la invención sobre al menos un sustrato fibroso. Un “sustrato fibroso”, tal como se utiliza en esta memoria, puede ser una fibra sencilla o un tejido, incluido fieltro, que ha sido formado a partir de una pluralidad de fibras. Preferiblemente, el sustrato fibroso es un tejido que comprende una pluralidad de fibras que están unidas en forma de una estructura monolítica, que incluyen telas tejidas y no tejidas. Los revestimientos del material que no contiene silicio o tanto el material que no contiene silicio como el material que contiene silicio se pueden aplicar sobre una pluralidad de fibras que están dispuestas en forma de una banda de fibras u otra disposición, que puede o puede no ser considerada como un tejido en el momento del revestimiento. La invención proporciona también tejidos formados a partir de una pluralidad de fibras revestidas, y artículos formados a partir de dichos tejidos.

Los sustratos fibrosos de la invención están revestidos con un revestimiento multicapa que comprende al menos una capa de dos materiales de revestimiento diferentes, en donde una capa de un material que no contiene silicio se aplica directamente sobre una superficie de una o más de las fibras, y un revestimiento tópico de un material con contenido en silicio se aplica sobre la parte superior de la capa de material que no contiene silicio.

Tal como se utiliza en esta memoria, un material “con contenido en silicio” describe materiales no poliméricos y polímeros que contienen átomos de silicio, incluidos polímeros basados en silicio tanto curados como no curados, así como materiales de bajo peso molecular no poliméricos. Tal como se utiliza en esta memoria, “silicona” se define como un siloxano orgánico polimérico, específicamente compuestos orgánicos que comprenden átomos de silicio y oxígeno alternantes enlazados a radicales orgánicos, tal como es bien conocido en la técnica. Materiales basados en silicona se derivan de silicona. El revestimiento con contenido en silicio comprende preferiblemente un polímero termoendurecible curado, un polímero termoplástico no reactivo o... [Seguir leyendo]

1. Un material compuesto resistente a la abrasión que comprende al menos un sustrato fibroso que tiene un revestimiento multicapa sobre el mismo, caracterizado por que dicho sustrato fibroso comprende una o más fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más; comprendiendo dicho revestimiento multicapa una capa de un material que no contiene silicio sobre una superficie de dicha una o más fibras, y una capa tópica de un material con contenido en silicio sobre la capa de material que no contiene silicio.

2. El material compuesto de la reivindicación 1, en donde dicho revestimiento con contenido en silicio comprende un polímero basado en silicona.

3. El material compuesto de la reivindicación 1, en donde dicho revestimiento con contenido en silicio comprende un siloxano orgánico polimérico.

4. El material compuesto de la reivindicación 1, en donde dicho material con contenido en silicio comprende de aproximadamente 0, 01% a aproximadamente 5, 0% en peso de dicho material compuesto.

5. Un artículo que comprende el material compuesto de la reivindicación 1.

6. Un método para formar un material compuesto resistente a la abrasión, caracterizado por que dicho método comprende: i) proporcionar al menos un sustrato fibroso revestido que tiene una superficie; en donde dicho al menos un sustrato fibroso comprende una o más fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más; estando las superficies de cada una de dichas fibras sustancialmente revestidas con un material que no contiene silicio; y ii) aplicar un material con contenido en silicio sobre al menos una parte de dicho al menos un sustrato fibroso revestido.

7. El método de la reivindicación 6, en el que dicho material con contenido en silicio se aplica en forma de silicona líquida no curada.

8. El método de la reivindicación 7, que comprende, además, curar la silicona líquida no curada.

9. Un método para formar un material compuesto resistente a la abrasión, caracterizado por que dicho método comprende: i) proporcionar una pluralidad de capas de fibras no tejidas, comprendiendo cada una de las capas de fibras una pluralidad de fibras que tienen una tenacidad de aproximadamente 7 g/denier o más y un módulo de tracción de aproximadamente 150 g/denier o más; estando las superficies de cada una de dichas fibras sustancialmente revestidas con un material que no contiene silicio; ii) aplicar un revestimiento con contenido en silicio, no curado, sobre al menos una parte de dichas capas de fibras; y iii) someter a dicha pluralidad de capas de fibras no tejidas y a dicho revestimiento con contenido en silicio, no curado, a condiciones suficientes para consolidar dichas capas de fibras formando un material compuesto de tejido monolítico y, opcionalmente, curar el revestimiento con contenido en silicio.

10. El método de la reivindicación 9, en el que dicho revestimiento con contenido en silicio, no curado, se aplica sustancialmente sobre las superficies de cada una de dichas fibras.