Результат интеллектуальной деятельности: ГИБКИЙ БАЛЛИСТИЧЕСКИ СТОЙКИЙ К ПРОБИВАНИЮ ПАКЕТ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Изобретение относится к гибкому баллистически стойкому к пробиванию пакету.

Материалы этого типа описываются, например, в документе ЕР 0862722 В. В этом описании раскрыт стойкий к пробиванию состав, имеющий по меньшей мере один слой с пряжей из волокон, имеющих прочность, равную по меньшей мере 900 МПа согласно стандарту ASTM D-885, причем этот слой связан с полимерной сплошной средой. Стойкий к пробиванию состав используется для изготовления защитной одежды.

Защитная одежда должна обеспечивать нужную защиту, например, от метательных предметов. Эти требования, предъявляемые к баллистической защищенности, постоянно повышаются.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание материала с повышенной степенью баллистической защищенности.

Эта задача решается гибким баллистически стойким к пробиванию пакетом, включающим слоистый пластик и слой сжимаемого материала, причем пакет содержит по меньшей мере один слоистый пластик, состоящий по меньшей мере из одного слоя пряжи, содержащей волокна с прочностью по меньшей мере 900 МПа по стандарту ASTM D-885, при этом слой пряжи связан по меньшей мере с одной полимерной сплошной средой, модуль упругости которой при растяжении составляет от 5 до 1000 МПа по стандарту ASTM D-882; при этом пакет имеет наружную поверхность, обращенную к подвергаемой воздействию стороне, и внутреннюю поверхность, обращенную от подвергаемой воздействию стороны, слой сжимаемого материала расположен либо на внутренней поверхности пакета, либо в таком положении в пакете между слоистыми пластиками, в котором число слоистых пластиков, обращенных к наружной поверхности пакета, по меньшей мере в два раза превышает число слоистых пластиков, обращенных к внутренней поверхности.

Сам сжимаемый материал не обеспечивает значительной баллистической защищенности, и пакет согласно настоящему изобретению по сравнению с пакетом без сжимаемого материала дает более высокую баллистическую защищенность, степень которой составляет значение v50. Причем пакет согласно настоящему изобретению имеет повышенное значение v50 для сжимаемого материала толщиной, например, лишь в 2 мм.

Пакет согласно настоящему изобретению содержит полимерную сплошную среду, модуль упругости которой при растяжении составляет от 15 до 1000 МПа, например, предпочтительно от 42 до 1000 МПа, наиболее предпочтительно от 200 до 700 МПа, по стандарту ASTM D-882.

Число слоистых пластиков в пакете согласно настоящему изобретению зависит от нужного защищающего действия; при этом пакет, содержащий от 5 до 100, в частности от 15 до 70, слоистых пластиков, обеспечивает нужное защищающее действие согласно большому числу баллистических технических требований.

Пряжа пакета согласно настоящему изобретению может иметь разнообразные формы. В предпочтительном осуществлении пакета согласно настоящему изобретению пряжа образует однонаправленную структуру, т.е. вся пряжа расположена в одном направлении.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления пакета согласно настоящему изобретению пряжа имеет многонаправленную структуру, т.е. пряжа одного слоя расположена под углом свыше 0°, предпочтительно от 20 до 90°, наиболее предпочтительно 90°, по отношению к пряже прилегающего слоя. Например, расположение пряжи согласно документам ЕР-А-0805332 и WO 01/78975 также целесообразно для данного изобретения.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения пряжей является тканый материал предпочтительно полотняного переплетения. Но также целесообразными являются саржевое, атласное или рогожное переплетение.

Тканые материалы пакета согласно настоящему изобретению имеют номер нити в пределах 2-50/см² и состоят из пряжи с предпочтительной линейной плотностью от 50 до 3360 дтекс.

Пряжа пакета согласно настоящему изобретению может предпочтительно содержать волокна, выбранные из числа одной или нескольких групп, состоящих из следующих волокон; при этом волокна имеют прочность по меньшей мере 900 МПа по стандарту ASTM D-885:

- волокна из полибензоксазола, в частности ZYLON®,

- волокна из полибензимидазола, в частности волокна М5,

- полиэтиленовые волокна, в частности, из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (полиэтилен удлиненной цепи, такой как SPECTRA®),

- полиимидные волокна,

- волокна из сложного полиэфира, в частности из такого жидкокристаллического сложного полиэфира, как VECTRAN®,

- полиарамидные волокна, т.е. волокна, в полимере которых по меньшей мере 85% амидных (CO-NH-) групп напрямую связаны с двумя ароматическими кольцами, при этом особо предпочтительными являются такие параарамидные волокна (поли(п-фенилентерефталамидные) волокна), как TWARON®, KEVLAR®, TECHNORA®, ARMOS®, TERLON® или RUSAR®,

- такие алифатические или циклоалифатические волокна, как

сополиамиды, состоящие на 30% из изофталата гексаметилендиаммония и на 70% из адипината гексаметилендиаммония,

сополиамиды, состоящие на 30% из бис-(амидоциклогексил)-метилена, терефталовой кислоты и капролактама,

полигексаметиленадипамид;

- такие волокна из поливинилового спирта, как KURALON® компании Kuraray, и

- такие волокна на основе белка, как BIOSTEEL® компании Nexa.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения пакет содержит пряжу, выполненную из волокон только из одного из упоминаемых выше волокон, например только из полиарамидного волокна, в частности из поли(п-фенилентерефталамидовых) волокон. Эти волокна выпускает, например, компания Tejin Twaron с торговым названием TWARON®.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения пакет содержит тканый материал F, в котором нити основы являются пряжей полиарамидных волокон и нити утока являются волокнами сложного полиэфира; при этом тканый материал F соединен посредством сплошной полимерной среды, далее - PC, с тканым материалом F', в котором нити основы являются пряжей волокон сложного полиэфира, а нити утока являются пряжей полиарамидных волокон и нити основы F проходят параллельно нитям основы F', а нити утока F расположены параллельно нитям утока F'. Получаемый при этом слой содержит пряжу порядка F/PC/F'.

В еще одном наиболее предпочтительном варианте осуществления пакет согласно настоящему изобретению имеет слой пряжи, который отличается от слоя пряжи порядка F/PC/F' тем, что оба материала F и F' соединены с полимерной сплошной средой, за счет чего сформирован слой пряжи порядка PC/F/PC/F'/PC. Эти последовательности изложены в документе WO 02/075238.

При этом такие слоистые пластики, как описываемые в документе WO 00/42246, можно использовать в пакете согласно настоящему изобретению.

Полимерную сплошную среду пакета согласно настоящему изобретению можно выбрать из числа разнообразных полимеров - при том условии, что их модуль упругости при растяжении составляет от 5 до 1000 МПа согласно стандарту ASTM D-882. Полимерную сплошную среду предпочтительно выбирают из группы термопластичных, эластомерных или твердых полимеров или из смесей этих полимеров, например из группы полиимидов, полиэфиркетонов, иономерных полимеров, фенол-модифицированных полимеров, сложных полиэфиров, в частности полиэтиленов. Из числа термопластичных полимеров особо предпочтительной является пленка ПЭНП, из группы эластомерных полимеров с термопластичными свойствами - полиуретановая пленка.

Слой сжимаемого материала в пакете согласно настоящему изобретению предпочтительно размещен на внутренней поверхности пакета или между слоистыми пластиками. Но слой сжимаемого материала можно также соединить точечно по меньшей мере с одним из соответствующих прилегающих слоистых пластиков, например, простегивающими швами, точечным клеевым прикреплением или точечной сваркой.

Пакет согласно настоящему изобретению содержит сжимаемый материал, который видимым образом сжимается вручную, и поэтому сжатие рукой сжимаемого материала заметно зрительно.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения сжимаемый материал уменьшается в толщине в пределах значений 5-25% при усилии 100 Н и в пределах 10-46% при усилии 500 Н; причем в обоих случаях упомянутое усилие действует перпендикулярно к поверхности сжимаемого материала, и уменьшение толщины измеряется по стандарту ASTM D 6478-00.

Слой сжимаемого материала в пакете согласно настоящему изобретению можно выбрать из большого числа сжимаемых материалов; причем предпочтительным является сжимаемый материал, который выбирают из группы, состоящей из пенопластов, например, пенопластов из полиэтилена; из войлоков, например войлоков из полиарамида; из заполняющих тканей или пера, например из пуха, по причине его низкого объемного веса. Объемный вес предпочтительно составляет от 10 до 1000 кг/куб.м, более предпочтительно от 10 до 400 кг/куб.м, наиболее предпочтительно от 10 до 200 кг/куб.м.

Действие слоя сжимаемого материала при увеличении значения v50 является настолько выраженным, что в пакете согласно настоящему изобретению даже слой сжимаемого материала в пределах значений от 2 до 10 мм во многих случаях приводит к повышению баллистической крепости, и поэтому эти пределы значений являются предпочтительными.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть волокон контактирует с полимером в виде вязкой или вязкоупругой жидкости, сохраняющей свои характеристики текучей среды. То есть помимо полимерной сплошной среды, с которой связан слой пряжи, волокна могут контактировать с еще одним полимером. Например, волокна можно пропитать полимером в виде вязкой или вязкоупругой жидкости.

Термин «вязкоупругая жидкость» относится к жидкости, имеющей одновременно и упругие, и вязкие свойства. Термин «вязкие свойства» означает, что жидкая среда подвергается остаточной деформации под воздействием напряжения сдвига и остается деформированной даже после прекращения действия такого напряжения. Термин «упругие свойства» означает, что жидкая среда деформируется под воздействием напряжения сдвига и затем возвращается в свою исходную форму после того, как такое напряжение перестает действовать.

Параметрами, характеризующими вязкую или вязкоупругую жидкость, являются: коэффициент вязкости (в смысле вязких свойств) и модуль упругости (G", также называемым термином «рассеивающая составляющая»), которые характеризуют вязкоупругие свойства. Коэффициент вязкости и модуль в полимере, как правило, соотносятся с коэффициентом сдвига, молекулярным весом, температурой, давлением, кристалличностью, концентрацией и составом.

Динамическая вязкость полимера находится в пределах целесообразных значений от 250 до 25000000 МПа/с при 25°С, предпочтительно от 5000 до 5000000 МПа/с, более предпочтительно от 50000 до 25000000 МПа/с. Полимер имеет предпочтительную кинематическую вязкость свыше 250 МПа/с при 25°С.

Еще одной характеристикой вязкой или вязкоупругой жидкости является ее температура стеклования Tg. Жидкий полимер должен иметь Tg ниже 0°, предпочтительно от -40 до -128°С.

Молекулярный вес полимера должен находиться в пределах значений от 250 до 50000.

Согласно предпочтительному осуществлению жидкий полимер имеет свойства жидкости также при температурах ниже -40°С, предпочтительно до -128°С, и имеет G">G'.

Вязкая или вязкоупругая жидкость может растворяться в соответствующей растворяющей среде для регулирования ее вязкости до нанесения на волокна. Если жидкость предварительно разбавлена растворителем, то растворитель испаряют перед последующей обработкой волокон.

Помимо таких наполнителей, как металлические, минеральные порошки микрошарики или др., в вязкий жидкий полимер можно добавить один или несколько загустителей для изменения характеристики вязкости или обеспечения тиксотропии. Для изменения вязкости блок-сополимеров, например, целесообразно применить парафиновые масла, парафины или их смеси. Также можно ввести в жидкий полимер другие вещества, целесообразные для обеспечения определенных характеристик волокон, например для придания им гидрофобности, непроницаемости для масел, как то, например, кремнийорганические соединения, фторуглероды и масла. Но при этом дополнительные наполнители и/или полимеры не должны изменять физическое жидкое состояние полимера.

Полимер в виде вязкой или вязкоупругой жидкости предпочтительно выбирают из группы, содержащей полиолефины, поливиниловый спирт, полиизопрены, полибутадиены, полибутены, полиизобутилены, сложные полиэфиры, полиакрилаты, полиамиды, полисульфоны, полисульфиды, полиуретаны, поликарбонаты, фторуглероды, кремнийорганические вещества, гликоли, жидкие блок-сополимеры, полиакриловые, эпоксидные, фенольные, жидкие каучуки и их смеси. Особо предпочтительным является полимер на основе полибутена.

Особо целесообразными являются не-ньютоновские жидкие текучие среды, а также тиксотропные и предпочтительно вязкоупругие жидкие текучие среды.

Прочие подробности относительно измерения характеристик предпочтительного полибутена на основе текучего полимера раскрыты в патенте Италии №MI2003A000295, содержание которого приведено здесь в качестве ссылки.

Частичное или полное приложение или пропитывание волокна полимером в виде вязкой или вязкоупругой жидкости позволяет каждой нити волокон разместиться на прилегающих нитях. За счет этого улучшается гибкость и баллистическая защищенность.

Пакет согласно настоящему изобретению размещен в покрытии, которое, например, выполнено из текстильного материала.

Изготовление пакета согласно настоящему изобретению можно выполнить, например, следующими этапами:

а) тканый материал и полимерную сплошную среду, которая выполнена в виде пленки, налагают друг на друга для формирования предварительного слоистого пластика;

б) несколько предварительных слоистых пластиков, требуемых для определенной баллистической защищенности, выполняют способом согласно пункту а);

в) несколько предварительных слоистых пластиков, выполненных на этапе б), накладывают друг на друга, в каждом случае отделяя их друг от друга разделяющей бумагой;

г) получаемый таким образом комплекс сжимают в статическом прессе при предпочтительной температуре от 80 до 220°С с предпочтительным значением давления от 5 до 100 бар и в течение от 15 с до 25 мин, после чего нагревание пресса прекращают;

д) слоистые пластики разбирают для удаления разделительной бумаги;

е) слоистые пластики собирают вместе снова - без разделяющей их бумаги; и

ж) слой сжимаемого материала кладут на комплекс, т.е. на то, что затем будет внутренней поверхностью пакета.

В результате ее повысившейся баллистической защищенности пакет согласно настоящему изобретению можно целесообразным образом использовать для изготовления защитной одежды, такой как защитные жилеты, в частности пуленепробиваемые жилеты, или защитные костюмы, или полотна.

Изобретение поясняется более подробно на приводимых ниже примерах.

Пример 1: v50 в зависимости от толщины пенопласта

Пакет согласно настоящему изобретению, в котором пряжа выполнена в виде тканого материала, изготавливается следующим образом.

Применяемый тканый материал F выполнен из нитей основы из полипарафенилентерефталамида (TWARON компании Teijin Twaron) с линейной плотностью 930 дтекс, номером нити 9,5/см, с диаметром нити 0,0092 мм и из нитей утока из сложного полиэфира (TREVIRA компании Kosa) с линейной плотностью 140 дтекс и номером нити 2/см.

Полимерная сплошная среда PC является пленкой ПЭНП, которую выпускает компания ЕКВ Kunststoffe под обозначением "LDPE-Flachfolie, transparent, 11 μm", с модулем упругости при растяжении 300 МПа согласно стандарту ASTM D-882, с прочностью на разрыв 26 МПа по стандарту ASTM D-638 и с удлинением при разрыве 98±12% согласно стандарту ASTM D-638.

Применяемый тканый материал F' выполнен из нитей основы из полипарафенилентерефталамида (TWARON компании Teijin Twaron) с линейной плотностью 930 дтекс, номером нити 9,5/см, с диаметром нити 0,0092 мм и из нитей утока из сложного полиэфира (TREVIRA компании Kosa) с линейной плотностью 140 дтекс и номером нити 2/см.

F, PC и F' используются для изготовления 23 предварительных слоистых пластиков, причем порядок каждого этого слоистого пластика: PC/F/PC/F'/PC; нити основы F проходят параллельно нитям основы F', и нити утока F расположены параллельно нитям F'.

23 предварительных слоистых пластика налагают друг на друга, с разделительной бумагой между каждым слоистым пластиком, и их сжимают в статическом прессе при температуре 120°С и под давлением 25 бар в течение 25 мин.

Затем 23 слоистых пластика разбирают, разделительную бумагу убирают и 23 слоистых пластика снова налагают друг на друга. Таким образом получают два сравниваемых пакета (см. Са и Cb в Таблице 1).

Изготавливают два пакета согласно настоящему изобретению, выполненные как Са и Cb, каждый из которых дополнительно имеет слой пенополиэтилена толщиной 3 мм (см. Р1а и Р1b в Таблице 1).

Затем изготавливают два пакета согласно настоящему изобретению, выполненные как Са и Cb, каждый из которых дополнительно имеет слой пенополиэтилена толщиной 5 мм (см. Р2а и Р2b в Таблице 1).

Наконец, изготавливают два пакета согласно настоящему изобретению, выполненные как Са и Cb, каждый из которых дополнительно имеет слой пенополиэтилена толщиной 8 мм (см. Р3а и Р3b в Таблице 1).

Используемым в каждом случае пенополиэтиленом является пенополиэтилен типа AT, выпускаемый компанией Iso Chemie, объемный вес которого - 33 кг/куб.м.

Баллистическая защищенность сравниваемых пакетов С и пакетов Р1-Р3 согласно изобретению определяется получением значения v50, т.е. скоростью, на которой половина метательных предметов проникает, а другая их половина остается в мишени: в соответствии с техническими нормативами "Schutzwesten der deutschen Polizei" («Защитные жилеты для немецкой полиции») при использовании боеприпаса 9х19 типа DM41 (выпускаемого компанией DAG). В каждом из пакетов Р1-Р13 согласно настоящему изобретению сторона, имеющая пенополиэтилен, является внутренней поверхностью, обращенной от подвергаемой нападению стороны.

В таблице 1 приведены отдельные значения v50 для (сравниваемых) пакетов и их арифметические средние.

Таблица 1 показывает, что среднее значение v50 увеличивается на 28 м/с для толщины пенопласта, равной 3 мм. Для толщины 8 мм среднее значение v50 увеличивается на 56 м/с, т.е. на 11,6%. С точки зрения кинетической энергии это означает повышение баллистической защищенности на 24,4%.

Пример 2: травма в зависимости от толщины пенополиэтилена

В каждом случае все 23 слоистых пластика, как в Примере 1, были подвергнуты выстрелу в условиях Примера 1, с постоянной скоростью метательного предмета, которая была выбрана такой, чтобы в каждом случае предметы оставались в мишени. При этом пакет, выполненный не согласно настоящему изобретению и содержащий 23 слоистых пластика без пенополиэтилена, и три пакета согласно настоящему изобретению, содержащие 23 слоистых пластика с 3-, 5- и 8-миллиметровым пенополиэтиленом, соответственно, подвергали выстрелу 5 раз. Травма была определена как глубина проникновения метательного предмета в пластилине по шкале Weible. Таблица 2 приводит средние арифметические скорости метательного предмета по отношению к травме. ±d обозначает максимальное отклонение скорости метательного предмета или травму, соответственно.

Данные Таблицы 1 показывают, что баллистическая защищенность значительно повысилась благодаря пенопласту согласно настоящему изобретению, а Таблица 2 показывает, что - в пределах максимального отклонения - величина травмы остается неизменной благодаря наличию пенопласта.