MX2014002544A

MX2014002544A - Material compuesto con baja bfs y proceso para fabricarlo.

Info

Publication number: MX2014002544A
Application number: MX2014002544A
Authority: MX
Inventors: Henry Gerard Ardiff; John Armstrong Young; Ralf Klein; Thomas Yiu-Tai Tam
Original assignee: Honeywell Int Inc
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-09-15
Also published as: MX358412B; EP2753739A4; CN103906870A; KR101988016B1; BR112014005309A2; WO2013101308A3; IL231252B; IL231252A0; KR20140072082A; RU2014111500A; CA2847287A1; US20130059496A1; JP2014529691A; RU2630769C2; JP6556797B2; WO2013101308A2; JP2018035497A; EP2753739A2

Abstract

Se describen los métodos para producir compuestos útiles para la formación de blindajes suaves y duros. Más específicamente, se describen los métodos para la producción de compuestos fibrosis resistentes a proyectiles balísticos que tienen mejores propiedades de resistencia a los proyectiles balísticos, que incluye bajo detalla en el reverso. Los métodos emplean tratamientos de superficie de la fibra para mejorar el anclaje de sustancias aplicadas en las superficies de las fibras, obteniendo una baja tendencia a la delaminación y los beneficios subsecuentes.

Description

MATERIAL COMPUESTO CON BAJA BFS Y PROCESO PARA FABRICARLO REFERENCIA CRUZADA A LA SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reclama el beneficio ante la Solicitud Provisional de Estados Unidos Copendiente No. 61/531,255, presentada el 6 de septiembre de 2011, la descripción de la cual se incorpora para referencia en la presente en su totalidad.

ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a los métodos para producir materiales compuestos útiles para la formación de blindajes blandos y duros. Más específicamente, la invención pertenece a métodos para la producción de materiales compuestos fibrosos con resistencia balística que tienen mejores propiedades de resistencia balística, incluso baja deformación del respaldo. .

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Los artículos con resistencia balística fabricados a partir de materiales compuestos que contienen fibras sintéticas de alta resistencia son bien conocidos. Se conocen muchos tipos de fibras de alta resistencia, y cada tipo de fibra tiene sus propias características y propiedades únicas. En este sentido, una de las características que definen a una fibra es la capacidad de la fibra para unirse con o adherirse con recubrimientos superficiales, como pueden ser recubrimientos de resina. Por ejemplo, fibras de polietileno de peso molecular ultra alto son relativamente inertes, mientras que las fibras de aramida tienen una superficie de alta energía que contiene grupos funcionales polares. Por consiguiente, las resinas generalmente presentan una afinidad mayor para las fibras de aramida en comparación con las fibras de UHM PE inertes. No obstante, también en general se sabe que las fibras sintéticas por naturaleza son propensas a acumular estática y de este modo por lo regular requieren la aplicación de un acabado superficial a las fibras con el fin de facilitar otro procesamiento hacia materiales compuestos útiles. Los acabados de las fibras se emplean para disminuir la acumulación de estática, y en el caso de fibras no trenzadas y no enmarañadas, para ayudar a mantener la cohesividad de las fibras. Los acabados también lubrican la superficie de la fibra, protegiendo a la fibra del equipo y protegiendo al equipo de la fibra.

La técnica enseña muchos tipos de acabados de superficie de las fibras para utilizarlos en diversas industrias. Véase, por ejemplo, las Patentes U.S. 5,275,625, 5,443,896, 5,478,648, 5,520,705, 5,674,615, 6,365,065, 6,426,142, 6,712,988, 6,770,231, 6,908,579 y 7,021,349, las cuales enseñan composiciones de acabados para hilatura para fibras hiladas. Sin embargo, los acabados para las superficies de las fibras típicos no son siempre deseables. Una razón importante es porque un acabado de superficie de las fibras puede interferir con la adhesión interfacial o la unión de los materiales aglomerantes poliméricos sobre las superficies de las fibras, incluidas las superficies de las fibras de aramida. La adhesión fuerte de los materiales aglomerantes poliméricos es importante en la fabricación de telas con resistencia balística, especialmente materiales compuestos no tejidos como pueden ser los materiales compuestos SPECTRA SHIELD® no tejidos producidos por Honeywell International Inc. de Morristown, NJ. La adhesión insuficiente de los materiales aglomerantes poliméricos sobre las superficies de las fibras puede disminuir la resistencia de la unión fibra-fibra y la resistencia de la unión fibra-aglomerante y con ello provocar que las fibras unidas se despeguen entre sí y/o provocar que el aglomerante se delamine de las superficies de las fibras. Un problema de adherencia semejante también se puede encontrar cuando se intenta aplicar composiciones poliméricas protectoras sobre las telas tejidas. Lo anterior afecta de manera perjudicial las propiedades de resistencia balística (función anti-balística) de tales materiales compuestos y puede dar lugar a una falla catastrófica del producto.

El funcionamiento anti-balístico del blindaje compuesto puede ser caracterizado en diferentes formas. Una caracterización común es la velocidad V50, la cual es la velocidad de choque calculada por métodos estadísticos, obtenidos por medios experimentales a la cual se espera que un proyectil penetre completamente el blindaje 50% del tiempo y sea detenido completamente por el blindaje 50% del tiempo. Para materiales compuestos de densidad por área equivalente (es decir el peso del panel del material compuesto dividido entre el área de superficie) , a mayor el V50 mejor la resistencia a la penetración del material compuesto. No obstante, aún cuando sea suficiente el blindaje anti-balístico para prevenir la penetración de un proyectil, el impacto del proyectil sobre el blindaje también puede causar lesiones por trauma contuso ("trauma") no penetrantes, significativas. Por consiguiente, otra medida importante del funcionamiento anti-balístico es la profundidad de depresión en material de respaldo del blindaje. La profundidad de depresión en el material de respaldo ( "BFS " ) , también conocida en la técnica como deformación del respaldo o firma del trauma, es la medida de la profundidad de la desviación del blindaje del cuerpo debido al choque de una bala. Cuando una bala es detenida por el blindaje del material compuesto, las lesiones del trauma contuso potencialmente resultante pueden ser tan mortíferas para un individuo como si la bala hubiera penetrado el blindaje y entrado en el cuerpo. Lo anterior es especialmente consecuente en el contexto del blindaje de cascos, donde la protrusión transitoria causada por una bala detenida puede todavía atravesar el plano del cráneo del usuario y causar debilitamiento o daño cerebral mortal .

Se sabe que el funcionamiento balístico V50 de un material compuesto está directamente relacionado con la resistencia de las fibras constituyentes del material compuesto. Aumentos en las propiedades de resistencia de las fibras, como puede ser la tenacidad y/o módulo de tracción se correlacionan con un aumento en la velocidad V50. No obstante, una mejoría correspondiente de las propiedades de reducción de la deformación del respaldo con aumento de la resistencia de las fibras no ha tenido un reconocimiento semejante. Por consiguiente, existe la necesidad en la técnica de un método para producir compuestos con resistencia balística que tengan funcionamiento balístico V50 superior así como baja deformación del respaldo. La invención proporciona una solución a esta necesidad.

Inesperadamente se ha encontrado que existe una correlación directa ente la deformación del respaldo y la tendencia de las fibras componentes de un material compuestos con resistencia balística a delaminarse entre sí y/o delaminarse de los recubrimientos de la superficie de las fibras como resultado de un choque de proyectil. Al mejorar la unión entre la superficie de la fibra y un recubrimiento de la superficie de la fibra, el efecto de desunión fibra-fibra y/o delaminación recubrimiento-fibra se reducen, aumentando así la fricción sobre las fibras y aumentando la conexión del proyectil con las fibras. Por consiguiente, las propiedades estructurales del material compuesto son mejoradas y la energía del choque de un proyectil se disipa en una forma que reduce la deformación del respaldo del material compuesto.

La invención resuelve esta necesidad en la técnica eliminando al menos parcialmente el acabado de la superficie de la fibra antes de la unión de las fibras como capas de fibras o telas no tejidas, o antes de tejer las fibras en telas tejidas, permitiendo con ello que un material subsecuentemente aplicado, como puede ser un material aglomerante polimérico, se una directamente con las superficies de las fibras de modo que el material esté predominantemente en contacto directo con las superficies de las fibras en lugar de predominantemente sobre el acabado. La eliminación al menos parcial del acabado de la superficie de la fibra también puede combinarse con diversos tratamientos de superficie, como puede ser el tratamiento con plasma o un tratamiento en corona para mejorar más la capacidad del material para adsorberse a, adherirse a o unirse a las superficies de las fibras. La eliminación del acabado y el tratamiento superficial u optativo reducen la tendencia de las fibras componentes de un material compuesto con resistencia balística a delaminarse entre sí y/o delaminarse de los recubrimientos de la superficie de la fibra como resultado del choque de un proyectil, mejorando con ello el desempeño de la deformación del respaldo del material compuesto.

COMPENDIO DE LA I3STVENCIÓN La invención proporciona un proceso que consiste en: a) proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de la superficie de las fibras ; b) eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras; c) como una opción, tratar las superficies de las fibras en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras; d) como una opción aplicar un adsorbato sobre al menos una parte de al menos algunas de las fibras; y luego e) como una opción producir un material compuesto fibroso tejido o no tejido a partir de la pluralidad de las fibras .

La invención además proporciona un producto producido por un proceso que consiste en: a) proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de la superficie de las fibras; b) eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras; c) como una opción, tratar las superficies de las fibras en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras; d) como una opción aplicar un adsorbato sobre al menos una parte de al menos algunas de las fibras; y luego e) como una opción producir un material compuesto fibroso tejido o no tejido a partir de la pluralidad de las fibras .

La invención también proporciona un proceso para formar un material compuesto fibroso que tenga las fibras que tienen un recubrimiento unido directamente a la superficie de estas, el proceso consiste en proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente libres de un acabado de la superficie de las fibras y/o proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de las superficies de las fibras; eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte de algún acabado de la superficie de las fibras existentes; como una opción, tratar las superficies de las fibras para mejorar la unión y/o adhesión de un material subsecuentemente aplicado a las superficies de las fibras; aplicar un material sobre al menos una parte de dichas fibras, uniendo y/o adhiriendo con ello el material directamente sobre o a las superficies de las fibras; como una opción producir una pluralidad de capas de fibras tejidas y/o chapas de fibras no tejidas a partir de dichas fibras, antes, durante y/o después de aplicar dicho material a las fibras; y como una opción consolidar dicha pluralidad de capas de fibras tejidas y/o chapas de fibras no tejidas para producir un material compuesto fibroso.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los materiales compuestos fibrosos que presentan baja desunión fibra-fibra y/o baja delaminación de la fibra-recubrimiento luego del choque de un proyectil se obtienen modificando y/o tratando las superficies de la fibra para aumentar la fricción entre las fibras contiguas y/o para mejorar la unión entre la superficie de las fibras y los recubrimientos de las superficies de las fibras, como puede ser un recubrimiento de un material aglomerante polimérico o resina. Tales recubrimientos de las superficies de las fibras pueden variar ampliamente, pero son exclusivos de los acabados de las superficies de las fibras, como pueden ser los acabados para hilatura que se utilizan tradicionalmente como auxiliares de procesamiento. La mejoría de la unión entre la superficie de las fibras y los recubrimientos de la superficie de las fibras también mejora la unión entre las capas de las fibras adosadas, reduciendo de ese modo la delaminación entre las capas de fibras adosadas. La unión aumentada fibra-fibra y/o la delaminación fibra-recubrimiento reducida se han encontrado que logran una disminución deseada en la deformación del respaldo del material compuesto. De acuerdo con la definición anterior, las capas de fibras adosadas pueden incluir unicintas adosadas y/o telas tejidas adosadas. Las unicintas adosadas por lo regular se ordenan en una orientación contrachapada a 0a /90s tradicional para llevar al mínimo la resistencia a la penetración balística (por ejemplo determinada por la prueba normalizada de la V5o) , aunque esta orientación no es obligatoria y no necesariamente óptima para llevar al mínimo la deformación del respaldo de un material compuesto. Las unicintas adosadas son consolidadas utilizando un material aglomerante polimérico como está descrito con mayor detalle más adelante. A diferencia de las telas no tejidas, las telas tejidas no requieren que un material aglomerante polimérico interconecte las fibras componentes para formar una sola capa de fibras . No obstante, por lo regular se necesita un adhesivo o material aglomerante polimérico para consolidar o fusionar múltiples capas de fibras tejidas en un material compuesto fibroso multicapa.

La deformación del respaldo es una medida de la profundidad de la desviación del blindaje suave o duro en un material de respaldo o en el cuerpo de un usuario debido al choque de un proyectil. Más específicamente, la BFS, también conocido en la técnica como la "deformación del respaldo", "firma de trauma" o "trauma de fuerza contusa", es una medida de qué tanto impacto deja un proyectil bajo el blindaje una vez que el blindaje detiene el proyectil contra la penetración, indicando el trauma contuso potencial experimentado por el cuerpo por debajo del blindaje. Los términos "firma del respaldo", "deformación del respaldo", "firma del trauma" y "trauma de fuerza contusa" tienen el mismo significado en la técnica y se utilizan de manera indistinta en la presente. El método normalizado para medir la BFS de blindaje suave está descrito en la norma NIJ 0101.04, Tipo IIIA, la cual identifica un método para transferir la deformación física de un material compuesto resultante de un choque de un proyectil no penetrante en un material de respaldo de arcilla, deformable, contenido en un accesorio de forma de caja, de cara abierta, donde el blindaje que se está probando se asegura directamente a una superficie frontal del respaldo de arcilla. La norma NU se utiliza tradicionalmente en la actualidad para evaluar materiales compuestos de blindaje suave destinados para uso militar.

Para los fines de la invención, los artículos que tienen resistencia a la penetración balística superior describen aquellos que presentan excelentes propiedades contra proyectiles deformables , como pueden ser las balas, y contra la penetración de fragmentos, como puede ser esquirlas. Una "capa de fibras" cuando se utiliza en la presente puede consistir en una chapa de fibras orientadas en una dirección, una pluralidad de chapas no consolidadas de fibras orientadas en una dirección, una pluralidad de chapas consolidadas de fibras orientadas en una dirección, una tela tejida, una pluralidad de telas tejidas consolidadas o cualquier otra estructura de tela que haya sido formada a partir de una pluralidad de fibras, incluso fieltros, láminas y otras estructuras, como aquellas que contienen fibras orientadas al azar. Una "capa" describe un ordenamiento generalmente plano. Cada capa de fibras tendrá una superficie superior externa y una superficie interior externa. Una "monocapa" de fibras orientadas en una dirección consiste en un ordenamiento de fibras no traslapantes que están alineadas en un arreglo unidireccional, prácticamente paralelo. Este tipo de ordenamiento de fibras también es conocido en la técnica como una "unicinta" , "cinta unidireccional", UD" o "UD . " Cuando se utiliza en la presente, un "arreglo" describe un arreglo ordenado de fibras o hilos, el cual es exclusivo de las telas tejidas, y un "arreglo paralelo" describe un arreglo ordenadamente paralelo de fibras o hilos . El término "orientado" cuando se utiliza en el contexto de "fibras orientadas" se refiere al alineamiento de las fibras contrario al estiramiento de las fibras. El término "tela" describe estructuras que pueden incluir una o más capas de fibras, con o sin moldeo o consolidación de las capas. Por ejemplo, una tela tejida o fieltro puede consistir en una sola capa de fibras. Una tela no tejida formada a partir de fibras unidireccionales por lo regular consiste en una pluralidad de capas de fibras apiladas entre sí y consolidadas. Cuando se utiliza en la presente, una estructura "mono-capa" se refiere a cualquier estructura monolítica fibrosa compuesta de una o más chapas individuales o capas individuales que han sido fusionadas, es decir consolidadas mediante laminación con baja presión o por moldeo a presión alta, en una sola estructura unitaria junto con un material aglomerante polimérico. Por "consolidación" se entiende que el material aglomerante polimérico junto con cada chapa de fibras se combina en una sola capa unitaria. La consolidación puede ocurrir por secado, enfriamiento, calentamiento, presión o una combinación de estos. El calor y/o presión pueden no ser necesarios, puesto que las fibras o las capas de tela pueden solo ser pegadas entre sí, como es el caso en un proceso de laminación húmeda. El término "material compuesto" se refiere a combinaciones de fibras con al menos un material aglomerante polimérico. Un "material compuesto complejo" cuando se utiliza en la presente se refiere a una combinación consolidada de una pluralidad de capas de fibras. Cuando se describe en la presente, telas "no tejidas" incluye todas las estructuras de telas que no se forman por tejido. Por ejemplo, las telas no tejidas pueden contener una pluralidad de unicintas que estén al menos parcialmente recubiertas con un material aglomerante polimérico, apiladas/traslapadas y consolidadas en una sola capa, elemento monolítico, así como un fieltro o laminilla que contenga fibras orientadas al azar, no paralelas que preferentemente estén recubiertas con una composición aglomerante polimérica .

Para los fines de la presente invención, una "fibra" es un cuerpo alargado, la dimensión longitudinal del cual es mucho mayor que las dimensiones transversales de amplitud y espesor. Las secciones transversales de las fibras para utilizarlas en esta invención pueden variar ampliamente, y pueden tener una sección transversal circular, plana u oblonga. Así pues, el término "fibra" incluye filamentos, listones, cintas y similares que tengan sección transversal regular o irregular, pero s prefiere que las fibras tengan una sección transversal considerablemente circular. Cuando se utiliza en la presente, el término "hilo" se define como una sola hebra consistente en múltiples fibras. Una sola fibra puede ser formada a partir de solo un filamento o de múltiples filamentos . Una fibra que se forma a partir de solo un filamento se conoce en la presente como fibra "mono-filamento" o una fibra de "un solo filamento", y una fibra que se forma a partir de una pluralidad de filamentos se conoce en la presente como una fibra "multifilamento " .

La reducción de la desunión fibra-fibra y/o delaminación de la fibra-recubrimiento luego del choque de un proyectil se logra, en un mínimo, eliminando al menos parcialmente el acabado de la superficie de las fibras pre-existente antes de procesar las fibras en una tela, en donde la formación de una tela incluye la interconexión de las fibras para con ello formar capas de tela tejida, capas de tela no tejida o chapas de fibra no tejida. La eliminación de los acabados de la superficie de las fibras antes de la formación de las capas de fibra no tejida o las chapas de fibra no tejida o antes de tejer las telas tejidas, hasta ahora no se conocía porque el acabado de la superficie de las fibras generalmente se había considerado un auxiliar de procesamiento necesario como se describe antes. Por ejemplo, para la fabricación de telas no tejidas, generalmente se necesita un acabado de la superficie de las fibras para reducir la acumulación de estática, para prevenir el enmarañamiento de las fibras, para lubricar la fibra para permitir que esta se deslice sobre los componentes del hilar y para mejorar la cohesión de las fibras durante el procesamiento, incluso durante los pasos de estirado de las fibras. La reducción de la desunión fibra-fibra y/o delaminación de la fibra-recubrimiento produce materiales compuestos que tienen mayor resistencia a cizalladura de solapas interlaminar, mayores propiedades de resistencia a la flexión y un desempeño a la deformación del respaldo correspondientemente superior contra proyectiles no penetrantes que viajan a alta velocidad.

Aunque los acabados de las superficies de las fibras normalmente son necesarios durante los procesos tradicionales de las telas, estos generalmente no contribuyen a las propiedades finales de la tela. Por el contrario, al cubrir las superficies de las fibras, los acabados interfieren con la capacidad de las superficie de las fibras para entrar en contacto entre sí, e interfiere con la capacidad de las superficies de las fibras para adsorber directamente los adsorbatos que se aplican posteriormente, como pueden ser las resinas líquidas o sólidas o los materiales aglomerantes polimericos que se aplican sobre las fibras, poniendo los adsorbatos en la parte alta superior del acabado de la fibra en lugar de directamente sobre las superficies de las fibras. Lo anterior es un problema. En la situación anterior, el acabado actúa como lubricante sobre las superficies de las fibras y de este modo reduce la fricción entre fibras adyacentes. En esta última situación, el acabado impide que los materiales subsecuentemente aplicados se unan directa y fuertemente a las superficies de las fibras, impidiendo potencialmente que los recubrimientos se unan a las fibras así como arriesgando la delaminación durante el impacto balístico. Para mejorar la fricción fibra-fibra y para permitir la unión directa de las resinas o materiales aglomerantes poliméricos a las superficies de las fibras, aumentando con ello la resistencia de la unión del recubrimiento-fibra, es necesario que el acabado de la superficie de las fibras existente sea al menos parcialmente removido, y de preferencia que sea removido casi completamente de todas o algunas de las superficies de las fibras de algunas o todas las fibras componentes que constituyen un material compuesto fibroso .

La eliminación al menos parcial del acabado de las superficies de las fibras preferentemente comenzará una vez que se hayan completado los pasos de estiramiento/alargamiento de las fibras. El paso de lavado de las fibras o de otro modo la eliminación del acabado de las fibras removerá bastante del acabado de las fibras de modo que al menos algo de la superficie de la fibra subyacente sea expuesta, aunque deben esperarse condiciones de eliminación diferentes para eliminar las diferentes cantidades del acabado. Por ejemplo, factores tales como la composición del agente de lavado (p. ej . , agua) , los atributos mecánicos de la técnica de lavado (p. ej . , la fuerza del agua para entrar en contacto con la fibra; la agitación de un baño de lavado, etc.), afectarán la cantidad de acabado que se elimine. Para los fines de la presente, el procesado mínimo para obtener mínima eliminación del acabado de la fibra generalmente expondrá al menos el 10% del área superficial de la fibra. Preferentemente, el acabado de la superficie de las fibras se elimina de modo que las fibras estén prácticamente libres de un acabado de la superficie de las fibras. Cuando se utiliza en la presente, el término fibras que están "predominantemente libres" del acabado de la superficie de las fibras son fibras a las que se ha removido al menos 50% en peso de su acabado, más preferentemente al menos alrededor de 75% en peso de su acabado ha sido removido, más preferentemente al menos aproximadamente 80% en peso de su acabado ha sido removido. Es incluso más preferible que las fibras estén prácticamente libres de un acabo de la superficie de las fibras. Las fibras que están "considerablemente libres" de un acabado de las fibras son fibras a las que se le has removido al menos aproximadamente 90% en peso de su acabado, y más preferentemente al menos alrededor de 95% en peso de su acabado ha sido removido, exponiendo con ello al menos alrededor de 90% o al menos alrededor de 95% del área de la superficie de las fibras que anteriormente estaba cubierto por el acabado de la superficie de las fibras. Más preferentemente, cualquier acabado residual estará presente en una cantidad de menos que o igual a aproximadamente 0.5% en peso, con base en el peso de la fibra más el peso del acabado, preferentemente menos que o igual a aproximadamente 0.4% en peso, más preferentemente menos que o igual a aproximadamente 0.3% en peso, más preferentemente menos que o igual a aproximadamente 0.2% en peso y más preferentemente menos que o igual a aproximadamente 0.1% en peso, con base en el peso de la fibra más el peso del acabado .

Dependiendo de la tensión superficial de la composición del acabado de las fibras, un acabado puede presentar una tendencia a distribuirse sobre la superficie de la fibra, aún si se remueve una cantidad considerable del acabado. Asi pues, una fibra que esté predominantemente libre de un acabado de la superficie de la fibra puede todavía tener una parte de su área de superficie cubierta por un recubrimiento muy delgado del acabado de la fibra. No obstante, este acabado de fibra remanente por lo regular existirá como parches residuales del acabado más que como un recubrimiento continuo. Por consiguiente, una fibra que tenga las superficies que estén predominantemente libres de un acabado de la superficie de la fibra preferentemente tiene su superficie al menos parcialmente expuesta y no cubierta por un acabado de fibra, donde preferentemente menos del 50% del área de superficie de la fibra está cubierto por un acabado de la superficie de la fibra. Los materiales compuestos fibrosos de la invención que contienen superficies de fibras que están predominantemente libres de un acabado de las fibras entonces están cubiertos con un' material aglomerante polimérico. Donde la eliminación del acabado de las fibras ha dado lugar a menos de 50% del área de superficie de las fibras cubierto por un acabado de la superficie de las fibras, el material aglomerante polimérico con ello estará en contacto directo con más del 50% del área de superficie de la fibra .

Más preferentemente, el acabado de la superficie de las fibras estará casi completamente removido de las fibras y las superficies de las fibras estarán casi completamente expuestas. En este sentido, una eliminación considerablemente completa del acabado de la superficie de las fibras es la eliminación de al menos alrededor de 95%, más preferentemente al menos alrededor de 97.5% y más preferentemente al menos alrededor de 99.0% de eliminación del acabado de la superficie de las fibras, y con ello la superficie de la fibra estará al menos alrededor de 95% expuesta, más preferentemente al menos alrededor de 97.5% expuesta y más preferentemente al menos alrededor de 99.0% expuesta. En teoría, se elimina el 100% del acabado de la superficie de las fibras, exponiendo con ello el 100% del área de superficie de las fibras. Después de la eliminación del acabado de la superficie de las fibras, también se prefiere que las fibras sean limpiadas de cualquiera de las partículas del acabado removido antes de la aplicación de un material aglomerante polimérico, resina u otro adsorbato sobre las superficies expuestas de la fibra. Puesto que el procesamiento de las fibras para lograr la eliminación mínima del acabado de las fibras [sic] generalmente expondrá alrededor de 10% del área de la superficie de la fibra, un material compuesto comparable que no haya sido lavado o tratado del mismo modo para eliminar al menos una parte del acabado de la fibra tendrá expuesta menos de 10% del área de superficie de la fibra, 0% expuesto de la superficie o prácticamente no expuesta la superficie de la fibra.

Como se describe en lo anterior, la eliminación del acabado de la superficie de las fibras mejora la fricción de fibra a fibra así como la resistencia de la unión entre la fibra y el recubrimiento subsecuentemente aplicado. El aumento de la fricción fibra-fibra y el aumento de la resistencia de la unión fibra-recubrimiento, según se ha observado, aumenta la conexión del proyectil con las fibras, mejorando con ello la capacidad de los materiales compuestos fibrosos formados a partir de dichas fibras para detener proyectiles, reducir la deformación del respaldo resultante del choque de un proyectil así como mejorando otras propiedades de los materiales compuestos, como puede ser las propiedades de flexión de los materiales compuestos y la resistencia a cizalladura interlaminar entre las capas de' las fibras componentes. La resistencia de la unión fibra-recubrimiento mejorada también reduce la cantidad de aglomerante necesario para unir adecuadamente las fibras entre sí. Esta reducción en la cantidad del aglomerante permite que un mayor número de fibras sea incluido en una tela, lo cual permite producir potencialmente materiales balísticos más ligeros que tengan resistencia mejorada. Esto también da origen a aún mejor resistencia contra armas blancas de los materiales compuestos de telas resultantes, así como una resistencia aumentada de los materiales compuestos contra choques repetidos.

Cualquier método conocido, común para eliminar los acabados de la superficie de las fibras es útil en el contexto de la presente invención, incluso medios de técnicas mecánicas y químicas . El método necesario generalmente dependerá de la composición del acabado. Por ejemplo, en la modalidad preferida de la invención, las fibras están recubiertas con un acabado que es capaz de ser lavado con agua solamente. Por lo regular, un acabado de fibras contendrá una combinación de uno o más lubricantes, uno o más emulsificadores no iónicos (agentes tensoactivos) , uno o más agentes anti-estáticos , uno o más agentes humectantes y cohesivos y uno o más compuestos antimicrobianos. Las formulaciones de los acabados preferidos en la presente pueden ser lavados solo con agua. Los medios mecánicos pueden también emplearse junto con un agente químico para mejorar la eficacia de la eliminación química. Por ejemplo, la eficacia de la eliminación del acabado utilizando agua deionizada puede mejorarse manipulando la fuerza, dirección, velocidad, etc., del proceso de aplicación del agua .

Más preferentemente, las fibras se lavan y/o enjuagan con agua como un material continuo fibroso, preferentemente utilizando agua deionizada, con secado optativo de las fibras después del lavado, sin utilizar alguna otra sustancia química. En otras modalidades donde el acabado no es soluble en agua, el acabado puede ser eliminado o lavado de, por ejemplo, un limpiador abrasivo, un limpiador químico o limpiador enzimático. Por ejemplo, las Patentes U.S. 5,573,850 y 5,601,775, las cuales se incorporan en la presente para referencia, enseñan el paso de los hilos a través de un baño que contenga un agente tensoactivo no iónico (Hostapur® CX, disponible en el comercio de Clariant Corporation de Charlotte, N.C.), fosfato trisódico e hidróxido de sodio, seguido por el enjuague de las fibras. Otros agentes químicos útiles incluyen no exclusivamente alcoholes, como puede ser metanol, etanol y 2-propanol; hidrocarburos alifáticos y aromáticos como ciclohexano y tolueno; disolventes clorados como diclorometano y tri-clorometano. El lavado de las fibras también eliminará cualquier otro contaminante superficial, permitiendo más contacto íntimo entre la fibra y la resina u otro material de recubrimiento.

Los medios preferidos que se utilizan para limpiar las fibras con agua no están propuestos para ser limitativos, salvo por la capacidad para eliminar considerablemente el acabado de la superficie de las fibras. En un método preferido, la eliminación del acabado es acompañado por un proceso que consiste en hacer pasar un material continuo de fibras a través de boquillas de agua a presión para lavar (o enjuagar) y/o eliminar físicamente el acabado de las fibras. Las fibras pueden como una opción ser previamente remojadas en un baño de agua antes de hacer pasar las fibras a través de dichas boquillas de agua a presión, y/o enjuagadas después de hacer pasar las fibras a través de las boquillas de agua a presión, y también como una opción ser enjuagadas después de cualquier paso de remojo opcional haciendo pasar las fibras a través de boquillas de agua a presión adicionales. Las fibras lavadas /remojadas/enjuagadas preferentemente también se secan después de que se realiza el lavado/remojo/enjuague . El equipo y los medios que se utilizan para lavar las fibras no están previstos para ser limitativo, salvo que debe ser capaz de lavar las fibras multifilamentos /hilos multifilamentos individuales en lugar de las telas. Antes de que estas sean tejidas o formadas en capas o chapas de fibras no tejidas.

La eliminación del acabado de la superficie de las fibras antes de la formación de la tela es especialmente propuesta en la presente para la producción de telas no tejidas que se forman consolidando una pluralidad de chapas de fibras que contiene una pluralidad de fibras alineadas en una sola dirección. En un proceso común para formar chapas de fibras alineadas en una sola dirección, no tejidas, los manojos de fibras son abastecidos desde un carrete y llevados a través de guías y una o más barras dispersadoras hacia un peine colimador, seguido por el recubrimiento de las fibras con un material aglomerante polimérico. De otro modo, las fibras pueden ser recubiertas antes de encontrarse con las barras dispersadoras , o pueden ser recubiertas entre dos series de barras dispersadoras , una antes y una después de la sección de recubrimiento. Un manojo de fibras típico (p. ej . , un hilo) tendrá desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 2000 filamentos individuales, cada fibra por lo regular incluye, más no se limita a, desde aproximadamente 120 hasta aproximadamente 240 filamentos individual. Las barras dispersadores y el peine colimador dispersan y propagan las fibras hechas manojos, reorganizándolas lado a lado en un modo coplanar. La dispersión ideal de las fibras da lugar a que cada una de las fibras, o incluso cada uno de los filamentos, estén colocados unos junto a otros en un solo plano de fibras, formando un arreglo paralelo, prácticamente unidireccional de fibras con una cantidad mínima de fibras traslapándose entre sí. La eliminación del acabado de la superficie de las fibras antes o durante este paso de dispersión puede mejorar y acelerar la dispersión de las fibras en tal arreglo paralelo debido a la interacción física del agente limpiador (p. ej . , agua) con el cual interaccionan las fibras/filamentos . Después de la dispersión y colimación de las fibras, las fibras de tal acomodo paralelo por lo regular contendrán desde aproximadamente 3 a 12 extremos de fibras por pulgada (1.2 a 4.7 extremos por cm) , dependiendo del espesor de las fibras. Por consiguiente, la eliminación del acabado de la superficie de las fibras logra un doble beneficio de mejorar la dispersión de las fibras y mejora la resistencia de la unión de los materiales /adsorbatos que se apliquen subsecuentemente sobre las superficies de las fibras .

Aunque la eliminación del acabado de la superficie de las fibras por sí solo logra los beneficios antes mencionados, resultados aún mayores pueden obtenerse realizando tratamientos que mejoran la unión sobre las superficies de las fibras después de la eliminación al menos parcial del acabado. En particular, se ha encontrado que la reducción de la deformación del respaldo es directamente proporcional a los aumentos en la fricción fibra-fibra y resistencia de la unión fibra-recubrimiento. El tratamiento o modificación de las superficies de las fibras con un tratamiento que mejora la unión antes de la formación de la tela se ha encontrado que logra mejoría aún mayor en la reducción de la deformación del respaldo del material compuesto, particularmente cuando el tratamiento que mejora la unión se combina con el lavado de las fibras para eliminar al menos parcialmente el acabado de las fibras . Lo anterior es particularmente evidente cuando un adsorbato, como puede ser un material aglomerante polimérico o resina, se aplica sobre las superficie de la fibras, como puede ser un material aglomerante polimérico o resina que se utilice tradicionalmente para la fabricación de telas no tejidas, o que se aplique después de tejer las telas y remover al menos parcialmente el acabado de la superficie de las fibras. Cuanto más fuerte sea la unión del adsorbato (p. ej . , polímero/resina) a la superficie de las fibras, mayor será la reducción en la deformación del respaldo. Por consiguiente, en las modalidades más preferidas de la invención, después de la eliminación al menos parcial del acabado de la superficie de las fibras, pero antes de la formación de la tela, es particularmente deseable hacer un tratamiento de las superficies de la fibras en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad/unión de un adsorbato subsecuentemente aplicado (p. ej . , polímero/resina) sobre las superficies de las fibras. La eliminación del acabado de las fibras permite a estos procesos adicionales actúa directamente sobre la superficie de la fibra y no sobre el acabado de la superficie de la fibra o los contaminantes de la superficie. Lo anterior es muy deseable porque los acabados de las superficies tienden a interferir con intentos para tratar la superficie de la fibra, actuando como una barrera o contaminante. La eliminación del acabado de este modo también mejora la calidad y la uniformidad de los tratamientos de las superficies de las fibras subsecuentes. Los beneficios de eliminar el acabado y de tales tratamientos posteriores son acumulativos, y las mejoras en el funcionamiento de la resistencia a la deformación del respaldo aumentarán con un porcentaje incrementado de eliminación del acabado y con mayor eficacia de los tratamientos .

Para este fin, los tratamientos o modificaciones útiles incluyen cualquier cosa que sea eficaz para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre la superficie de las fibras, donde un adsorbato puede ser cualquier sólido, líquido o gas, incluso materiales aglomerantes poliméricos y resinas, y donde la adsorción incluye cualquier forma de unión de los materiales a las superficies de las fibras. Existen diversos medios por los cuales esto se puede lograr, incluso tratamientos que hacen áspera la superficie, adicionan polaridad a la superficie, oxidan la superficie de las fibras o porciones de las superficies de las fibras, aumentan la energía superficial de las fibras, reducen el ángulo de contacto de las fibras, aumentan a humectabilidad de la fibra, modifican la densidad de los enlaces cruzados de las superficies de las fibras, adicionan una funcionalidad química a la superficie de las fibras, destruyen la superficie o cualquier otro medio para mejorar la interacción entre la fibra a granel y los recubrimientos de las superficies de las fibras para mejorar el anclaje de los recubrimientos a las superficies de las fibras. Esta interacción modificada puede observarse fácilmente en la mejoría en la BFS.

Los tratamientos de las superficies o modificaciones de las superficies de las fibras, apropiados incluyen procesos que pueden ser conocidos en la técnica, como puede ser el tratamiento en corona de las fibras, tratamiento en plasma de las fibras, recubrimiento en plasma de las fibras, fluoración directa de las superficies de las fibras con flúor elemental, un tratamiento químico como puede ser la injertación UV química o un tratamiento de raspado de las superficies, como puede ser el mordentado crómico. También apropiados son los tratamientos que todavía no se desarrollan para aplicación a escala grande que mejoran la capacidad de un adsorbato para adsorberse sobre o cualquier material para unirse con las superficie expuestas y tratadas de las fibras luego de la eliminación del acabado de las superficies de las fibras pero antes de la formación de la tela. Cada uno de estos procesos ejemplares, aunque su acción sobre la superficie de la fibra, puede emplearse para modificar, mejorar o reducir la interacción entre la fibra a granel y los materiales de recubrimiento subsecuentes, dependen de la química de las fibras. Cualquier combinación de estos procesos puede emplearse y estos sub-procesos pueden ser colocados en secuencias diferentes, aunque puede haber algunas secuencias que sean preferidas sobre otras, dependiendo de diversos factores, como el tipo de fibra o las propiedades naturales de las superficies de las fibras . Los diversos pasos de tratamiento de la invención pueden ser utilizados como una receta para manipular las fibras con el fin de colocar el material compuesto dentro del intervalo deseado de resistencia a cizalladura de solapas interlaminar. Si la prueba de cizallamiento de solapas determina que un material compuesto en particular tenga una menor resistencia a cizalladura de solapas interlaminar en comparación con la deseada (p. ej . , menos de 170 lbf ) , que es indicativo de que otro lavado de las fibras y/u otro tratamiento superficial (p. e . , tratamiento en corona, tratamiento en plasma, etc.) debe hacerse para aumentar más la resistencia a cizalladura de solapas interlaminar para entrar dentro del intervalo deseado .

Los tratamientos más preferidos son el tratamiento en corona de la superficie de las fibras y el tratamiento en plasma de las superficies de las fibras . El tratamiento en corona es un proceso en el cual una fibra es pasada a través de una estación de descarga en corona, pasando con ello el material continuo de la fibra a través de una serie de descargas eléctricas de alta tensión, las cuales tienden a actuar sobre la superficie del material continuo de las fibras en diversas formas, incluso perforando, raspando e introduciendo grupos funcionales polares por medio de oxidación parcial de la superficie de las fibras . El tratamiento en corona por lo regular oxida la superficie de las fibras y/o adiciona polaridad a la superficie de las fibras. El tratamiento en corona también actúa quemando las perforaciones pequeñas o agujeros en la superficie de la fibra. Cuando las fibras son oxidables, la magnitud de la oxidación dependerá de factores como la potencia, voltaje y potencia del tratamiento en corona. El tiempo de permanencia dentro del campo de descarga en corona también es un factor, y puede ser manipulado por el diseño del tratador en corona o por la velocidad de la línea de proceso. Las unidades de tratamiento en corona apropiadas están a la disposición, por ejemplo, de Enercon Industries Corp., Menomonee Falls, Wis., de Sherman Treaters Ltd, Thame, Oxon. , UK, o de Softal Corona & Plasma GmbH & Co of Hamburg, Alemania.

En una modalidad preferida, las fibras son sometidas a tratamiento en corona desde aproximadamente 2 Watts/pie2/min hasta aproximadamente 100 Watts/pie2/min, más preferentemente desde alrededor de 20 Watts/pie2/min hasta aproximadamente 50 Watts/pie2/min. Los tratamientos en corona de menor energía desde aproximadamente 1 Watts/pie2/min hasta aproximadamente 5 Watts/pie2/min también son útiles y pueden ser menos efectivos . Además de aplicar una carga a la superficie de la fibra, un tratamiento en corona puede raspar la superficie perforando la superficie de la fibra.

En un tratamiento en plasma, las fibras, por lo regular como un material continuo de fibras, son pasadas a través de una atmósfera ionizada en una cámara que esté llenada con un gas inerte o no inerte, como puede ser oxígeno, argón, helio, amoniaco u otro gas inerte o no inerte apropiado, incluso combinaciones de los gases antes mencionados, para poner con ello en contacto las fibras con una descarga eléctrica. En las superficies de las fibras, los choques de las superficies con las partículas cargadas (iones) dan lugar a la transferencia de energía cinética y a intercambios de electrones, etc. Además, las colisiones o choques entre las superficies y los radicales libres darán lugar a reordenamientos químicos semejantes. El bombardeo de la superficie de las fibras con luz ultravioleta que es emitida por átomos excitados y moléculas que se relajan a estados inferiores también provoca cambios químicos a las fibras sustrato.

Como resultado de estas interacciones, el tratamiento en plasma puede modificar la estructura química de las fibras así como la topografía de las superficies de las fibras. Por ejemplo, al igual que el tratamiento en corona, un tratamiento en plasma también puede adicionar polaridad a la superficie de las fibras y/u oxidar las porciones de las superficies de las fibras . El tratamiento en plasma también puede servir para aumentar la energía superficial de la fibra, reducir el ángulo de contacto, modificar la densidad de los enlaces cruzados de la superficie de las fibras, aumentar el punto de fusión y el anclaje masivo de los recubrimientos subsecuentes, y puede adicionar una funcionalidad química a la superficie de la fibra y potencialmente destruir la superficie de la fibra. Estos efectos del mismo modo dependen de la química de las fibras y también dependen del tipo del plasma que se utilice .

La selección del gas es importante para el tratamiento de superficie deseado, porque la estructura química de la superficie se modifica de maneras diferentes utilizando distintos gases en plasma. Lo anterior sería determinado por un experto en la técnica. Se sabe, por ejemplo, que las funcionalidades amina pueden ser introducidas a la superficie de la fibra utilizando plasma de amoniaco, mientras que los grupos carboxilo e hidroxilo pueden ser introducidos utilizando plasma de oxígeno. Por consiguiente, la atmósfera reactiva puede contener uno o más de los gases argón, helio, oxígeno, nitrógeno, amoniaco y/u otro gas conocido por ser apropiado para tratamiento en plasma de las telas. La atmósfera reactiva puede contener uno o más de estos gases en forma atómica, iónica, molecular o de radicales libres. Por ejemplo, en un proceso continuo preferido de la invención, un arreglo de fibras es pasado a través de una atmósfera reactiva controlada que preferentemente contiene átomos de argón, moléculas de oxígeno, iones argón, iones oxígeno, radicales libres oxígeno, así como otras especies en trazas. En una modalidad preferida, la atmósfera reactiva contiene argón y oxígeno en concentraciones desde aproximadamente 90% hasta aproximadamente 95% de argón y desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 10% de oxígeno, con concentraciones 90/10 o 95/5 de argón/oxígeno siendo las concentraciones preferidas. En otra modalidad preferida, la atmósfera reactiva contiene helio y oxígeno en concentraciones desde aproximadamente 90% hasta aproximadamente 95% de helio y desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 10% de oxígeno, siendo preferidas las concentraciones 90/10 o 95/5 de helio/oxígeno. Otra atmósfera reactiva útil es una cero atmósfera gaseosa, es decir aire ambiental que contenía aproximadamente 79% de nitrógeno, aproximadamente 20% de oxígeno y pequeñas cantidades de otros gases, los cuales también son útiles para el tratamiento en corona en alguna medida.

El tratamiento en plasma puede realizarse en una cámara de vacío o en una cámara mantenida en condiciones atmosféricas. Un tratamiento en plasma difiere de un tratamiento en corona principalmente en que un tratamiento en plasma se realiza en una atmósfera de gases reactiva, controlada, mientras que en el tratamiento en corona la atmósfera reactiva es aire. La atmósfera en el tratador de plasma puede controlarse y mantenerse fácilmente, permitiendo lograr la polaridad de la superficie en una forma más controlable y flexible que el tratamiento en corona. La descarga eléctrica es por energía de radiofrecuencia (RF) la cual disocia el gas en electrones, iones, radicales libres y productos metaestables . Los electrones y los radicales libres creados en el plasma chocan con la superficie de la fibra, rompiendo los enlaces covalentes y creando radicales libres sobre la superficie de la fibra. En un proceso en lotes, después de un tiempo o temperatura de reacción predeterminados , el gas del proceso y la energía de RF se apagan y los gases que quedan y otros subproductos se eliminan. En el proceso continuo, el cual es preferido en la presente, un arreglo de fibras se pasa a través de una atmósfera reactiva controlada que contiene átomos, moléculas, iones y/o radicales libres de los gases reactivos seleccionados, así como otras especies en trazas. La atmósfera reactiva es generada en forma constante y reabastecida probablemente llegando una composición en estado estable y se interrumpe o extingue hasta que se detiene la máquina de recubrimiento.

El tratamiento en plasma puede llevarse a cabo utilizando cualquier máquina de tratamiento en plasma disponible en el comercio, como puede ser las máquinas de tratamiento en plasma disponibles de Softal Corona & Plasma GmbH & Co de Hamburgo, Alemania; 4th State, Inc de Belmont California; Plasmatreat US LP de Elgin Illinois; Enercon Surface Treating Systems de Mil aukee, Wisconsin. Un proceso de tratamiento en plasma preferido se hace a una presión aproximadamente atmosférica, es decir, 1 atm (760 mm Hg (760 torr) ) , con una temperatura de la cámara de alrededor de la temperatura ambiente (70°F-72°F) . La temperatura dentro de la cámara de plasma puede potencialmente cambiar debido al proceso de tratamiento, pero la temperatura generalmente no se enfría o calienta independientemente durante los tratamientos, y se considera que no afecta el tratamiento de las fibras, ya que estas pasan rápidamente a través del tratador de plasma. La temperatura entre los electrodos de plasma y el material continuo de fibras por lo regular es alrededor de 100°C. El proceso de tratamiento en plasma preferentemente se hace bajo energía de RF a aproximadamente 0.5 kW hasta aproximadamente 3.5 kW, más preferentemente desde alrededor de 1.0 kW hasta aproximadamente 3.05 kW, y más preferentemente, el tratamiento en plasma se hace utilizando un tratador de plasma atmosférico establecido a 2.0 kW. Esta potencia se distribuye en todo lo ancho de la zona de tratamiento de plasma (o a lo largo de los electrodos) y esta potencia también se distribuye a lo largo del sustrato o el material continuo de fibras a una velocidad que es inversamente proporcional a la velocidad de la línea a la cual pasa el material continuo de fibras a través de la atmósfera reactiva del tratador en plasma. Esta energía por área unitaria por tiempo unitario (watts por pie cuadrado por minuto o W/pie2/MIN) o flujo de energía, es una forma útil para comparar los niveles de tratamiento. Los valores eficaces para el flujo de energía son preferentemente desde alrededor de 0.5 hasta aproximadamente 200 Watts/pie2/MIN, más preferentemente desde alrededor de 1 hasta alrededor de 100 Watts/pie2/MIN , incluso más preferentemente desde alrededor de 1 hasta alrededor de 80 W/pie2/MIN y más preferentemente desde alrededor de 2 hasta alrededor de 40 W/pie2/MIN. La velocidad de flujo total del gas es aproximadamente 16 litros/min, pero no se pretende que sea estrictamente limitativo. El tiempo de tratamiento en plasma (o tiempo de permanencia) de la fibra es de aproximadamente 2 segundos, aunque esto es relativo a las dimensiones del tratador de plasma que se emplee y no se pretende que sea estrictamente limitativo. Una medida más apropiada es la cantidad de tratamiento en plasma en términos de energía de RF aplicada a la fibra por área unitaria durante el tiempo.

El recubrimiento de plasma se define como la activación de la superficie del material continuo de fibras y el paso del material continuo de las fibras activadas a través de una atmósfera que contenga monómeros vinílieos, oligómeros vinilicos o algunas otras especies reactivas . El recubrimiento de plasma puede adicionar funcionalidad química muy específica a la superficie de la fibra y puede adicionar un carácter polimérico diferente a la superficie de la fibra. En un tratamiento de fluoracion directo, las superficies de las fibras se modifican por la fluoracion directa de las fibras con el flúor elemental. Por ejemplo, las superficies de las fibras pueden ser fluoradas poniendo en contacto las superficies de las fibras con una mezcla de 10% F2/90% He a 25°C para depositar flúor elemental sobre dichas superficies. El flúor elemental presente sobre las superficies de las fibras sirve como grupos funcionales para unirse con los materiales de recubrimiento subsecuentemente aplicados. Véase también, por ejemplo, las Patentes U.S. 3,988,491 y 4,020,223, las cuales se incorporan en la presente para referencia, las cuales enseñan la fluoracion directa de las fibras utilizando una mezcla de flúor elemental, oxígeno elemental y un gas acarreador. La formación de injertos con UV también es un proceso bien conocido en la técnica.

En un proceso optativo de formación de injertos con luz UV de una superficie de fibra para protección balística, las fibras (o tela) se remojan en una solución de un monómero, fotosensibilizador y un solvente para recubrir al menos parcialmente las superficies de las fibras/tela con el monómero y fotosensibilizador . Las fibras recubiertas luego son irradiadas con irradiación de luz UV, como se sabe bien en la técnica. La selección particular del tipo de monómero, tipo de fotosensibilizador y tipo de solvente variará como lo desee y determine fácilmente un experto en la técnica. Por ejemplo, los grupos acrilamida pueden ser injertados sobre cadenas de polímeros UHMWPE a través de un monómero formador del injerto acrilamida, como se discute en el artículo titulado "Estudios sobre la modificación de la superficie de fibras de UHMWPE a través de los injertos iniciados por luz UV" de Jieliang Wang, et al., del Departamento de Química Aplicada, Escuela de Ciencias, Universidad Politécnica del Noroeste, Xi'an, Shaanxi 710072, PR China. Applied Surface Science, Volumen 253, emisión 2, 15 Noviembre 2006, páginas 668-673, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia en la medida de la congruencia con la presente .

Además, las fibras de la invención pueden ser tratadas con uno o más de uno de estos tratamientos optativos. Por ejemplo, las fibras pueden ser raspadas por mordentado crómico y tratadas con plasma, o tratadas en corona y recubiertas con plasma, o tratadas con plasma y recubiertas con plasma. Además, los materiales compuestos y las telas de la invención pueden contener algunas fibras que sean tratadas y algunas fibras que no sean tratadas. Por ejemplo, los materiales compuestos de la presente pueden ser fabricados a partir de algunas fibras que sean tratadas en corona y algunas fibras que sean tratadas con plasma, o algunas fibras que sean fluoradas y algunas fibras que no sean fluoradas.

Cada uno de estos tratamientos se realizará después de la eliminación al menos parcial del acabado de la superficie de las fibras pero antes de la aplicación de cualquier resina aglomerante/matriz u otros adsorbatos/recubrimientos de superficie. El tratamiento de las superficies de las fibras expuestas inmediatamente antes de recubrir el material continuo de las fibras alineadas con un material o resina aglomerante polimérica es más preferido porque ocasionará el menos rompimiento al proceso de fabricación de las fibras y dejará la fibra en un estado modificado y desprotegido para el periodo de tiempo más corto. Es ideal retirar el acabado de la superficie de las fibras y tratar las superficies de fibras expuestas inmediatamente después de desenrollar las fibras de un carrete de fibras (el paquete de fibras devanadas) y alinear las fibras en un material continuo de fibras, seguido por el recubrimiento o impregnación inmediata de las fibras con un recubrimiento polimérico/resina . Este procedimiento también dejará a las fibras en un estado tratado y no recubierto para la duración más corta del tiempo si existen problemas acerca de la vida útil o la velocidad de decaimiento de la modificación de la superficie de la fibra. Sin embargo, es ideal principalmente ocasionar la menor ruptura al proceso de fabricación total, y no necesariamente para obtener una mejoría en la resistencia a cizalladura de solapas o el funcionamiento BFS del material compuesto.

Los materiales compuestos fibrosos producidos de acuerdo con los métodos que se describen en la presente se han encontrado que presentan excelentes propiedades de deformación del respaldo. Lo anterior es particularmente evidente cuando las fibras componentes son fibras de polietileno, las cuales son naturalmente superiores a otras fibras en sus capacidades de resistencia balística, pero tienen una menor afinidad natural para recubrimientos poliméricos. El tratamiento de las superficies de las fibras de polietileno con cualquier combinación de tratamientos como se describe en lo anterior, antes de la fabricación de las telas a base de polietileno formadas a partir de éstas, obtiene una combinación de propiedades estructurales, resistencia a la penetración balística y propiedades de resistencia a la deformación del respaldo que son comparativamente superiores a cualquier otro tipo de fibra, incluso a las fibras de aramida.

En este sentido, los materiales compuestos fibrosos de la invención tienen una resistencia a la deformación del respaldo preferida de menos que aproximadamente 8 mm cuando se mide para un material compuesto que tenga una densidad por área de 2.0 lb/pie2 cuando choca con un proyectil FMJ RN de 9 mm, 124-grain disparado a una velocidad desde aproximadamente 427 m/s hasta aproximadamente 445 m/s (1430 pie/segundo (pps) ± 30 pps) . Esto no quiere decir que todos los materiales compuestos fibrosos o artículos de la invención tendrán una densidad por área de 2.0 lb/pie2, ni que todos los materiales compuestos o artículos fibrosos de la invención tendrán una BFS de 8 mm contra un proyectil FMJ RN a dicha velocidad. Esto solo identifica que los materiales compuestos fabricados de acuerdo con los procesos de la invención se caracterizan en que cuando se fabrican en un panel de 2.0 lb/pie2, que el tablero de 2.0 lb/pie2 tendrá una BFS de menos que aproximadamente 8 mm contra un proyectil FMJ RN a dicha velocidad. También debe entenderse que los términos BFS, deformación del respaldo, firma del trauma y trauma por fuerza contusa no son medidas de la profundidad de la depresión del material compuesto debido al choque del proyectil, sino más bien son medidas de la profundidad de la depresión observada en un material de respaldo o en el cuerpo de un usuario debido al choque de un proyectil. Esto es particularmente importante para el estudio de blindajes duros, particularmente blindajes de casos, ya que la BFS de los cascos normalmente se prueba colocando un casco prototipo sobre una forma de cabeza metálica, donde el casco es mantenido sobre la forma de cabeza por un sistema de suspensión que separa el casco de la forma de cabeza por ½ pulgada (1.27 cm) . Las secciones de la forma de la cabeza se llenan con arcilla y se mide la profundidad de la depresión en estas áreas de arcilla como la BFS sin incluir la profundidad de la separación de ½ pulgada en la medición. Esto se hace con el propósito de correlacionar la prueba de laboratorio de la BFS con la BFS real experimentada por un soldado durante el uso en campo, donde un casco común incorpora un desplazamiento típico de ½ pulgada a partir de la cabeza, debido al acojinamiento interior del casco o un sistema de suspensión/arnés de retención. La BFS del blindaje suave, por otra parte, se prueba tradicionalmente colocando del blindaje directamente sobre la superficie de arcilla sin separación, lo cual es coherente con su posición durante el uso real en campo. Por consiguiente, las mediciones de la profundidad BFS son respecto al método analítico que se utilice, y cuando se comparan las mediciones de la profundidad BFS, es necesario identificar si el método analítico utilizado requirió o no la colocación de la muestra a ensayar directamente sobre un material de respaldo o se separó del material de respaldo. En este sentido, la prueba BFS de los materiales compuestos fibrosos de la invención todas fueron medidas con una separación de ½ pulgada entre la muestra de 2.0 lb/pie2 y el material de respaldo arcilloso. En las modalidades preferidas de la invención, los materiales compuestos fibrosos de la invención tienen una deformación del respaldo más preferida de menos de aproximadamente 7 mm cuando chocan con un proyectil FMJ de 9 mm, grain 124 disparado a una velocidad desde aproximadamente 427 m/s hasta aproximadamente 445 m/s en condiciones de disparo del proyectil de la norma NIJ 0101.04, más preferentemente, menos de aproximadamente 6 mm, más preferentemente menos de aproximadamente 5 mm, más preferentemente menos de aproximadamente 4 mm, más preferentemente menos de aproximadamente 3 mm, más preferentemente menos de aproximadamente 2 mm, y más preferentemente tienen una deformación del respaldo de menos de aproximadamente 1 mm cuando choca con un proyectil FMJ RN de 9 mm, grain 124 (una bala que contiene aproximadamente 90% de cobre y 10% de zinc excluyendo la base) disparado a una velocidad desde aproximadamente 427 m/s hasta aproximadamente 445 m/s. la prueba de BFS contra un proyectil FMJ RN de 9 mm, grain 124 disparado a una velocidad desde aproximadamente 427 m/s hasta aproximadamente 445 m/s es común en la técnica. Dichos materiales compuestos fibrosos que logran estos valores de BFS cada uno contiene una pluralidad de capas de fibras adosadas, cada capa de fibra contiene fibras que tienen superficies que están al menos parcialmente cubiertas con un material polimérico, en donde dichas fibras son predominantemente libres de un acabado de la superficie de las fibras para que dicho material polimérico esté predominantemente en contacto directo con las superficies de las fibras, y tienen una resistencia a cizalladura de solapas interlaminar entre las capas de fibra a aproximadamente temperatura ambiente [sic] de al menos aproximadamente 170 lbf, más preferentemente al menos aproximadamente 185 lbf, más preferentemente al menos aproximadamente 200 lbf, más preferentemente al menos aproximadamente 225 lbf, más preferentemente al menos aproximadamente 250 lbf más preferentemente al menos aproximadamente 275 lbf y más preferentemente al menos aproximadamente 300 lbf entre chapas de fibras. Dichos materiales compuestos fibrosos que obtienen estos valores de BFS y tal resistencia a cizalladura de solapas interlaminar también preferentemente presentan una V50 contra un proyectil simulador de fragmentos (FSP) de 17-grain de al menos aproximadamente 1750 pies/s (pps) (533.40 m/s) , más preferentemente al menos aproximadamente 1800 pps (548.64 m/s), incluso más preferentemente al menos aproximadamente 1850 pps (563.88 m/s) y más preferentemente al menos alrededor de 1900 pps (579.12 m/s). Todos los valores V50 anteriores son para paneles blindados que tengan una densidad por área del material compuesto de aproximadamente 1.0 lbs/pie2 (psf) (4.88 kg/m2 (ksm) ) . Todos los valores de BFS antes mencionados son para tableros blindados que tengan una densidad por área del material compuesto de aproximadamente 2.0 lbs/pie2 (psf) (7.96 kg/m2 (ksm)). Al igual que con la BFS, esto no quiere decir que todos los materiales compuestos o artículos fibrosos de la invención tendrán una densidad por área particular, ni que todos los materiales compuestos o artículos fibrosos de la invención tendrán una V50 contra un FSP de 17 grain de al menos aproximadamente 1750 pies/s. Esto solo identifica que los compuestos fabricados de acuerdo con los procesos de la invención se caracterizan en que cuando se fabrican en un panel de 1.0 lbs/pie2, este panel de 1.0 lbs/pie2 tendrá una V50 contra un FSP de 17 grain de al menos aproximadamente 1750 pie/s.

Las capas de fibra y los materiales compuestos que se forman en la presente preferentemente son materiales compuestos con resistencia balística que se forman a partir de fibras poliméricas de alta resistencia, alto módulo de tracción. Más preferentemente, las fibras consisten en fibras de alta resistencia, alto módulo de tracción las cuales son útiles para la formación de materiales y artículos con resistencia balística. Cuando se utiliza en la presente, una "fibra de alta resistencia, alto módulo de tracción" es aquella que tiene una tenacidad preferida de al menos aproximadamente 7 g/denier o más, un módulo de tracción preferido de al menos aproximadamente 150 g/denier o más, y preferentemente una energía a ruptura de al menos aproximadamente 8 J/g o más, cada uno medido por la norma ASTM D2256. Cuando se utiliza en la presente, el término "denier" se refiere a la unidad de densidad lineal, igual a la masa en gramos por 9000 metros de fibra o hilo. Cuando se utiliza en la presente, el término "tenacidad" se refiere al esfuerzo por tracción expresado como fuerza (gramos) por densidad lineal unitaria (denier) de un espécimen no sometido a tensión. El "módulo inicial" de una fibra es la propiedad de un material representativo de su resistencia a la deformación. El término "módulo de tracción" se refiere a la relación del cambio en la tenacidad, expresado en gramos-fuerza por denier (g/d) al cambio en deformación, expresado como una fracción de la longitud de la fibra original (pulgada/pulgada) .

Los polímeros que forman la fibras preferentemente son fibras de alta resistencia, alto módulo de tracción apropiadas para la fabricación de compuestos/telas con resistencia balística. Los materiales de fibras con alta resistencia, alto módulo de tracción que son particularmente apropiados para la formación de materiales compuestos y artículos con resistencia balística incluyen fibras de poliolefinas , incluso polietileno de alta densidad y de baja densidad. Particularmente preferidas son las fibras de poliolefinas de cadenas extendidas, como pueden ser las fibras de polietileno de peso molecular alto, altamente orientadas, particularmente fibras de polietileno de peso molecular ultra alto y fibras de polipropileno, particularmente fibras de polipropileno de peso molecular ultra-alto. También apropiadas son las fibras de aramida, particularmente las fibras de para-aramida, fibras de poliamida, fibras de politereftalato de etileno, fibras de polinaftalato de etileno, fibras de polialcohol vinílico de cadena extendida, fibras de poliacrilonitrilo de cadena extendida, fibras de polibenzazol , como puede ser polibenzoxazol (PBO) y fibras de polibenzotiazol (PBT) , fibras de copoliéster de cristal líquido y otras fibras de varillas rígidas como las fibras M5®. Cada uno de estos tipos de fibras es comúnmente conocido en la técnica. También apropiados para producir fibras poliméricas son los copolímeros, polímeros en bloque y mezclas de los materiales antes mencionados .

Los tipos de fibras más preferidos para telas con resistencia balística incluyen polietileno, particularmente fibras de polietileno de cadena extendida, fibras de aramida, fibras de polibenzazol, fibras de copoliéster cristal líquido, fibras de polipropileno, fibras de polipropileno de cadena extendida en particular las altamente orientadas, fibras de polialcohol vinílico, fibras de poliacrilonitrilo y otras fibras de varillas rígidas, particularmente las fibras M5®. Las fibras específicamente más preferidas son fibras de aramida.

En el caso de polietileno, las fibras preferidas son polietileno de cadena extendida que tienen pesos moleculares de al menos 500,000, preferentemente al menos un millón y más preferentemente entre dos millones y cinco millones. Tales fibras de polietileno de cadena extendida (ECPE) pueden ser crecidas en procesos de hilado en solución como pueden ser los descritos en la Patente U.S. 4,137,394 o 4,356,138, las cuales se incorporan en la presente para referencia, o pueden ser hiladas a partir de una solución para formar una estructura de gel, como pueden ser las descritas en la Patente U.S. 4,551,296 y 5,006,390, las cuales también se incorporan en la presente para referencia. Un tipo de fibra particularmente preferido para utilizarlo en la invención son las fibras de polietileno comercializadas con la marca SPECTRA® de Honeywell International Inc. Las fibras SPECTRA® son bien conocidas en la técnica y están descritas, por ejemplo, en las Patentes U.S. 4,623,547 y 4,748,064. Además de polietileno, otro tipo de fibra de poliolefina útil es polipropileno (fibras o cintas), como pueden ser las fibras TEGRIS® disponibles en el comercio de Milliken & Company de Spartanburg, South Carolina.

También particularmente preferidas son las fibras de aramida (poliamida aromática) o para-aramida . Estas están a la disposición en el comercio y están descritas, por ejemplo, en la Patente U.S. 3,671,542. Por ejemplo, los filamentos de poli (p-fenileno tereftalamida) útiles son producidas en forma comercial por DuPont con la marca KEVLAR®. También útiles en la práctica de esta invención son las fibras de poli (m-fenileno isoftalamida) producidas para el comercio por DuPont con la marca NOMEX® y las fibras producidas para el comercio por Teijin bajo la marca TWARON®; las fibras de aramida producidas para el comercio por olon Industries, Inc., de Corea con la marca HERACRON®; fibras de p-aramida SVM™ y RUSAR™ las cuales se producen para el comercio por Kamensk Volokno JSC de Rusia y las fibras de p-aramida AR OS™ producidas para el comercio por JSC Chim Volokno de Rusia.

Las fibras de polibenzazol apropiadas para la práctica de esta invención están a la disposición en el comercio y están descritas, por ejemplo en las Patentes U.S. 5,286,833, 5,296,185, 5,356,584, 5,534,205 y 6,040,050, cada una de las cuales se incorpora en la presente para referencia. Las fibras de copoliéster cristal líquido apropiadas para la práctica de esta invención están a la disposición en el comercio y están descritas, por ejemplo, en las Patentes U.S. 3,975,487; 4,118,372 y 4,161,470, cada una de las cuales se incorpora en la presente para referencia. Las fibras de polipropileno apropiadas incluyen fibras de polipropileno de cadena extendida (ECPP) altamente orientadas como está descrito en la Patente U.S. 4,413,110, la cual se incorpora en la presente para referencia. Las fibras de polialcohol vinílico (PV-OH) apropiadas están descritas, por ejemplo, en las Patentes U.S. 4,440,711 y 4,599,267 las cuales se incorporan en la presente para referencia. Las fibras de poliacrilonitrilo (PAN) apropiadas están descritas, por ejemplo, en la Patente U.S. 4,535,027, la cual se incorpora en la presente para referencia. Cada uno de estos tipos de fibras es conocido y ampliamente comercializado .

Las fibras M5® se forman a partir de piridobisimidazol-2, 6-diil (2 , 5-dihidroxi-p-fenileno) y son fabricadas por Magellan Systems International de Richmond, Virginia y están descritas, por ejemplo, en las Patentes U.S. 5,674,969, 5,939,553, 5,945,537, y 6,040,478, cada una de las cuales se incorpora en la presente para referencia. También son apropiadas las combinaciones de todos los materiales antes mencionados, todos los cuales están a la disposición en el comercio. Por ejemplo, las capas fibrosas pueden ser formadas a partir de una combinación de una o más de las fibras de aramida, fibras de UHMWPE (p. ej . , fibras SPECTRA®) , fibras de carbono, etc., así como materiales de fibra de vidrio y otros materiales de menor desempeño. Sin embargo, los valores de BFS y V 0 pueden variar por el tipo de fibra.

Las fibras pueden ser de cualquier denier apropiado, como puede ser, por ejemplo, de 50 hasta aproximadamente 3000 denier, más preferentemente desde aproximadamente 200 hasta 3 000 denier, todavía más preferentemente desde alrededor de 650 hasta alrededor de 2000 denier, y más preferentemente desde alrededor de 800 hasta alrededor de 1500 denier. La selección es regulada por consideraciones como la eficacia balística y el costo. Las fibras más finas son más costosas para su fabricación y para tejerlas, pero pueden producir mayor eficacia balística por peso unitario.

Como se indica en lo anterior, una fibra de alta resistencia, alto módulo de tracción es aquella que tiene una tenacidad preferida de aproximadamente 7 g/denier o más, un módulo de tracción preferido de aproximadamente 150 g/denier o más y una energía a ruptura preferida de aproximadamente 8 J/g o más, cada uno medido por la norma ASTM D2256. En la modalidad preferida de la invención, la tenacidad de las fibras debe ser alrededor de 15 g/denier o más, preferentemente alrededor de 20 g/denier o más, más preferentemente alrededor de 25 g/denier, todavía más preferentemente alrededor de 30 g/denier o más, todavía más preferentemente alrededor de 37 g/denier o más, todavía más preferentemente alrededor de 40 g/denier o más, todavía más preferentemente alrededor de 45 g/denier o más, todavía más preferentemente alrededor de 50 g/denier o más, todavía más preferentemente alrededor de 55 g/denier o más y más preferentemente alrededor de 60 g/denier o más . Las fibras preferidas también tienen un módulo de tracción preferido de alrededor de 300 g/denier o más, más preferentemente alrededor de 400 g/denier o más, más preferentemente alrededor de 500 g/denier o más, más preferentemente alrededor de 1,000 g/denier o más y más preferentemente alrededor de 1,500 g/denier o más. Las fibras preferidas también tienen una energía a ruptura preferida de aproximadamente 15 J/g o más, más preferentemente alrededor de 25 J/g o más, más preferentemente alrededor de 30 J/g o más y más preferentemente tienen una energía a ruptura de aproximadamente 40 J/g o más. Estas propiedades de alta resistencia combinadas pueden obtenerse empleando los procesos bien conocidos. Las Patentes U.S. 4,413,110, 4,440,711, 4,535,027, 4,457,985, 4,623,547 4,650,710 y 4,748,064 analizan en general la formación de las fibras de polietileno de cadena extendida, de alta resistencia, preferidas. Estos métodos, incluso los procesos de las fibras crecidas en solución o en gel , son bien conocidos en la técnica. Los métodos para formar cada uno de los otros tipos de fibras preferidas, incluso las fibras de para-aramida, también son comúnmente conocidos en la técnica, y las fibras están a la disposición en el comercio. Los materiales compuestos fibrosos de la invención también preferentemente contienen fibras que tienen una densidad por área de las fibras de alrededor de 1.7 g/cm3 o menos.

Después de retirar al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras según se desee, y después de que las superficies de las fibras sean opcionalmente tratadas en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras, entonces opcionalmente se aplica un adsorbato sobre al menos una parte de al menos algunas de las fibras . Cuando se utiliza en la presente, el término "adsorción" (o "adsorbibilidad" o "adsorber") se propone ampliamente para comprender la fisisorción y quimisorción de cualquier material (sólido, líquido, gas o plasma) sobre la superficie de las fibras, donde "fisisorción" se define en la presente como la unión física de un material sobre la superficie de las fibras, y "quimisorción" se define en la presente como la unión química de un material sobre la superficie de las fibras, donde ocurre reacción química en la superficie expuesta de la fibra (es decir, el adsorbente). El término "adsorción", cuando se utiliza en la presente está destinado a incluir cualquier medio posible de unión, adhesión o aglomeración de un material a una superficie sustrato, por métodos físicos o químicos, sin limitación, incluso medios para aumentar la humectación/adhesión de las fibras en las matrices poliméricas. Lo anterior incluye expresamente la adhesión o recubrimiento de cualquier material sólido, líquido o gaseoso sobre las superficies de las fibras, incluso cualquier monómero, oligómero, polímero o resina, e incluso la aplicación de cualquier material orgánico o material inorgánico sobre las superficies de las fibras . En este sentido, la definición de "adsorbato" no está destinada a ser limitativo e incluye expresamente todos los polímeros útiles como materiales aglomerantes poliméricos, resinas o materiales matriz polimérica. Sin embargo, para los fines de esta invención, la clase de adsorbatos útiles excluye expresamente materiales que no tengan propiedades aglomerantes, incluso sustancias de acabado de superficies de fibras como pueden ser los materiales de acabado por hilatura, los cuales no son materiales aglomerantes que tengan propiedades aglomerantes y que, al contrario, se remuevan específicamente de las superficies de las fibras de acuerdo con la invención. El término "adsorbato" también incluye expresamente materiales inorgánicos, como óxido de silicio, óxido de titanio, óxido de aluminio, óxido de tantalio, óxido de hafnio, óxido de zirconio, aluminato de titanio, silicato de titanio, aluminato de hafnio, silicato de hafnio, aluminato de zirconio, silicato de zirconio, nitruro de boro o una combinación de estos, como se describe en la publicación de la Solicitud de Patente U. S. de propiedad común No. 2008/0119098, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia .

Aunque se prefiere la aplicación de un adsorbato, esta es optativa. Sin embargo, se prefiere más en la presente que las fibras que forman los materiales tejidos o no tejidos de la invención estén recubiertos o impregnados con material aglomerante polimérico. El material aglomerante polimérico adsorbato, como puede ser una resina, recubre considerablemente cada una de las fibras de cada capa de fibras. El material aglomerante polimérico también se conoce comúnmente en la técnica como un material "matriz polimérica", y estos términos se utilizan de manera indistinta en la presente. Estos términos son conocidos tradicionalmente en la técnica y describen un material que aglomera las fibras entre sí por medio de sus características adhesivas inherentes o después de ser sometidas a condiciones de calor y/o presión bien conocidas. Tal material "matriz polimérica" o "aglomerante polimérico" también puede proporcionar una tela con otras propiedades deseables, como puede ser resistencia a la abrasión y resistencia a las condiciones ambientales perjudiciales, de modo que pueda ser deseable recubrir las fibras con dicho material aglomerante aún cuando sus propiedades aglomerantes no sean importantes, como puede ser con telas tejidas.

Los materiales aglomerantes poliméricos apropiados incluyen materiales elastoméricos de módulo bajo y materiales rígidos de módulo alto. Cuando se utiliza en la presente a lo largo de la descripción, el término módulo de tracción significa el módulo de elasticidad medido por la norma ASTM 2256 para una fibra y por la norma ASTM D638 para un material aglomerante polimérico. Un aglomerante de módulo bajo o alto puede consistir en una variedad de materiales poliméricos y no poliméricos . Un aglomerante polimérico preferido consiste en un material elastomérico de módulo bajo. Para los fines de esta invención, un material elastomérico de módulo bajo tiene un módulo de tracción medido a aproximadamente 6,000 psi (41.4 MPa) o menos de acuerdo con los procedimientos analíticos ASTM D638. Un polímero de módulo bajo preferentemente tiene, el módulo de tracción del elastómero es aproximadamente 4,000 psi (27.6 MPa) o menos, más preferentemente alrededor de 2400 psi (16.5 MPa) o menos, más preferentemente 1200 psi (8.23 MPa) o menos, y más preferentemente es alrededor de 500 psi (3.45 MPa) o menos. La temperatura de transición vitrea (Tg) del elastómero preferentemente es menos de aproximadamente 0°C, más preferentemente menos de aproximadamente -40°C, y más preferentemente menos de aproximadamente -50°C. El elastómero también tiene un alargamiento a ruptura preferido de al menos aproximadamente 50%, más preferentemente al menos aproximadamente 100% y más preferentemente tiene un alargamiento a ruptura de al menos alrededor de 300%.

Como material aglomerante polimérico puede utilizarse una amplia variedad de materiales y formulaciones que tengan un módulo bajo. Los ejemplos representativos incluyen polibutadieno, poliisopreno, caucho natural, copolímeros de etileno-propileno , terpolímeros de etileno-propileno-dieno , polímeros de polisulfuro, elastómeros de poliuretano, polietileno clorosulfonado , policloropreno, policloruro de vinilo plastificado, elastómeros de acrilonitrilo butadieno, poli ( isobutileno-co-isopreno) , poliacrilatos , poliésteres, poliéteres, fluoroelastómeros , elastómeros de silicona, copolímeros de etileno, poliamidas (útiles con algunos tipos de fibra) , acrilonitrilo butadieno estireno, policarbonatos y combinaciones de estos, así como otros polímeros y copolímeros de módulo bajo curables por debajo del punto de fusión de la fibra. También se prefieren mezclas de diferentes materiales elastoméricos, o mezclas de materiales elastoméricos con uno o más termoplásticos .

Particularmente útiles son los copolímeros en bloque de dienos conjugados y monómeros vinilo aromáticos. Butadieno e isopreno son elastómeros dieno conjugado preferidos. Estireno, vinil tolueno y t-butil estireno son monómeros aromáticos conjugados preferidos. Los copolímeros en bloque que incorporan poliisopreno pueden estar hidrogenados para producir elastómeros termoplásticos que tengan segmentos elastoméricos de hidrocarburos saturados. Los polímeros pueden ser copolímeros tri-bloque simples del tipo A-B-A, copolímeros multi-bloque del tipo (AB)n (n= 2-10) o copolímeros de configuración radial del tipo R-(BA)X (x=3-150) ; en donde A es un bloque de un monómero de polivinilo aromático y B es un bloque de un elastómero dieno conjugado. Muchos de estos polímeros son producidos para el comercio por Kraton Polymers de Houston, TX y están descritos en el boletín "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81. También útiles son las dispersiones de resina del copolímero en bloque de estireno-isopreno-estireno (SIS) comercializado con la marca PRTNLIN® y disponible en el comercio de Henkel Technologies, con base en Dusseldorf, Alemania. Los polímeros aglomerantes poliméricos de módulo bajo particularmente preferidos contienen copolímeros en bloque estirénicos comercializados con la marca KRATON® producidos para el comercio por Kraton Polymers . Un material aglomerante polimérico particularmente preferido consiste en un copolímero en bloque de poliestireno-poliisopreno-poliestireno comercializado con la marca KRATON®.

Aunque los materiales aglomerantes de matrices poliméricas de módulo bajo son más útiles para la formación de blindajes flexibles, como pueden ser chalecos son resistencia balística, los materiales rígidos de módulo alto útiles para formar artículos blindados duros, como cascos, son particularmente preferidos en la presente. Los materiales rígidos de módulo alto preferidos generalmente tienen un módulo de tracción inicial mayor que 6,000 psi . Los materiales aglomerantes poliméricos rígidos de módulo alto preferidos, útiles en la presente incluyen poliuretanos (a base de éter y de éster) , epoxis, poliacrilatos , polímeros fenólico/polivinil butiral (PVB) , polímeros de éster vinílico, copolímeros en bloque de estireno-butadieno, así como las mezclas de los polímeros como éster vinílico y ftalato de dialilo o fenol formaldehído y polivinil butiral. Un material aglomerante polimérico rígido particularmente preferido útil en esta invención es un polímero termoestable, preferentemente soluble en solventes con saturación carbono-carbono como puede ser metil etil cetona, y que posean un módulo de tracción alto cuando se curan con al menos aproximadamente lxlO6 psi (6895 Pa) medido por la norma ASTM D638. Los materiales aglomerantes poliméricos rígidos particularmente preferidos son aquellos que están descritos en la Patente U.S. 6,642,159, la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. El aglomerante polimérico, sea un material de módulo bajo o un material de módulo alto, también puede tener materiales de carga como puede ser negro de humo o sílice, pueden ser aumentados con aceites o pueden estar vulcanizados con azufre, peróxido, sistemas de curado por óxido metálico o radiación, como es bien sabido en la técnica.

Los más específicamente preferidos son las resinas polares o polímeros polares, particularmente poliuretanos dentro del intervalo de los materiales blandos y rígidos con un módulo de tracción abarcando desde aproximadamente 2,000 psi (13.79 MPa) hasta aproximadamente 8,000 psi (55.16 MPa). Los poliuretanos preferidos se aplican como dispersiones acuosas de poliuretano que están muy preferentemente, más son necesariamente, libres de cosolvente. Estos incluyen dispersiones acuosas de poliuretano aniónico, dispersiones acuosas de poliuretano catiónico y dispersiones acuosas de poliuretano no iónico. Particularmente preferidas son las dispersiones acuosas de poliuretano aniónico; dispersiones acuosas de poliuretano alifático, y más preferidas son las dispersiones acuosas de poliuretano alifático, aniónico, todas las cuales son preferentemente dispersiones libres de cosolvente. Estas incluyen dispersiones acuosas de poliuretano a base de poliéster aniónico; dispersiones acuosas de poliuretano a base de poliéster alifático; dispersiones acuosas de poliuretano a base de poliéster aifático, aniónico, todas las cuales son preferentemente dispersiones libres de cosolvente. Estas también incluyen dispersiones acuosas de poliuretano de poliéter aniónico; dispersiones acuosas de poliuretano a base de poliéter alifático; y dispersiones acuosas de poliuretano a base de poliéter alifático, aniónico, todas las cuales son preferentemente dispersiones libres de cosolvente. Igualmente preferidas son todas las variaciones correspondientes (a base de poliéster; a base de poliéster alifático; a base de poliéter; a base de poliéter alifático, etc.) de dispersiones acuosas catiónicas y acuosas no iónicas. Más preferida es una dispersión de poliuretano alifático que tiene un módulo de 100% de alargamiento de alrededor de 700 psi o más, con un intervalo particularmente preferido de 700 psi hasta aproximadamente 3000 psi. Más preferidas son las dispersiones de poliuretano alifático que tienen un módulo al 100% de alargamiento de aproximadamente 1000 psi o más, y todavía más preferentemente alrededor de 1100 psi o más. Más preferida es una dispersión de poliuretano aniónico a base de poliéter, alifático que tiene un módulo de 1000 psi o más, preferentemente 1100 psi o más .

Las propiedades de rigidez, impacto y balísticas de los artículos que se forman a partir de los materiales compuestos de la invención se afectan por el módulo de tracción del polímero aglomerante polimérico que recubre las fibras. Por ejemplo, la Patente U.S. 4,623,574 describe que los materiales compuestos reforzados con fibras construidos con matrices elastoméricas que tienen módulos de tracción menores de aproximadamente 6,000 psi (41,300 kPa) tienen propiedades balísticas superiores en comparación con los materiales compuestos construidos con polímeros de módulo mayor, y también en comparación con la misma estructura de fibras sin un material aglomerante polimérico. No obstante, los polímeros de materiales aglomerantes polimérico de módulo de tracción bajo también producen materiales compuestos de rigidez menor. Además, en ciertas aplicaciones, particularmente aquellas donde un material compuesto debe funcionar en modos antibalística y estructurales, existe la necesidad de una combinación superior de resistencia balística y rigidez. Por consiguiente, el tipo más apropiado de polímero aglomerante polimérico que ha de utilizarse variará dependiendo del tipo de artículo que se forme a partir de los materiales compuestos de la invención. Con el fin de obtener un compromiso en ambas propiedades, un aglomerante polimérico apropiado puede combinar tanto materiales con módulo bajo así como materiales con módulo alto para formar un solo aglomerante polimérico.

El material aglomerante polimérico puede ser aplicado en forma simultánea o secuencial a una pluralidad de fibras ordenadas como un material continuo fibroso (p. ej . , un arreglo paralelo o un fieltro) para formar un material continuo recubierto, aplicado a una tela tejida para formar una tela tejida recubierta, o como otro arreglo, para impregnar con ello las capas de fibras con el aglomerante. Cuando se utiliza en la presente, el término "impregnado con" es sinónimo con "incrustado en" así como "recubierto con" o de otro modo aplicado con el recubrimiento donde el material aglomerante se difunde hacia la capa de fibras y no está simplemente sobre la superficie de las capas de fibras. El material polimérico puede también ser aplicado sobre al menos un arreglo de fibras que no sea parte de un material continuo fibroso, seguido por el tejido de las fibras en una tela tejida o seguido por la formulación de una tela no tejida siguiendo los métodos descritos anteriormente en la presente. Las técnicas para formar chapas, capas o telas de fibras tejidas y no tejidas son bien conocidas en la técnica.

Aunque no es necesario, las fibras que forman las capas de fibras tejidas son al menos parcialmente recubiertas con un aglomerante polimérico, seguido por un paso de consolidación semejante al que se hizo con las capas de fibras no tejidas. Tal paso de consolidación puede realizarse para fundir múltiples capas de fibras tejidas entre sí, o para además fundir el aglomerante con las fibras de dicha tela te ida. Por ejemplo, una pluralidad de capas de fibras tejidas no necesariamente tiene que estar consolidada, y puede estar unida por otros medios, como puede ser con adhesivo tradicional o por costura.

En general , el recubrimiento con aglomerante polimérico es necesario para fundir eficientemente, es decir, consolidar, una pluralidad de chapas de fibras no tejidas. El material aglomerante polimérico puede ser aplicado sobre toda el área de superficie de cada una de las fibras o solo sobre un área superficial parcial de las fibras. Más preferentemente, el recubrimiento del material aglomerante polimérico se aplica sobre considerablemente toda el área de superficie de cada fibra individual formando una capa de fibras de la invención. Donde una capa de fibras comprende una pluralidad de hilos, cada fibra que forma una sola hebra de hilo preferentemente se recubre con el material aglomerante polimérico.

Cualquier método de aplicación apropiado puede ser utilizado para aplicar el material aglomerante polimérico, y el término "recubierto" no está destinado a limitar el método por el cual se aplica sobre los filamentos/fibras . El material aglomerante polimérico se aplica directamente sobre las superficies de las fibras utilizando cualquier método apropiado que determinará fácilmente un experto en la técnica, y el aglomerante entonces por lo regular se difunde hacia la capa de las fibras como ya se describió. Por ejemplo, los materiales aglomerantes poliméricos pueden ser aplicados en solución, emulsión o dispersión por aspersión, extrusión o rodillo recubriendo una solución del material polimérico sobre las superficies de las fibras, en donde una parte de la solución contiene el polímero o los polímeros deseados y un parte de la solución contiene un solvente capaz de disolver o dispersar el polímero o los polímeros, seguido por el secado. Dé otro modo, el material aglomerante polimérico puede ser extruido sobre las fibras utilizando las técnicas tradicionales conocidas, como puede ser a través de una boquilla de ranura o a través de otras técnicas como puede ser gravado directo, sistemas de varilla y cuchillo de aire de Meyer, los cuales son bien conocidos en la técnica. Otro método es aplicar un polímero puro del material aglomerante sobre las fibras como un líquido, sólido pegajoso o partículas en suspensión o como un lecho fluidizado. De otro modo, el recubrimiento puede ser aplicado como una solución, emulsión o dispersión en un solvente apropiado que no afecte adversamente las propiedades de las fibras a la temperatura de la aplicación. Por ejemplo, las fibras pueden ser transportadas a través de una solución del material aglomerante polimérico para recubrir considerablemente las fibras y luego secarlas.

En otra técnica de recubrimiento, las fibras pueden ser sumergidas en un baño de una solución que contenga el material aglomerante polimérico disuelto o dispersado en un solvente apropiado, y luego pueden ser secadas por evaporación o volatilización del solvente. Este método preferentemente recubre al menos parcialmente cada una de las fibras con el material polimérico, de preferencia recubriendo o encapsulando considerablemente cada una de las fibras y cubriendo toda o prácticamente toda el área de superficie de los filamentos /fibras con el material aglomerante polimérico. El procedimiento de inmersión puede ser repetido varias veces según sea necesario para colocar una cantidad deseada del material polimérico sobre las fibras.

Otras técnicas para aplicar un recubrimiento a las fibras puede ser utilizado, incluso el recubrimiento de un precursor de la fibra en gel cuando sea apropiado, como puede ser haciendo pasar la fibra en gel a través de una solución del polímero de recubrimiento apropiado en las condiciones para lograr el recubrimiento deseado. De otro modo, las fibras pueden ser extruidas en un lecho fluidizado de un polvo polimérico apropiado.

Aunque es necesario que las fibras sean recubiertas con el aglomerante polimérico después de la al menos eliminación parcial del acabado de la superficie de las fibras, y preferentemente después de un tratamiento de superficie que mejore la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras, las fibras pueden ser recubiertas con el aglomerante polimérico antes o después de que las fibras se ordenen en una o más chapas/capas, o antes o después de que las fibras sean tejidas en una tela tejida. Las telas tejidas pueden ser formadas utilizando las técnicas bien conocidas en la materia utilizando cualquier tejido de tela, como puede ser el tejido plano, el tejido pata de gallo, tejido de canasta, tejido de satín, tejido de sarga y similares. El tejido plano es más común, donde las fibras se tejen entre sí en una orientación ortogonal 0°/90°. Antes o después de tejido, cada una de las fibras de cada material de tela tejida puede o no ser recubierto con el material aglomerante polimérico. Por lo regular, el tejido de la tela se hace antes de recubrir las fibras con el aglomerante polimérico, donde las telas tejidas con ello son impregnadas con el aglomerante. Sin embargo, la invención no está destinada a estar limitada por el estadio en el cual se aplica el aglomerante polimérico a las fibras, ni por el medio utilizado para aplicar el aglomerante polimérico.

Los métodos para la producción de telas no tejidas son bien conocidos en la materia. En las modalidades preferidas de la presente, una pluralidad de fibras se acomoda en al menos un arreglo, por lo regular se ordenan como un material continuo de fibras que contenga una pluralidad de fibras alineadas en un arreglo unidireccional, considerablemente paralelo. Como se menciona en lo anterior, en un proceso común para formar chapas de fibras alineadas unidireccionalmente, no tejidas, los manojos de fibras son abastecidos desde un carrete y conducidos a través de guías y una o más barras dispersadoras hacia un peine colimador, seguido por el recubrimiento de las fibras con un material aglomerante polimérico. Un manojo de fibras típico tendrá desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 2000 fibras individuales . Las barras dispersadoras y el peine colimador dispersan y separan las fibras atadas, reorganizándolas lado a lado en un modo coplanar. La dispersión ideal de las fibras a lugar a los filamentos individuales o las fibras individuales estando colocadas unas junto a otras en un solo plano de fibras, formando un arreglo paralelo, considerablemente unidireccional de las fibras sin que las fibras se traslapen entre sí. En este punto, la eliminación del acabado de la superficie de las fibras antes o durante este paso de dispersión puede mejorar y acelerar la dispersión de las fibras en tal arreglo paralelo.

Después de que las fibras sean recubiertas con el material aglomerante, las fibras recubiertas se forman en capas de fibras no tejidas que comprenden una pluralidad de chapas de fibras no tejidas traslapantes que se consolidan en un elemento monolítico, unicapa. En una estructura preferida de la tela no tejida de la invención, una pluralidad de unicintas apiladas, traslapadas se forma, en donde las fibras paralelas de cada chapa única (unicinta) se posicionan en forma ortogonal a las fibras paralelas de cada chapa única adosada respecto a la dirección longitudinal de las fibras de cada chapa individual . La pila de chapas de fibras no tejidas traslapantes se consolida bajo calor y presión, o por adhesión de los recubrimientos de las chapas de las fibras individuales, para formar un elemento monolítico, unicapa que también se conoce en la técnica como una red consolidada unicapa, donde una "red consolidada" describe una combinación consolidada (fusionada) de chapas de fibras con la matriz/aglomerante polimérico. Los artículos de la invención también pueden contener combinaciones híbridas consolidadas de telas tejidas y telas no tejidas, así como combinaciones de telas no tejidas formadas a partir de chapas de fibras unidireccionales y telas de fieltro no tejidas.

Más comúnmente, las capas de fibras o telas no tejidas incluyen desde 1 hasta aproximadamente 6 chapas, pero pueden incluir tanto como aproximadamente 10 hasta 20 chapas según se desee para diversas aplicaciones. El número más grande de chapas se traduce en mayor resistencia balística, pero también en mayor peso. Por consiguiente, el número de chapas de fibras que forman un material compuesto de capas de fibras ylo un material compuesto de telas o una artículo de la invención varía, dependiendo del uso final de la tela o el artículo. Por ejemplo, en los chalecos blindados para el cuerpo para aplicaciones militares, para formar un material compuesto para el artículo que tenga un valor deseado de 1.0 libras por pie cuadrado o densidad por área menor (4.9 kg/m2) , puede ser necesario un total de aproximadamente 100 chapas (o capas) hasta aproximadamente 50 chapas individuales (o capas) , en donde las chapas /capas pueden ser telas tejidas, de tejido de punto, de fieltro o no tejidas (con las fibras orientadas en paralelo u otros arreglos) formadas a partir de fibras de alta resistencia descritas en la presente. En otra modalidad, los chalecos blindados para el cuerpo para utilizarlos en aplicación de la ley pueden tener un número de chapas /capas con base en el nivel de amenaza de acuerdo con el NU. Por ejemplo, para un chaleco para nivel de amenaza IIIA de acuerdo con el NIJ, puede haber un total de 40 chapas. Para un nivel de amenaza menor de acuerdo con el NIJ, pueden emplearse menos chapas/capas. La invención permite la incorporación de un mayor número de chapas de fibras para obtener el nivel deseado de protección balística sin aumentar el peso de la tela en comparación con otras estructuras de resistencia balística conocidas.

Como se sabe tradicionalmente en la técnica, la resistencia balística excelente se obtiene cuando chapas de fibras individuales se contrachapan de modo que la dirección de la alineación de las fibras de una chapa se gira en un ángulo con respecto a la dirección de alineamiento de las fibras de otra chapa. Más preferentemente, las chapas de fibras se contrachapan en una orientación ortogonal en ángulos de 0o y 90°, pero las chapas adosadas pueden estar alineadas en prácticamente cualquier ángulo entre aproximadamente 0o y aproximadamente 90° con respecto a la dirección longitudinal de las fibras de otra chapa. Por ejemplo, una estructura no tejida de cinco chapas puede tener las chapas orientadas a 0s/45e/90s/45a/0° u otros ángulos. Estos alineamientos unidireccionales girados están descritos, por ejemplo, en las Patentes U.S. 4,457,985; 4,748,064; 4,916,000; 4,403,012; 4,623,574; y 4,737,402, todas las cuales se incorporan en la presente para referencia en la medida en que no sean compatibles con la presente.

Los métodos para consolidar las chapas de fibras para formar las capas de fibras y los materiales compuestos son bien conocidos, como pueden ser por los métodos que están descritos en la Patente U.S. 6,642,159. La consolidación se puede hacer por secado, enfriamiento, calentamiento, presión o una combinación de estos. El calor y/o presión pueden no ser necesarios, ya que las fibras o las capas de las telas pueden estar solo pegadas entre sí, como es el caso en un proceso de laminación húmeda. Por lo regular, la consolidación se hace colocando cada una de las chapas de fibras una sobre la otra en condiciones de calor y presión suficientes para hacer que las chapas se combinen en una tela unitaria. La consolidación puede hacerse a temperaturas que abarquen desde aproximadamente 50°C hasta aproximadamente 175°C, preferentemente desde aproximadamente 105°C hasta aproximadamente 175 °C, y a presiones que abarquen desde aproximadamente 5 psig (0.034 Pa) hasta aproximadamente 2500 psig (17 MPa), durante desde aproximadamente 0.01 segundos hasta aproximadamente 24 horas, preferentemente desde aproximadamente 0.02 segundos hasta aproximadamente 2 horas. Cuando se calientan, es posible que el aglomerante polimérico que recubre pueda provocar la adhesión o el flujo sin fusión completa. Sin embargo, en general, si el material aglomerante polimérico (si es uno que sea capaz de fusión) se hace fundir, se necesita relativamente poca presión para formar el material compuesto, mientras que si el material aglomerante solo se calienta hasta un punto de pegajosidad, por lo regular se necesita más presión. Como se sabe tradicionalmente en la técnica, la consolidación se puede llevar a cabo en un equipo de calandrado, un laminador de lecho plano, una prensa o en una autoclave. Más comúnmente, una pluralidad de materiales continuos de fibras ortogonales se "encolan" entre si con el polímero aglomerante y corren a través de un laminador de lecho plano para mejorar la uniformidad y la resistencia de la unión. Además, los pasos de consolidación/aplicación del polímero/aglomerado puede consistir en dos pasos diferentes o un solo paso de consolidación/laminación.

En otro método, la consolidación se puede lograr moldeando bajo calor y presión en un aparato de moldeo apropiado. En general, el moldeo se hace a una presión desde aproximadamente 50 psi ( 344 . 7 kPa) hasta aproximadamente 5 , 000 psi ( 34 , 470 kPa) , más preferentemente alrededor de 100 psi ( 689 . 5 kPa) hasta aproximadamente 3 , 000 psi ( 20 , 680 kPa) , más preferentemente alrededor de 150 psi ( 1 , 034 kPa) hasta aproximadamente 1 , 500 psi ( 10 , 340 kPa) . El moldeo de otro modo se puede hacer a mayores presiones de, desde aproximadamente 5,000 psi (34,470 kPa) hasta aproximadamente 15,000 psi (103,410 kPa) , más preferentemente desde alrededor de 750 psi (5,171 kPa) hasta aproximadamente 5,000 psi, y más preferentemente desde alrededor de 1,000 psi hasta aproximadamente 5,000 psi. El paso de moldeo puede tomar desde aproximadamente 4 segundos hasta aproximadamente 45 minutos. Las temperaturas de moldeo preferidas abarcan desde aproximadamente 200°F (~93°C) hasta aproximadamente 350°F (~177°C) , más preferentemente a una temperatura desde aproximadamente 200°F hasta aproximadamente 300°F y más preferentemente a una temperatura desde aproximadamente 200°F hasta aproximadamente 280°F. La presión a la cual las capas de fibras y los materiales compuestos de tela de la invención se moldean por lo regular tiene un efecto directo sobre la rigidez o flexibilidad del producto moldeado obtenido. El moldeo a una presión mayor generalmente produce materiales más rígidos, hasta un cierto límite. Además de la presión de moldeo, la cantidad, espesor y composición de las chapas de las fibras y el tipo de recubrimiento del aglomerante polimérico también afecta directamente la rigidez de los artículos que se forman a partir de los materiales compuestos.

Aunque cada una de las técnicas de moldeo y consolidación que se describen en la presente es semejante, cada proceso es diferente. En particular, el moldeo es un proceso en lotes y la consolidación es un proceso generalmente continuo. Más aún, el moldeo por lo regular implica el uso de un molde, como puede ser un molde conformado o un molde de matriz acoplada cuando se forma un panel plano, y no necesariamente da lugar a un producto plano. Normalmente la consolidación se hace en un laminador de lecho plano, un equipo de rodillos de calandrado o como una laminación húmeda para producir telas de blindaje corporal blandas (flexible). El moldeo por lo regular es reservado para la fabricación de blindajes duros, p. ej . , placas rígidas. En cualquier proceso, las temperaturas, presiones y tiempos apropiados generalmente dependerán del tipo de materiales de recubrimiento aglomerante polimérico, el contenido del aglomerante polimérico, el proceso que se utilice y el tipo de fibra.

Para producir un artículo de tela que tenga suficientes propiedades de resistencia balística, el peso total del recubrimiento aglomerante/matriz preferentemente comprende desde aproximadamente 2% hasta aproximadamente 50% en peso, más preferentemente desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 30%, más preferentemente desde alrededor de 7% hasta aproximadamente 20%, y más preferentemente desde alrededor de 11% hasta aproximadamente 16% en peso de las fibras más el peso del recubrimiento, en donde 16% es mas preferido para telas no tejidas. Un menor contenido de aglomerante/matriz es apropiado para telas tejidas, en donde el contenido del aglomerante polimérico mayor de cero pero menor de 10% en peso de las fibras más el peso del recubrimiento es normalmente más preferido. Lo anterior no se propone como limitativo. Por ejemplo, las telas de aramida tejidas impregnadas de fenólico/PVB algunas veces se fabrican con un mayor contenido de resina desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 30%, aunque por lo regular se prefiere un contenido alrededor de 12%.

Luego del tejido o consolidación de las capas de fibras, una capa de polímero termoplástico optativa puede ser unida a una o ambas de las superficies externas del material compuesto fibroso a través de métodos tradicionales. Los polímeros apropiados para la capa de polímero termoplástico incluyen no exclusivamente polímeros termoplásticos no exclusivamente pueden ser seleccionados [sic] a partir del grupo que consiste en poliolefinas , poliamidas, poliésteres (particularmente tereftalato de polietileno (PET) y copolímeros PET) , poliuretanos , polímeros de vinilo, copolímeros de etileno-alcohol vinílico, copolímeros de etileño-octano, copolímeros de acrilonitrilo , polímeros acrílieos, polímeros de vinilo, policarbonatos , poliestírenos , fluoropolímeros y similares, así como co-polímeros y mezclas de estos, incluso etileno acetato de vinilo (EVA) y etileno ácido acrílico. También son útiles los polímeros de caucho natural y sintético. De estos, se prefieren las capas de poliolefinas y poliamida. La poliolefina preferida es un polietileno. Los ejemplos no limitativos de los polietilenos útiles son polietileno de densidad baja (LDPE) , polietileno de densidad baja lineal (LLDPE) , polietileno de densidad media (MDPE) , polietileno de densidad media lineal (LMDPE) , polietileno de densidad muy baja lineal (VLDPE) , polietileno de densidad ultra baja, lineal (ULDPE) , polietileno de densidad alta (HDPE) y co-polímeros y mezclas de estos. También son útiles los materiales continuos de poliamida SPU FAB® disponibles en el comercio de Spunfab, Ltd, de Cuyahoga Falls, Ohio (marca registrada para Keuchel Associates, Inc.), así como los materiales continuos, redes y películas THERMOPLAST™ y HELIOPLAST™, disponibles en el comercio de Protec nic S.A. de Cernay, Francia. La capa de polímero termoplástico puede ser aglomerada a las superficies del material compuesto utilizando técnicas bien conocidas, como puede ser laminación térmica. Por lo regular, la laminación se hace colocando cada una de las capas entre sí en condiciones de calor y presión suficientes para hacer que las capas se combinen en una película unitaria. Cada una de las capas se coloca sobre otra y la combinación después por lo regular se pasa a través de los rodillos de un par de rodillos laminadores calentados utilizando técnicas bien conocidas en la materia. El calentamiento de la laminación se puede hacer a temperaturas que abarcan desde aproximadamente 95°C hasta aproximadamente 175°C, preferentemente desde alrededor de 105°C hasta aproximadamente 175°C, a presiones que abarcan desde aproximadamente 5 psig (0.034 MPa) hasta aproximadamente 100 psig (0.69 MPa) , durante desde aproximadamente 5 segundos hasta aproximadamente 36 horas, preferentemente desde aproximadamente 30 segundos hasta aproximadamente 24 horas.

El espesor de cada una de las telas/materiales compuestos/capas de fibras corresponderá al espesor de las fibras individuales y el número de capas de fibras que se incorporen en una tela. Una tela tejida preferida tendrá un espesor preferido desde aproximadamente 25 µp? hasta aproximadamente 600 µp? por capa, más preferentemente desde alrededor de 50 µ?? hasta aproximadamente 385 µ??? y más preferentemente alrededor de 75 µp? hasta aproximadamente 255 µ?? por capa. Una tela no tejida preferida, es decir, una red consolidada, unicapa, no tejida tendrá un espesor preferido desde aproximadamente 12 µp? hasta aproximadamente 600 µ??, más preferentemente desde alrededor de 50 µp? hasta aproximadamente 385 µp? y más preferentemente desde alrededor de 75 µp? hasta aproximadamente 255 µp?, en donde una red consolidada, unicapa por lo regular contiene dos chapas consolidadas (es decir dos unicintas) . Cualquiera de las capas de polímero termoplásticos son preferentemente muy delgadas, con espesores de capas preferidos desde aproximadamente 1 µp? hasta aproximadamente 250 µp?, más preferentemente desde alrededor de 5 µ?? hasta aproximadamente 25 µp? y más preferentemente desde alrededor de 5 µp? hasta aproximadamente 9 µp?. Los velos discontinuos, como pueden ser los velos no tejidos SPU FAB® preferentemente se aplican con un peso base de 6 gramos por metro cuadrado (gm2) . Aunque tales espesores son preferidos, debe entenderse que pueden producirse otros espesores para satisfacer una necesidad en particular y todavía entrar dentro del alcance de la presente invención.

Las telas /materiales compuestos de la invención tendrán una densidad por área preferida antes de la consolidación/moldeo de desde aproximadamente 20 gramos/m2 (0.004 lb/pie2 (psf ) ) hasta aproximadamente 1000 gm2 (0.2 lb/pie2). Las densidades por área más preferidas para las telas /materiales compuestos de esta invención antes de la consolidación/moldeo abarcarán desde aproximadamente 30 gm2 (0.006 lb/pie2) hasta aproximadamente 500 gm2 (0.1 lb/pie2). La densidad por área más preferida para las telas/materiales compuestos de esta invención abarcarán desde aproximadamente 50 gm2 (0.01 lb/pie2) hasta aproximadamente 250 gm2 (0.05 lb/pie2) antes de la consolidación/moldeo. Los artículos de la invención que contienen múltiples capas de fibras apiladas una sobre la otra y consolidadas tendrán una densidad por área preferida del material compuesto desde aproximadamente 1000 gm2 (-0.2 lb/pie2) hasta aproximadamente 40,000 gm2 (8.2 lb/pie2), más preferentemente desde alrededor de 2000 gm2 (-0.41 lb/pie2) hasta aproximadamente 30,000 gm2 (6.1 lb/pie2), más preferentemente desde alrededor de 3000 gm2 (-0.61 lb/pie2) hasta aproximadamente 20,000 gm2 (4.1 lb/pie2), y más preferentemente desde alrededor de 3750 gm2 (0.77 lb/pie2) hasta aproximadamente 15,000 gm2 (3.1 lb/pie2). Un intervalo común para los artículos de materiales compuestos conformados en cascos es desde aproximadamente 7,500 gm2 (1.54 lb/pie2) hasta aproximadamente 12,500 gm2 (2.56 lb/pie2) .

Las telas de la invención pueden ser utilizadas en diversas aplicaciones para formar una variedad de diferentes artículos con resistencia balística utilizando técnicas bien conocidas, incluso artículos blindados blandos, flexibles así como artículos blindados duros, rígidos. Por ejemplo, las técnicas apropiadas para formar artículos con resistencia balística están descritos en, por ejemplo, las Patentes U.S. 4,623,574, 4,650,710, 4,748,064, 5,552,208, 5,587,230, 6,642, 159, 6,841,492 y 6,846,758, todas las cuales se incorporan en la presente para referencia en la medida en que no sean compatibles con la presente. Los materiales compuestos son particularmente útiles para la formación de blindajes duros y productos intermedios sub-ensamblados configurados o no configurados formados en el proceso de fabricación de los artículos blindados duros. Por blindado "duro" se entiende un artículo, como pueden ser casos, paneles para vehículos militarse o escudos protectores, que tendrán suficiente resistencia mecánica para mantener su rigidez estructural cuando se someten a una cantidad significativa de esfuerzo y es capaz de permanecer en pie sin derrumbarse. Dichos artículos duros de preferencia, más no exclusivamente, se forman utilizando material aglomerante de alto módulo de tracción.

Las estructuras pueden ser cortadas en una pluralidad de láminas pequeñas y apiladas para la formación en un artículo o pueden ser formadas en un precursor que posteriormente se utilice para formar un artículo. Estas técnicas son bien conocidas en la materia. En una modalidad más preferida de la invención, se dispone de una pluralidad de capas de fibras, cada una consisten en una pluralidad consolidada de chapas de fibras, en donde el polímero termoplástico se une a al menos una superficie externa de cada capa de fibras, antes, durante o después de un paso de consolidación el cual consolida la pluralidad de chapas de fibras, en donde la pluralidad de capas de fibras posteriormente se funde por otro paso de consolidación el cual consolida la pluralidad de capas de fibras en un artículo blindado o sub-ensamble de un artículo blindado.

Las propiedades de resistencia balística de los materiales compuestos fibrosos de la invención, incluso la resistencia a la penetración balística y la deformación del respaldo, pueden medirse de acuerdo con las técnicas bien conocidas en la materia.

Los siguientes ejemplos sirven para demostrar la invención.

EJEMPLOS El efecto de la eliminación del acabado de las fibras y como una opción otros tratamientos de las superficies de las fibras sobre la resistencia a cizalladura de solapas interlaminar, propiedades de flexión (p. ej . , tensión a la deformación) y el funcionamiento de la deformación del respaldo de los diferentes materiales compuestos fue evaluado, obteniendo resultados como se identifican en las Tablas 2A y 2B siguientes. Las técnicas de procesamiento de las fibras se hicieron como sigue: Eliminación del acabado de las fibras Una pluralidad de fibras multi-filamentos fue desenrollada a partir de una pluralidad de carretes de fibras (un carrete por fibra multi-filamentos ) y luego se pasaron a través de un peine colimador fijo para acomodar las fibras en un material continuo de fibras separadas uniformemente. El material continuo de fibras luego fue dirigido a través de un baño de agua de pre-remojo que contenía agua deionizada, con un tiempo de permanencia aproximado de 18 segundos. Después de salir del baño de agua del pre-remojo, las fibras fueron enjuagadas mediante un banco de 30 boquillas de agua. La presión del agua de cada una de las boquillas fue de aproximadamente 42 psi con una velocidad de flujo del agua de aproximadamente 0.5 galones por minuto por boquilla. El agua que salía de las boquillas fue formada como una corriente relativamente plana y el ángulo de contacto del agua sobre las fibras fue de 0o o 30° respecto al ángulo de incidencia de la corriente que emitían las boquillas contiguas. La temperatura del agua fue medida a 28.9°C. Las velocidades de las líneas a través del baño de agua del pre-remojo y a través del banco de las boquillas de agua abarcó desde aproximadamente 4 m/min hasta aproximadamente 20 m/min. El agua del baño del remojo y el agua suministrada a las boquillas fue deionizada pasándola primero a través de un sistema deionizante separado. Las fibras lavadas luego fueron secadas y se pasaron a otro procesamiento.

La Tabla 1 resume los ejemplos representativos proporcionados solamente para ilustrar cómo ciertas variables de lavado afectan la cantidad de acabado retirado de las fibras. Cada muestra consintió en 4 extremos atados entre sí en un carrete de muestras. Cada muestra se corrió durante al menos 400 pies lo cual hizo un total de 60 g de fibra por muestra. El % de residuo sobre la fibra representa una medición determinada por métodos gravimétricos de la cantidad de acabado que permanecía sobre la fibra después del lavado de acuerdo con las condiciones especificadas en la Tabla. La medición gravimétrica se basa en una comparación con la cantidad de acabado presente sobre las fibras testigo no lavadas .

TABLA 1 Tratamiento en corona Un material continuo de 18 pulgadas de ancho de las fibras lavadas se pasó continuamente a través de un tratador en corona que tenía electrodos de 30 pulgadas de ancho a una velocidad de aproximadamente 15 pies/min, con el tratador en corona ajustado a una potencia de 2kw. Lo anterior dio lugar a una distribución de energía sobre el área de las fibras, medida en densidad de watts, de 2000W/(2.5 pies x 15 FPM) o 53 Watts/pie2/min aplicada a las fibras . El tiempo de permanencia de las fibras dentro del campo de la corona fue de aproximadamente 2 segundos . El tratamiento se hizo a presión atmosférica normal.

Tratamiento en plasma Un material continuo de 29 pulgadas de ancho de las fibras lavadas se hizo pasar en forma continua a través de un tratador de plasma atmosférico (modelo: Enercon Plasma3 Station Model APT12DF-150/2 , de Enercon Industries Corp., que tenía electrodos de 29 pulgadas de ancho) a una velocidad de aproximadamente 12 pies/min, con el tratador de plasma ajustado a una potencia de 2kw. Lo anterior dio lugar a una distribución de potencia sobre el área de las fibras, medida en densidad de watt, de 2000W/(29 pulg. x 12-FPM) o 67 Watts/pie2/min aplicado a las fibras. El tiempo de permanencia de las fibras dentro del tratador de plasma fue de aproximadamente 2 segundos. El tratamiento se hizo a la presión atmosférica normal .

Medición de la cizalladura de solapas interlaminar En todos los ejemplos inventivos que se ilustran a continuación, la prueba de cizalladura de solapas se hizo en capas de fibras no tejidas, midiendo la resistencia a cizalladura de solapas interlaminar en una unión traslapada de 1" entre dos capas de fibras no tejidas de 2 chapas o 4 chapas laminadas. Cada de fibras no tejidas de 2 chapas comprendía una primera chapa de fibras orientadas a 0o y una segunda chapa de fibras orientadas a 90°. Cada capa de fibras no tejidas de 4 chapas consistía en una estructura de 0 ° /90°/02 /90o equivalente a la estructura de 2 chapas pero con cuatro chapas. Las fibras de los materiales compuestos probados fueron incrustadas en diversos materiales aglomerantes poliméricos (matriz polimérica) . Cada material compuesto comprendió en el mismo tipo de fibra de polietileno cada una conteniendo un recubrimiento de poliuretano a base de poliéster alifático, aniónico, diferente sobre las fibras. Los diversos tratamientos se compararon para demostrar el efecto de los tratamientos de las fibras donde los tratamientos de las fibras son las únicas variables . La unión traslapada se formó laminando las capas de 2 chapas o 4 chapas entre si a una temperatura de aproximadamente 270°F (132°C) y a una presión de aproximadamente 500 psi durante aproximadamente 10 min. La prueba de cizalladura de solapas en cada ejemplo se hizo a temperatura ambiente de aproximadamente 70°F, a menos que se indique algo diferente, de acuerdo con las condiciones de la norma ASTM D5868. La prueba se hizo utilizando una máquina de pruebas Instron 5585 universal .

Medición de las propiedades de flexión A menos que se diga algo específico, la prueba se hizo de acuerdo con las especificaciones del método de la prueba de flexión de tres puntos de la norma ASTM D790 a una temperatura ambiente normal de aproximadamente 722F. De acuerdo con este proceso, una muestra en forma de viga o en forma de barra se coloca uniformemente sobre soportes en los extremos opuestos de la viga/barra con un espacio abierto de una distancia especificada entre los soportes. Se aplica una carga a una tasa especificada al centro de la muestra, como puede ser con una nariz de carga, haciendo que la muestra se doble. Se aplica la carga durante un tiempo especificado. De acuerdo con el método de ASTM D790, se aplica la carga hasta que la muestra alcanza un 5% de deflexión o hasta que la muestra se rompa.

En todos los ejemplos inventivos que se muestran a continuación, la prueba de propiedad de flexión se hizo en capas de fibras no tejidas, midiendo el desplazamiento a la deformación, tensión a la deformación, carga a la deformación, esfuerzo a la deformación y energía hasta el punto de deformación para una muestra que tenga una longitud de aproximadamente 6" (15.24 cm) , una amplitud de aproximadamente 0.5" (12.7 mm) ± aproximadamente 0.02" (0.508 mm) , una profundidad de aproximadamente 0.31" (±7.874 mm) aproximadamente 0.02" (0.508 mm) (1.5 lb/pie2 la densidad por área) , con un espacio de aproximadamente 4.8" (12.192 cm) y una tasa de tensión de aproximadamente 0.01 pulg/pulg/min (con la velocidad de la cruceta ajustada a 0.128 pulg/min) , de acuerdo con la norma ASTM D790 procedimiento A. Los materiales compuestos fueron formados moldeando 40 capas de fibra de 2 chapas juntas 40 capas de fibras de 2 chapas a una temperatura de aproximadamente 270aF (132 eC) y a una presión de aproximadamente 500 psi durante aproximadamente 10 minutos. Para el propósito de la invención, se aplicó una carga al menos hasta la delaminación al menos parcial de al menos una parte del material compuesto. La prueba se hizo utilizando una máquina probadora universal Instron 5585 con un accesorio para la prueba de 3 puntos.

Medición de V50 Los datos de V50 fueron adquiridos con las técnicas normalizadas tradicionalmente conocidas, en particular de acuerdo con las condiciones de la Norma MIL-STD-662F del Método analítico del departamento de defensa.

Medición de la deformación del respaldo El método normalizado para medir BFS del blindaje suave se indica en la norma 0101.04, Tipo IIIA del NU, donde una muestra blindada se coloca en contacto con la superficie de un material de respaldo de arcilla deformable. Este método NIJ se utiliza tradicionalmente para obtener una aproximación razonable o para predecir la BFS real que puede esperarse durante un acontecimiento balístico en uso en campo para blindajes que descansan directamente sobre o muy cerca del cuerpo del usuario. No obstante, para blindajes que no descansen directamente sobre o muy cerca del cuerpo o la cabeza del usuario, so obtiene una mejor aproximación o predicción de la BFS real separando el blindaje de la superficie del material de respaldo de arcilla deformable. Por consiguiente, los datos de la deformación del respaldo identificados en la Tabla 2A no fueron medidos por el método de la norma 0101.04, Tipo IIIA del NU. En cambio, se empleó un método de diseño nuevo que es semejante al método de la norma 0101.04, Tipo IIIA del NU, pero en lugar de colocar el artículo del material compuesto directamente sobre el bloque de arcilla plano, el material compuesto fue apartado del bloque de arcilla por ½ pulgada (12.7 mm) insertando un elemento separador mecanizado a solicitud entre el artículo del material compuesto y en bloque de arcilla. El elemento separador maquinado a solicitud consistió en un elemento que tenía una cavidad limítrofe y una interior definidas por dicho borde, en donde la arcilla estaba expuesta a través de la cavidad, y en donde el separador se colocó en contacto directo con la superficie frontal de la arcilla. Los proyectiles fueron disparados a los artículos del material compuesto en los lugares elegidos correspondientes a la cavidad interior del separador. Los proyectiles chocaron contra el artículo del material compuesto en lugares correspondientes a la cavidad interior del separador, y cada impacto de proyectil ocasionó una depresión medible en la arcilla. Todas las mediciones de la BFS que se encuentran en la Tabla 2A se refieren solamente a la profundidad de la depresión en la arcilla de acuerdo con este método y no toman en cuenta la profundidad del elemento separador, es decir, las mediciones de la BFS de la Tabla 2A no incluyen la distancia real entre el material compuesto y la arcilla.

Medición de la delaminación La delaminación que se indica en la Tabla 2A se refiere a la medición de la profundidad de la deformación posterior de los paneles analizados reales, en lugar de la profundidad de depresión en el material de respaldo. Esta medición de la delaminación será menor que la medición de la BFS más la profundidad del espacio de aire de 1/2" (12.7 mm) porque después de un choque de un proyectil, la tela en el área de choque se retrae parcialmente. La medición de la delaminación se toma después de dicha retracción, mientras que la medición de la BFS con el método de espacio de aire que se describe en la presente registra toda la magnitud de la deformación posterior de la tela. La deformación después de dicha retracción normalmente se mide cortando una sección transversal del panel y midiendo la profundidad del plano de la superficie posterior no dañada del panel hasta la porción externa más profunda del área deformada.

Para cada ejemplo, la BFS fue medida para las muestras cuadradas de 12" x 12" que tenían una densidad por área de 2.0 lb/pie2 (psf) y una densidad por área de las fibras (densidad por área de una sola chapa de fibras paralelas, es decir una unicinta) de 53 g/m2 (gm2) . Para cada ejemplo, la BFS fue medida contra un proyectil FMJ R de 9 mm, 124-grain disparado a una velocidad de aproximadamente 1430 pies/segundo (pps) ± 30 pps .

TABLA 2A La Tabla 2A ilustra las diferencias en los valores medidos de BFS y delaminación cuando se compararon telas formadas a partir de fibras no lavadas y no tratadas respecto a telas formadas de fibras que fueron sometidas a diversos tratamientos. Cada uno de los productos I-VI consistió en el mismo tipo de fibra, pero contenía una resina diferente (es decir, el material aglomerante polimérico) recubriendo las fibras. Las últimas dos columnas de la Tabla 2A que identifican BFS más espacio de ½" (12.7 MI) menos delaminación identifican la cantidad de retracción de la fibra e ilustran la mayor exactitud del método de medición de BFS con separador de espacio de aire para medir toda la magnitud prevista de la BFS del blindaje duro en uso de campo real.

TABLA 2B La Tabla 2B ilustra las diferencias en las propiedades de resistencia a la penetración balística (V50) , resistencia a cizalladura de solapas interlaminar y deflexión, como pueden distinguirse por el tratamiento de las fibras .

Aunque la presente invención ha sido demostrada particularmente y descrita con referencia a las modalidades preferidas, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que diversos cambios y modificaciones pueden hacerse sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Se propone que las reivindicaciones sean interpretadas para cubrir la modalidad descrita, aquellas alternativas que hayan sido antes discutidas y todos los equivalentes a estas .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso que consiste en: a) proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de la superficie de las fibras; b) eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras; c) como una opción, tratar las superficies de las fibras en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras; d) como una opción aplicar un adsorbato sobre al menos una parte de al menos algunas de las fibras; y luego e) como una opción producir un material compuesto fibroso tejido o no tejido a partir de la pluralidad de las fibras .

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde la eliminación de al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras expone al menos en parte las superficies de las fibras que anteriormente estaba cubierta por el acabado de la superficie de las fibras .

3. El proceso de la reivindicación 2, en donde el acabado de la superficie de las fibras es considerable o completamente eliminado de las superficies de las fibras .

4. El proceso de la reivindicación 1, en donde el acabado de la superficie de las fibras se elimina al menos en parte de las superficies de las fibras lavando las fibras con agua.

5. El proceso de la reivindicación 1, en donde el tratamiento de la superficie de las fibras consiste en un tratamiento con plasma.

6. El proceso de la reivindicación 1, en donde el tratamiento de la superficie de las fibras consiste en un tratamiento en corona.

7. El proceso de la reivindicación 1, en donde se hacen los pasos c)-e) .

8. El proceso de la reivindicación 1, en donde se hace el paso c) , el paso d) no se hace y el paso e) se hace unificando la pluralidad de las fibras tejiéndolas para formar un material compuesto fibroso tejido, y en donde se aplica un adsorbato sobre las superficies de las fibras de la tela tejida después del paso e) .

9. El proceso de la reivindicación 1, además consiste en formar la tela del paso e) en un artículo.

10. Un producto producido por un proceso que consiste en: a) proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de la superficie de las fibras; b) eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte del acabado de la superficie de las fibras; c) como una opción, tratar las superficies de las fibras en condiciones eficaces para mejorar la adsorbibilidad de un adsorbato subsecuentemente aplicado sobre las superficies de las fibras; d) como una opción aplicar un adsorbato sobre al menos una parte de al menos algunas de las fibras; y luego e) como una opción producir un material compuesto fibroso tejido o no tejido a partir de la pluralidad de las fibras .

11. El producto de la reivindicación 10, en donde se hacen los pasos c)-e).

12. El producto de la reivindicación 10, en donde se hace el paso c) , el paso d) no se hace y el paso e) se hace unificando la pluralidad de las fibras tejiéndolas para formar un material compuesto fibroso tejido, y en donde se aplica un adsorbato sobre las superficies de las fibras de la tela tejida después del paso e) .

13. El producto de la reivindicación 10, en donde el adsorbato consiste en una resina o material aglomerante polimérico.

14. Un proceso para formar un material compuesto fibroso que tenga las fibras que tienen un recubrimiento unido directamente a la superficie de estas, el proceso consiste en proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente libres de un acabado de la superficie de las fibras y/o proporcionar una pluralidad de fibras poliméricas que tengan superficies que estén al menos parcialmente cubiertas por un acabado de las superficies de las fibras; eliminar de las superficies de las fibras al menos una parte de algún acabado de la superficie de las fibras existentes; como una opción, tratar las superficies de las fibras para mejorar la unión y/o adhesión de un material subsecuentemente aplicado a las superficies de las fibras; aplicar un material sobre al menos una parte de dichas fibras, uniendo y/o adhiriendo con ello el material directamente sobre o a las superficies de las fibras; como una opción producir una pluralidad de capas de fibras tejidas y/o chapas de fibras no tejidas a partir de dichas fibras, antes, durante y/o después de aplicar dicho material a las fibras; y como una opción consolidar dicha pluralidad de capas de fibras tejidas y/o chapas de fibras no tejidas para producir un material compuesto fibroso.

15. Un material compuesto fibroso producido por el proceso de la reivindicación 14.