Защитная одежда от колющего удара и пули - RU2206858C2
Код документа: RU2206858C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к защитной одежде, в частности к одежде для защиты от колотых и огнестрельных ранений, состоящей из нескольких слоев текстильных полотен из высокопрочных материалов.
Полицейские и другие правоохранительные силы все чаще и чаще в своей оперативной работе подвергаются не только опасности получить огнестрельные ранения, в последнее время в большей степени приходится считаться и с нападениями с применением ножей, кинжалов и другого колющего оружия, которое часто выполнено иглообразной формы. Вытекающая отсюда потребность в безопасности полицейских сил не может в достаточной степени обеспечиваться обычными бронежилетами, которые часто входят в состав стандартного оснащения таких групп лиц, поскольку они не гарантируют достаточной защиты от колотых ран.
В связи с этим была создана специальная одежда для защиты от колющих ударов, которая предназначена в первую очередь для защиты от подобных ранений. Наряду с этим предпринимались попытки создания одежды, обеспечивающей защиту как от колотых ран, так и от огнестрельных. Хотя многие из внесенных предложений и удовлетворяют потребностям обеспечения безопасности полицейских сил, однако из-за большого веса и часто из-за недостаточной гибкости одежды во время ее использования, при котором требуется высокая степень физической подвижности, эти предложения вряд ли приемлемы.
Помимо этого со стороны полицейских сил действует требование, чтобы одежда защищала не только от ранений ножом, кинжалом и аналогичными колющими предметами, но чтобы обеспечивалась защита и от иглоподобных колющих предметов, которые также частично применяются при нападениях на полицейских.
Для изготовления защитной одежды от колющих ударов уже предлагались разные решения, предусматривающие преимущественно отдельное или совместное применение тканей из ароматических полиамидов, из которых, однако, ни одно не оказалось полностью удовлетворительным.
Так, в патентной заявке Англии А 2283902 описана защитная одежда от колющих ударов, выполненная из тканей из ароматических полиамидов и содержащая на своей поверхности закрепленные металлические пластинки. Такая одежда характеризуется очень низким удобством при ношении, так как не обладает необходимой гибкостью и, кроме того, имеет большой вес. Защитная одежда подобного исполнения раскрыта в заявке WO-A 91-06821.
В патенте Германии С 4407180 предлагается применять для защитной одежды металлическую прокладку, утопленную в полиуретановую матрицу. Такая металлическая прокладка выполнена в виде сетчатого полотна со стальной основой. Недостаток такого вида защитной одежды состоит в том, что она обеспечивает надежную защиту только от клинковых колющих предметов, таких, как ножи, кинжалы и пр., но не от очень заостренных, иглоподобных колющих приспособлений.
В патентной заявке США А 4933231 описана кашированная пенопластом плотная ткань из высокопрочных алифатических полиамидных волокон, которая особо пригодна для одежды для защиты от порезов. При таком варианте выполнения не достигается защита от колющих ударов, которая должна удовлетворять требованиям правоохранительных сил.
Это относится и к предложенной в европейской заявке А 224425 защитной одежде от колющих ударов, изготавливаемой из трикотажного изделия с волокнами из ароматического полиамида. Однако и в этом случае не достигаются удовлетворительные свойства по защите от колющих ударов. Предложенное трикотажное изделие служит больше защите от порезов.
Особо воздухопроницаемая защитная одежда от колющих ударов, которую предполагается изготавливать с использованием так называемой "климатической мембраны" из плотных тканей, описана в патентной заявке США А 5308689. Предложенным вариантом выполнения не достигаются удовлетворительные защитные свойства при колющих ударах.
Защитная одежда от колющих ударов из уложенных внахлест пластин из упроченной стекловолокном пластмассы, расположенных на текстильной основе, описана в WO 92-08094. Подобная защитная одежда не обеспечивает требуемого комфорта при ношении из-за недостаточной гибкости.
Кроме того, неоднократно описывалась защитная одежда для комбинированной защиты от колющего удара и пули при разных вариантах выполнения.
Так, в патентной заявке США А 5562264 предложено применять для этой цели экстремально плотную ткань из относительно тонкой пряжи. С их помощью должна быть обеспечена одинаковая возможность защиты от колотых и огнестрельных ранений. Это решение проблемы не может удовлетворить, поскольку для изготовления таких тканей необходимы очень большие затраты, а ткачество при очень большой плотности способно привести к повреждениям волокон, из-за чего в первую очередь снижается эффект задержания пуль. Кроме того, также и защита от колющих ударов при таком варианте выполнения не соответствует спецификациям всех стран.
В патентной заявке Германии А 4413969 предложена защитная одежда от колющих ударов, выполненная из нескольких слоев металлической фольги. Благодаря комбинации с многослойными материалами из тканей из волокон ароматических полиамидов также достигается защита от пуль. Наряду с высокой стоимостью металлических фольг такая защитная одежда не обеспечивает удовлетворительный комфорт ношения из-за недостаточной гибкости. Кроме того, неприятно воспринимается шуршание при ношении, вызываемое металлическими фольгами. Аналогичное выполнение защитной одежды от колющих ударов описано в европейской заявке на патент А 640807, в которой предложено использование полотен из узких полос металлических фольг.
В европейской заявке на патент А 597165 описана сформированная в виде пластины с помощью матрицы термопластичной смолы пачка из тканей, например из волокон ароматических полиамидов. Такие относительно жесткие изделия не обеспечивают требуемого комфорта при ношении.
В заявке на патент WO 97-21334 предлагаются ткани из ароматических полиамидов с покрытием из термопластичных смол для изготовления комбинированной защитной одежды от колющих ударов и пули. При таком варианте выполнения нельзя получить защитную одежду от колющих ударов, которая удовлетворяла бы в приемлемых весовых диапазонах условиям, предъявляемым во всех странах правоохранительными силами.
Согласно патентной заявке Германии А 4214543 изготавливается одежда, которая должна служить комбинированной защитной одеждой от огнестрельных и колото-огнестрельных ранений, а также от ударов, и которая содержит собственно защищающие от колющих ударов слои из встречно смещаемых металлических пластин, образующих наружный слой защитной одежды. Под ними располагается тканевый пакет, обеспечивающий защиту от пуль. Однако и такая защитная одежда характеризуется присущими металлическим пластинам недостатками, проявляющимися в незначительной гибкости и относительно большом весе, вследствие чего снижается удобство при ношении.
В свидетельстве Германии U 9408834 предлагается для комбинированной защиты от колющих ударов и пуль пачка из наложенных друг на друга, чередующихся слоев текстильных полотен из волокон ароматических полиамидов и плетельных металлических изделий. Недостатком такого варианта выполнения является слабая защита от иглообразных колющих предметов.
В публикации WO 96-03277 описывается защитная одежда, содержащая по меньшей мере один слой полотна, на который методом плазменного покрытия нанесен керамический слой. При таком виде защитной одежды хотя и достигается хороший эффект защиты от колотых и огнестрельных ранений, однако усложняется и удорожается изготовление из-за используемого в этом случае покрытия плазменным напылением. Кроме того, при нанесении керамического покрытия может произойти частичное взаимное спекание керамических частиц вследствие высоких температур плазмы, в результате чего вероятно некоторое снижение защитного эффекта от колющих предметов. Кроме того, частично возникают также проблемы, касающиеся прочности на истирание.
Для защитной одежды уже предлагалось применять абразивные материалы. Так, согласно патентной заявке Англии А 2090725 эффект защиты от пуль может повышаться за счет того, что наружный слой противобаллистического пакета содержит абразивный материал, такой как окись алюминия, карбид бора и пр. Эксперименты показали, что с помощью слоя такого материала не достигается положительный эффект при защите от пуль. Насколько могут быть улучшены защитные свойства от колющего удара с помощью предложенного варианта выполнения, в названных материалах не показано. Наряду с этим отсутствуют сведения о количестве абразивного материала и способе изготовления такого защитного слоя.
Согласно предложению, содержащемуся в патентной заявке США 5087499, абразивный материал в виде очень тонкого слоя наносится на пряжу из ароматических полиамидов, подвергаемой затем фибриллированию. Тем самым должна быть обеспечена защита прежде всего от колющих ударов хирургическими инструментами. С помощью раскрытого в этих материалах очень тонкого слоя не может достигаться какая-либо защита от ранений ножом.
Также с помощью ранее предложенных абразивных материалов не удается в описанных вариантах осуществления изготовить защитную одежду для правоохранительных органов, которая обеспечивала бы достаточную защиту от колющих ударов, а также защиту от пуль.
Из Derwent Abstract 87 - 118863 к патентной заявке Японии А - 62062198 известен материал для защитной одежды от пуль и ножей, в котором на один или несколько слоев ткани из волокон ароматических полиамидов нанесены с возможностью сцепления твердые керамические частицы в количестве 200-880 г/м2. Такие слои наносятся методом ламинирования на внутренний и наружный слои слоистого материала из тканей из волокон ароматических полиамидов с применением клея, такого как эпоксидная смола. Хотя такая одежда и пригодна для защиты от колющих ударов и пуль, однако она обладает жесткостью и, следовательно, не обеспечивает хороший комфорт при ношении.
Поэтому возникла задача создания защитной одежды, которая обеспечивает не только одинаковую защиту от колющих ударов ножами, кинжалами, в частности иглоподобными колющими предметами, но и кроме того, улучшает комфорт ношения при хорошем защитном эффекте по сравнению с ранее известной одеждой для защиты от колющих ударов.
Неожиданно было обнаружено, что эта задача решается особенно успешно в том случае, когда состоящая из нескольких слоев защитная одежда содержит более одного слоя с нанесенным на него покрытием из твердых материалов, причем твердые материалы имеют оболочку из фенольных смол, мочевиноформальдегидных смол, латексов со сшивкой или без, эпоксидных смол или полиакрилатных смол, и причем полотна с нанесенными на них твердыми материалами подвергаются после покрытия обработке для получения наплывов.
Защитная одежда от колотых и огнестрельных ранений состоит обычно из нескольких слоев. В этом случае применяются предметы одежды с разным количеством слоев. Выбор количества слоев зависит от разных факторов, таких как требуемый защитный фактор, желательный комфорт ношения, стоимость одежды и пр. В целом считается, что количество слоев должно быть по возможности небольшим, но их должно быть столько, сколько необходимо для обеспечения защиты.
В не предвосхищающей данную заявку публикации WO 98/45662 раскрыт прочный на прокалывание материал, состоящий из основы с нанесенными на нее прочными частицами, расположенной на пачке полотен. Покрытие состоит из абразивных частиц диаметром 0,1 - 3 мм, пачка полотен имеет толщину более 1,5 мм. Согласно WO 98/45662 может применяться также основа с несколькими слоями покрытия. Однако на основу твердые частицы наносятся с использованием битумного или содержащего полиуретан клея.
Защитные слои одежды для защиты от колющих ударов и пуль выполнены обычно из полотен высокопрочных материалов. Такие полотна представляют собой преимущественно текстильные полотна, особо предпочтительны ткани. Однако наряду с тканями могут применяться и другие текстильные полотна, такие, как трикотажные изделия, нетканые материалы, нитевые образования и пр.
Из нетекстильных полотен применяются особенно фольги или тонкие пенопластовые слои.
Под высокопрочными материалами следует понимать материалы, обладающие большим пределом механической прочности и надежной защитой от воздействия пуль и колющих предметов. При этом в первую очередь имеются в виду полимеры, способные к переработке в волокна.
Для изготовления защитных слоев защитной одежды согласно изобретению применяются предпочтительно волокна ароматических полиамидов, формованные в гелеобразном состоянии полиэтиленовые, полиимидные, полибензоксазоловые, полностью ароматические полиэфирные, высокопрочные полиамидные, высокопрочные полиэфирные волокна, высокопрочные полиолифиновые волокна, а также волокна с аналогичными свойствами. Особо предпочтительными являются волокна ароматических полиамидов.
Волокна ароматических полиамидов находят широкое применение в изготовлении защитной одежды. При этом речь идет о волокнистых материалах из полиамидов, получаемых в основном поликонденсацией ароматических кислот или их хлоридов с ароматическими аминами. Особенно известны волокна ароматических полиамидов, состоящие из поли-р-фенилентерефтальамида. Такие волокна продаются под фирменным названием "Twaron".
Под волокнами из ароматических полиамидов следует понимать не только волокна, состоящие целиком из ароматических кислотных компонентов и аминокомпонентов, но также волокнистые материалы, полимер которых более чем на 50% получен из ароматических кислот и ароматических аминов и, кроме того, содержит еще алифатические, алициклические или гетероциклические соединения в кислотной и/или аминной доле.
Предпочтительно, чтобы для изготовления защитных слоев для ткани, применяемой для защитной одежды согласно изобретению, использовались преимущественно волокна ароматических полиамидов в виде комплексной нити или пряжи. Предпочтительными являются комплексные нити. Под пряжей понимается пряжа, получаемая разрывно-штапелирующим способом.
Титры применяемых пряж составляют от 200 до 3400 децитексов, предпочтительными являются титры с 400 - 1500 децитексами. Титры элементарных нитей составляют, как правило, менее 5 децитексов, предпочтительно менее 1,5 децитекса.
Ткани изготавливаются предпочтительно с полотняным переплетением, однако и другие переплетения, такие, например, как переплетение панама или прессовое переплетение могут также применяться при изготовлении тканей.
Количество нитей зависит от применяемого титра пряжи и от требуемого, отнесенного к единице площади веса тканей, применяемых для получения защитных слоев. Отнесенный к единице площади вес таких тканей должен составлять от 50 до 500 г/м2.
Ткань, применяемая предпочтительно при изготовлении защитной одежды согласно изобретению, изготавливается, например, в виде полотняного переплетения из пряжи с титром 930 децитексов. При этом количество нитей в основе и утке составляет 10,5/см. При такой плотности получают ткань с отнесенным к единице площади весом около 200 г/м2. Приведенные здесь данные следует понимать как пример, и они не являются ограничивающими.
Химические волокна содержат обычно введенный при изготовлении волокон препарат, который в числе прочего положительно воздействует на способность пряжи к размотке при изготовлении ткани. Перед началом последующей обработки, например нанесением покрытия для подготовки к нанесению слоя из твердого материала, поступающая с ткацкого станка так называемая суровая ткань подвергается промывке. Последняя происходит обычно на машине для промывки врасправку, однако могут применяться и другие известные при отделке текстильных изделий устройства для промывки врасправку. Режим промывки, как-то: температура, продолжительность обработки и присадки для промывной ванны, среднему специалисту известен. Режим промывки выбирается с таким расчетом, чтобы остаточное содержание препарата после обработки составляло менее 0,1%. Затем проводится сушка ткани, которая происходит обычно на сушильно-ширильной машине.
Ткани, предусмотренные собственно для формирования защитных слоев от пули в защитной одежде согласно изобретению и не содержащие покрытия из твердого материала, могут применяться и в таком виде. В некоторых случаях после промывки дополнительно проводится водоотталкивающая обработка, например, с использованием полимерного или полимеризируемого фторуглеродного соединения.
Для нанесения покрытия из твердых материалов используются предпочтительно отмытые ткани, однако возможно также применять так называемые суровые, т.е. неотмытые ткани. В качестве начальной стадии нанесения покрытия из твердого материала на ткань наносится грунтовка. Эта грунтовка необходима для того, чтобы предупредить проникновение слоя связующего, наносимого затем для закрепления твердых материалов, в ткань основы.
В качестве грунтовки может применяться большое количество разных продуктов. В качестве примера следует указать здесь фенольную, мочевиноформальдегидную смолы, латекс в сшитом и несшитом виде, эпоксидные или полиакрилатные смолы. Наряду с диспергированной смолой или полуфабрикатами смолы в наносимой в качестве грунтовки массе содержатся также наполнители в количестве 30 - 70%. В качестве наполнителя может применяться, например, карбонат кальция.
Грунтовка наносится в количестве от 40 до 100 г/м2. После испарения содержащейся в грунтовочной массе жидкости на ткани присутствуют в виде грунтовки около 30 - 75 г/м2.
Обычно после нанесения грунтовки проводится промежуточная сушка, например, при температуре 100oС. Возможно также работать "мокрым по мокрому", т.е. последующее основное покрытие наносится на грунтовку без промежуточной сушки.
Для основного покрытия применяются классы соединений, которые конкретно были названы выше для грунтовки. Предпочтительно, чтобы для основного покрытия применялись фенольные смолы. Разумеется продукты для применения в качестве грунтовки и основного покрытия в зависимости от разницы между поставленными целями должны отвечать и разным условиям. Так, продукт для применения в качестве грунтовки должен образовывать сплошную, по возможности эластичную пленку с тем, чтобы исключить проникновение наносимого затем основного покрытия в грунтовочный материал. Напротив, существенное свойство образующего главное покрытие продукта: оптимальное связывание твердых материалов.
В основном покрытии содержится также наполнитель, доля которого может составлять от 20 до 50% от всего количества связующего. Количество наносимого основного покрытия составляет во влажном состоянии от 90 до 150 г/м2. После сушки количество связующего в главном покрытии достигает 60 - 120 г/м2.
Под твердыми материалами следует понимать неорганические вещества большой степени твердости, которые, например, находят применение в шлифовальных материалах в качестве абразивного слоя покрытия. Примерами этого служат карбид кремния, корунд (окись алюминия), карбид вольфрама, карбид титана, карбид молибдена, корунд циркония (плавленный корунд высокой чистоты с содержанием 40% окиси циркония), карбид бора, или нитрид бора, или их смесь. Такое перечисление твердых материалов, которое не претендует на полноту, следует понимать как указание примеров, и оно не является ограничивающим. Предпочтительно, чтобы для получения покрытия из твердых материалов применялся карбид кремния и/или корунд.
Названные материалы применяются преимущественно раздельно, однако возможно также использование смесей разных твердых материалов.
Твердые материалы могут применяться разных форм. Предпочтительными являются так называемые блочная и заостренная формы. Под первыми имеются в виду предпочтительно частицы круглой формы. Они обладают тем преимуществом, что благодаря им достигается большая кажущаяся плотность. Однако форма частиц твердого материала имеет определенное значение только при значительных диаметрах частиц, при незначительных диаметрах различие по их форме становится почти незаметным.
Нанесение твердых материалов производится на основу, снабженную слоем связующего, одним из традиционных при нанесении абразивных материалов методов.
Такими методами предусматривается предпочтительно насыпание твердого вещества или его нанесение в электростатическом поле. При первом методе, который в большинстве случаев называют методом гравитационного насыпания, твердые материалы поступают из щели насыпной воронки сверху на полотно ткани с нанесенными на него грунтовкой и основным покрытием. Плотность насыпки задается шириной насыпной щели и скоростью перемещения основы.
При электростатическом методе нанесение обеспечивается с помощью электростатического поля. В нем частицы твердого материала распределяются вдоль линий электростатического поля и перемещаются вдоль этих линий до противоположного полюса. Такая возможность перемещения частиц твердого материала в электростатическом поле в технологии абразивных материалов используется таким образом, что снабженная грунтовым и основным покрытиями основа перемещается вдоль верхнего электрода через электростатическое поле. При этом сторона основы, на которую нанесено покрытие, обращена к противоположному электроду. Находящиеся на нижнем электроде частицы твердого материала перемещаются в электростатическом поле снизу вверх к противоположному электроду и фиксируются там в пленке связующего основы.
Подача частиц твердого материала в электростатическое поле производится бесконечной транспортерной лентой, которая перемещается вдоль нижнего электрода и на которую частицы твердого материала насыпаются за пределами электростатического поля с помощью воронки.
В качестве электродов применяются предпочтительно пластинчатые электроды, однако возможно применение и линейных, и заостренных электродов.
Еще одной возможностью нанесения слоя твердого материала является суспендирование, также известное из области изготовления абразивных материалов. В этом случае твердые материалы замешивают в массу вяжущего и вместе с ней наливают или намазывают на основу.
Полотна с нанесенным на них покрытием из твердых материалов, предназначенные для защитной одежды согласно изобретению, изготавливают предпочтительно с использованием метода гравитационной насыпки, поскольку таким методом может достигаться высокая плотность частиц твердого материала.
По окончании нанесения твердых материалов проводится отверждение пленки связующего при температуре около 130oС. Вследствие испарения влаги толщина пленки связующего несколько уменьшается, в результате чего частицы твердого материала более интенсивно проступают на поверхности, на которую нанесено покрытие. Такое уменьшение толщины пленки связующего полезно используется и при способе суспендирования, так как в результате улетучивания жидкости и уменьшения толщины пленки после сушки обеспечивается возможность появления на поверхности твердых веществ, замешанных с массой связующего.
Наряду с традиционной для получения абразивных материалов сушкой в горячем воздухе возможны также и другие способы отверждения пленки связующего, такие как, например, использование электронных лучей, микроволн, ультрафиолетовых лучей и пр.
Вероятно, возможно применять при изготовлении полотен с покрытием из твердых материалов уплотнение поверхности с таким покрытием. Для этого на покрытие из твердого материала наносят тонкий слой эластомерного полимера, которое может производиться, например, напылением дисперсии эластомера. Другая возможность состоит в нанесении валиками. В этом случае валик проходит через резервный лоток, в котором находится наносимая дисперсия. После выхода валика из лотка удаляется избыток захваченной дисперсии, например, с помощью лезвия ракли, в результате чего на валике для нанесения образуется тонкая пленка, которая переносится на слой твердого материала.
Отверждение уплотнительного слоя проводится аналогично отверждению слоя связующего, предпочтительно сушкой.
В качестве последней рабочей операции проводится операция по формированию наплывов. При формировании наплывов речь идет об определенном нарушении сплошности жесткого слоя покрытия механическим способом, в результате чего образуются небольшие островки из слоя связующего, включая жестко закрепленные в этом слое твердые материалы на материале-основе. Достигаемая в результате формирования наплывов гибкость материала основы с покрытием из твердых материалов вероятно объясняется образованием мелких трещиноватых структур в пленке связующего. Условия для образования наплывов и необходимое для этого оборудование широко известны в промышленности абразивных материалов.
При изготовлении полотен с покрытием из твердых материалов предпочтительно формирование скрещенных наплывов, т.е. формирование наплывов ведется как в продольном направлении полотна, так и в поперечном.
Благодаря формированию наплывов достигается высокая упругость полотен с покрытием из твердых материалов, предназначенных для применения в защитной одежде согласно изобретению, что очень положительно сказывается на комфорте ношения такой одежды.
Толщина изготовленных описанным образом полотен с покрытием из твердых материалов составляет в зависимости от диаметра частиц твердых материалов от 0,1 до 1,5 мм, предпочтительно от 0,2 до 0,8 мм.
Определение толщины слоя покрытия из твердого материала проводится известным в текстильной промышленности методом замера толщины ткани. При этом сначала определяют толщину полотна без покрытия и затем толщину полотна с покрытием из твердого материала, замер проводится по стандарту DIN 53353. Разница в толщинах указывает на толщину слоя твердого материала.
Полученные описанным способом полотна с покрытием из твердых материалов применяются в защитной одежде от колотых ранений, а также в защитной одежде, которая обеспечивает комбинированную защиту от колотых и огнестрельных ранений. При этом предпочтительно применять полотна с односторонним покрытием из твердых материалов. Однако возможно применять и полотна с двусторонним покрытием.
Защитная одежда, предназначенная для защиты только от колющих ударов, изготавливается более чем из одного слоя, предпочтительно из 2-20 слоев, особо предпочтительно из 6-15 слоев полотна с покрытием из твердых материалов. Для этого слои накладывают друг на друга и соответственно выкраивают одежду. Закрепление отдельных слоев между собой проводится, например, двумя крестообразными швами, каждый по 10 см, в середине кроя. Другой возможностью для закрепления слоев является точечное склеивание.
Существенно, чтобы исключалось жесткое соединение отдельных слоев между собой и чтобы сохранялась подвижность отдельных слоев.
Однако выяснилось, что возможно располагать в защитной одежде также слои без взаимного закрепления, так как в полотнах с покрытием из твердых материалов сползание слоев происходит значительно меньше, чем в полотнах без покрытия. Предположительно покрытие из твердого материала, в частности с соседними слоями с покрытием из твердого материала, но и без покрытия, вызывает сцепление наподобие "липучки", в результате чего существенно предупреждается сползание. Это особенно проявляется в том случае, когда текстильные полотна, такие как, например, ткани или трикотажные изделия, используются в качестве материала основы для нанесения покрытий из твердых материалов. В тканях и трикотажных изделиях присутствуют свободные пространства, не закрытые пряжей. В них могут проникать твердые материалы соседнего слоя и там закрепляться. Для фольг с существенно закрытой поверхностью это невозможно или возможно незначительно.
Полотна с покрытием из твердых материалов, собранные в пачки из 2-20 слоев и раскроенные под одежду, помещаются в оболочку из поливинилхлоридной или термопластичной полиуретановой пленки и завариваются в ней. Вместо пленки может также применяться ткань с нанесенным на нее свариваемым слоем полиуретана, например, из полиамидных волокон, причем сторона с покрытием служит внутренней стороной.
Полученная таким образом пачка помещается после этого в оболочку из хлопчатобумажной ткани или ткани из смешанной полиэфирно-хлопчатобумажной пряжи. Для этой цели могут применяться и смешанные пряжи из вискозных волокон и ароматических m-полиамидных волокон. Такая ткань окрашена или ее лицевая сторона выполнена набивной. В этом случае необходимо особо обращать внимание на то, чтобы собственно защитная пачка, состоящая из полотен с покрытием из твердых материалов, могла легко удаляться с тем, чтобы можно было беспрепятственно производить чистку, в частности, оболочки.
В защитной одежде, предназначенной лишь для защиты от колотых ранений, под собственно защитные слои, на обращенной к телу стороне может дополнительно помещаться мягкий слой. Последний должен состоять из сжимаемого материала. Пригодны для этого, например, пенопласты, войлоки, иглопробивные материалы, наложенные друг на друга слои нетканых материалов, ворсовая ткань, ворсовые трикотажные изделия и пр. Такие мягкие слои создают амортизирующий эффект, который может уменьшить проникание колющего предмета. Кроме того, при воздействии колющего предмета несколько амортизируется приходящееся на тело давление.
Для изготовления такого мягкого слоя используются предпочтительно текстильные полотна, особо предпочтительными являются иглопробивные материалы или нетканые материалы из высокопрочных волокон. Для этого особо пригодны волокна из ароматических полиамидов. Наряду с упомянутым амортизирующим эффектом они дополнительно обеспечивают защиту от колющего удара.
Предпочтительно, чтобы полотна с покрытием из твердых материалов располагались в защитной одежде таким образом, чтобы слой покрытия из твердых материалов располагался на обращенной от тела пользователя одежды стороне. За счет этого достигается наилучший защитный эффект от колющих ударов при использовании полотен с односторонним покрытием. Однако возможно обращать покрытую сторону и внутрь, т.е. к телу пользователя одежды или применять чередующееся расположение слоя с покрытием из твердых материалов внутри пакета для защиты от колющего удара.
Одежда, призванная обеспечить комбинированную защиту от колющих ударов и пули, состоит из более чем одного слоя, предпочтительно из 2-20 слоев, особо предпочтительно из 6-15 слоев полотен, которые выполнены с покрытием из твердых материалов, и из 6 - 50 слоев полотен без покрытия. Количество слоев полотен без покрытия в защитной одежде для комбинированной защиты от колющих ударов и пуль составляет предпочтительно 8 - 40, особо предпочтительно 16 - 35. В качестве полотен без покрытия применяются в особенности ткани из волокон из ароматических полиамидов. При этом ткани из волокон из ароматических полиамидов без покрытия, которые образуют собственно защитный пакет от пуль, располагаются на обращенной к телу стороне. Такие ткани изготавливаются аналогично тому, как это было описано выше для тканей из ароматических полиамидов, используемых в качестве материалов основы для нанесения покрытия из твердых материалов.
Защитный пакет для комбинированной защиты от колющих ударов и пуль формируется таким образом, чтобы собственно защитные слои от колющих ударов, которыми являются слои с покрытием из твердых материалов, были связаны с тканями из ароматических полиамидов без покрытия. Для этого располагают друг на друге, например, крои из 6 - 50 слоев ткани из ароматических полиамидов без покрытия. На них укладывают 2-20 слоев полотен с односторонним покрытием из твердых материалов таким образом, чтобы сторона с покрытием служила наружной поверхностью. Отдельные слои сформированного таким образом пакета закрепляют, например, описанным выше способом с применением крестообразно расположенного двойного шва или точечным приклеиванием.
Затем при изготовлении защитной одежды пакет, как описано выше, заваривают в пластиковую оболочку и после этого помещают в тканевую оболочку, например, из ткани из смешанной полиэфирно-хлопчатобумажной пряжи. Такое помещение внутрь производится так, чтобы полотна с покрытием из твердых материалов находились на обращенной от тела пользователя одежды стороне и чтобы колющий предмет или пули сначала попадали на покрытые твердыми материалами слои.
Описанную выше конструкцию комбинированной защитной одежды от колющих ударов и пуль следует считать предпочтительным вариантом выполнения изобретения. Также возможно располагать полотна с покрытием из твердых материалов в пакете в целом из 8 - 70 слоев таким образом, чтобы эти полотна размещались не только на внешней стороне защитной одежды, а, например, были распределены между внешней стороной, серединой и внутренней стороной защитного пакета. Распределение слоев с покрытием из твердых материалов не должно ограничиваться одним вариантом выполнения, в котором слой покрытия из твердых материалов обращен наружу от тела пользователя одежды. Возможны также обратное и чередующееся расположения, причем предпочтительно расположение, при котором слой твердого материала обращен наружу.
Особо предпочтительный вариант выполнения комбинированной защитной одежды от колющих ударов и пуль представляет вариант, который может применяться выборочно для защиты от одного из видов угроз, т.е. для защиты от колотых ранений, или для защиты от пулевых ранений. Он может применяться также одновременно для защиты от обоих видов угроз.
Для этого прежде всего формируется собственно пакет для защиты от пуль, состоящий из 6 - 50 слоев ткани из ароматических полиамидных волокон без покрытия твердыми материалами, путем наложения друг на друга соответствующих кроев и закрепляется описанным способом. Такой пакет заваривается в пленку.
Кроме того, формируют пакет из 2 - 20 слоев полотна с покрытием из твердых материалов, который также заваривают в пленку.
Для размещения обоих пакетов формируют оболочку, например, из крашеной или набивной полиэфирно-хлопчатобумажной ткани. Такая тканевая оболочка снабжается "липучкой" или застежкой "молния" для обеспечения возможности легкого размещения и извлечения одного из обоих пакетов или обоих пакетов.
Если защитную одежду требуется использовать для комбинированной защиты от колющих ударов и пуль, то оба пакета заключают вместе, например, в оболочку, которая затем образует наружный слой бронежилета. Расположение собственно защитного пакета от колющих ударов, т.е. пакета, состоящего из полотен с покрытием из твердых материалов, производилось предпочтительно таким образом, чтобы он находился на обращенной от тела пользователя одежды стороне, т.е. прежде всего на стороне нападения.
Если не требуется обеспечивать защиту от колющих ударов, а ожидается только угроза огнестрельным оружием, то собственно пакет для защиты от колющих ударов, состоящий из полотен с покрытием из твердых материалов, может удаляться, и защитная одежда может применяться одна с пакетом из тканей из ароматических полиамидов, на которых отсутствует покрытие из твердых материалов.
Аналогично поступают и в том случае, когда можно ожидать угрозу ранения колющим предметом. В таком случае удаляют из одежды защитный пакет от пуль, состоящий из тканей из ароматических полиамидов без покрытия, и таким образом используют защитный пакет, состоящий из полотен с покрытием из твердых материалов. B таком случае целесообразно предусмотреть дополнительную вставку в виде мягкого слоя для защитной одежды в том месте, на котором раньше находился пакет защиты от пуль. Такой мягкий слой, выполняемый описанным выше способом, располагается в этом случае также внутри оболочки, выполненной, например, из пленки, в результате чего упрощаются размещение и извлечение мягкого слоя.
Эффект от слоя твердого материала при воздействии колющих предметов в достаточной степени все еще не выяснен. Проведенные во время опытов наблюдения четко указывают на то, что твердые материалы оказывают колющим предметам, например ножу, настолько большое сопротивление, что последний при попадании на первый защитный слой несколько отклоняется в сторону. Следующее сопротивление оказывает основа, на которую нанесен слой твердых материалов, при условии, что она состоит из соответствующих материалов, таких как, например, волокна из ароматических полиамидов. Благодаря такому комбинированному эффекту, вызываемому слоем твердых материалов и основой, гасится энергия, воздействующая на защитную одежду от колющего предмета. Поскольку колющий предмет должен проникнуть через несколько слоев, в которых происходит гашение энергии, то в самых нижних слоях энергии колющего удара более недостаточно для того, чтобы колющий предмет пронизал слои и вошел в тело.
Дополнительный эффект, вероятно, достигается за счет того, что происходит затупление клинка в результате его продольного скольжения по частицам твердого материала. В результате снижается возможность для проникновения в расположенные ниже слои. Представляется, что при этом особо оптимальный эффект обеспечивается частицами твердого материала с острыми краями.
Защитный эффект свидетельствует о зависимости от среднего диаметра частиц твердого материала. Пригодным оказался диаметр в диапазоне от 10 до 500 мкм. Предпочтителен диапазон от 20 до 200 мкм, особо предпочтителен диапазон от 25 до 150 мкм.
В промышленности абразивных материалов иногда принято классифицировать твердые материалы по показателям гранулометрического состава. Гранулометрический состав Р 220 согласно FEPA (Научно-исследовательский центр полицейской техники) означает, например, применительно к электрокорунду высокой чистоты или карбиду кремния, что средний диаметр зерен составляет 66 мкм. Само собой разумеется, что диаметр зерен характеризуется разбросом. Так, для диаметра зерна 66 мкм, приведенного в качестве примера, разбросы, которые обычно имеют нормальное распределение, могут составлять от 40 до 90 мкм.
Выяснилось, что при незначительном среднем диаметре зерен менее около 10 мкм требуемый защитный эффект уже более не достигается в необходимой степени, поскольку малые частицы твердого материала при описанном выше способе способны вызывать лишь незначительный эффект. Однако указанный предел около 10 мкм действителен не всегда. В зависимости от общей толщины слоя твердых материалов смещение может происходить в ту или иную сторону. Однако неожиданно было установлено, что и при более значительных средних диаметрах зерен, превышающих 500 мкм, не достигается более высокий защитный эффект от колющих ударов по сравнению с диаметром среднего диапазона. Очевидно, это объясняется тем, что покрытие материала основы твердыми материалами при использовании грубых частиц происходит не так равномерно, как при более мелких частицах, в результате чего в целом образуется значительная поверхность материала основы с недостаточным покрытием, и в результате для колющего предмета появляется относительно много возможностей для проникновения без значительного препятствия через твердые материалы и материал основы.
Испытание на защитные свойства от колющих ударов проводилось в соответствии с директивами, изданными Научно-исследовательским центром полицейской техники, г. Мюнстер. Наносился колющий удар стилетом с двухсторонним отшлифованным заостренным клинком массой около 2,6 кг. Испытательный клинок должен был воздействовать с энергией 35 Дж (это соответствует высоте падения 1,35 м) на испытуемое изделие. Перед началом каждого опыта по нанесению колющего удара на испытательный клинок наносили однородную пленку из жира литиевого мыла.
В качестве материала, примененного позади испытуемого изделия, служил блок пластилина. Проникание в такой блок или образовавшаяся выпуклость служат параметрами для оценки защитных свойств от колющих ударов. В соответствии с директивами Германской полиции материал для защиты от колющих ударов, который характеризуется глубиной проникания менее 20 мм или выпуклостью менее 40 мм, считается пригодным к использованию правоохранительными органами.
Наряду с таким испытанием на колющий удар ножеподобным колющим предметом проводились также испытания с применением иглоподобного колющего предмета. При этом применялся так называемый "нож для колки льда", описываемый в американских стандартах для испытания колющим ударом. В этом случае оценивают, останавливается ли действие колющего предмета или им пронизывается образец.
При испытании опытных материалов варьировали высоту падения и падающий груз, в результате чего достигались разные уровни энергии колющего удара. И в данном случае испытание проводилось с оценкой прокалывания. Использованные при экспериментах высоты падения и падающий груз соответствовали показателям энергии колющего удара, приведенным в табл.1 в конце описания.
Испытания пулями проводили также на основе директив, изданных Научно-исследовательским центром полицейской техники, г. Мюнстер.
Стрельба по испытываемому изделию велась в этом случае с расстояния 10 метров, причем требовалось определять скорость полета пули. Позади собственно испытуемого изделия располагали блок пластилина. По глубине проникновения в пластилин оценивали так называемый эффект травмирования.
Как еще будет показано отдельно с помощью примера выполнения, защитная одежда согласно изобретению способна обеспечить надежную защиту от колющих предметов. Это относится не только к колющим предметам с клинками, таким как ножи, кинжалы и пр. , но и к иглоподобным колющим предметам. В противоположность ранее предложенной защитной одежде от колющих ударов защитная одежда согласно изобретению обеспечивает благодаря своему относительно малому весу, относительно незначительной толщине и гибкости комфорт при ношении, который необходим правоохранительным силам во время их работы, связанной с большой физической нагрузкой.
Это справедливо и в том случае, когда защитные слои от колющих ударов применяются в комбинации с защитными слоями от пуль в комбинированной защитной одежде, т.е. в одежде, обеспечивающей защиту как от колющих предметов, так и от огнестрельного оружия.
Пример осуществления изобретения.
Для изготовления специальных слоев защиты от колющих ударов на ткань из ароматических полиамидов был нанесен слой твердого материала. Ткань была изготовлена из элементарных нитей ароматических полиамидов с титром 930 децитексов. Для основы и утка применили один и тот же вид пряжи. Количество нитей составило соответственно 10,5 нитей/см. Таким образом была изготовлена ткань весом 198 г/м2.
Такую ткань промыли и после промежуточной сушки покрыли грунтовым слоем из модифицированного полиакрилата. В дисперсию из модифицированной полиакрилатной смолы добавили 45% карбоната кальция в качестве наполнителя. Количество грунтовки определяли с таким расчетом, чтобы количество материала покрытия во влажном состоянии составляло 70 г/м2. После сушки количество нанесенного материала на ткань составило 53 г/м2. Сушка проводилась при 100oС.
После этого наносили собственно покрытие из связующего, для чего применяли дисперсию из предшественника фенольной смолы с наполнителем. При этом количество смолы составляло 70%, количество наполнителя (карбонат кальция) - 30%. Количество наносимого связующего выбирали таким образом, чтобы его количество во влажном состоянии составило 121 г/м2 (сухая масса: 90 г/м2). Подготовленная таким образом ткань была введена в зону обсыпки, в которой наносились частицы карбида кремния со средним диаметром 66 мкм, что соответствует гранулометрическому составу Р 220. Затем проводилось отверждение пленки склеивателя при температуре 130oС. После этого ткань с покрытием из твердых материалов подвергалась обработке на образование скрещивающихся наплывов.
Изготовленная таким образом ткань с покрытием из твердых материалов обрабатывалась затем для получения кроев для бронежилетов. Из
кроев путем наложения формировали три пакета из
а) 8 слоев (общим весом около 3600 г/м2),
б) 10 слоев (общим весом около 4450 г/м2),
в) 12 слоев (общим
весом около 5300 г/м2).
Полученные пакеты для защиты от колющих ударов подвергали испытанию описанным выше способом на определение защитного эффекта от колющих ударов
стилетом, причем проводилось три отдельных испытания. Были получены по глубине проникновения в пластилиновый слой следующие значения:
а) 14 мм,
б) 6 мм,
в) 0 мм.
Тем самым во всех случаях были соблюдены требования, согласно которым глубина проникновения не должна превышать 20 мм.
Для испытания на сопротивляемость к действию иглоподобных колющих предметов были уложены друг на друга 10 слоев ткани, на которую описанным способом были нанесены твердые материалы. Под такими слоями с покрытием разместили 28 слоев ткани без покрытия. При падающем грузе 7027 г и высоте падения колющего предмета 50 см (энергия прокалывания 35 Дж) прокол оказался минимальным.
Для сравнения проводили соответствующий тест с применением 28 слоев тканей без покрытия из твердых материалов. Здесь уже при высоте падения 1 см (энергия прокалывания 0,7 Дж) отмечен заметный прокол. Даже при увеличении количества слоев до 38 не было достигнуто значительного улучшения. И здесь при незначительной энергии прокола 0,7 Дж зарегистрирован заметный прокол.
Для проведения дополнительного теста на колющий удар иглоподобным колющим предметом падающий груз уменьшили до 2403 г. Снова был сформирован пакет из 10 слоев ткани с описанным слоем нанесенных твердых материалов, под которые подложили 28 слоев ткани без покрытия, и подвергли испытанию на колющий удар. При высоте падения 10 см (энергия колющего удара 2,3 Дж) прокол не обнаружен, также и увеличение высоты падения до 90 см (энергия колющего удара 21, 2 Дж) не привело к проколу. И только при высоте падения 100 см (энергия колющего удара 23,6 Дж) отмечен незначительный прокол.
В данном случае также проводили сравнение с пакетом, сформированным из тканей без покрытия. В пакете из 28 слоев при падении с высоты 10 см (энергия колющего удара 2,3 Дж) отмечен заметный прокол. При увеличении числа слоев до 38 при той же энергии колющего удара также отмечен прокол.
Это сравнение показало, сколь неожиданно заметно улучшился защитный эффект защитной одежды согласно изобретению не только при угрозе применения ножеподобных колющих предметов, но и прежде всего при угрозе применения иглоподобных колющих предметов.
Учитывая, что защитная одежда согласно изобретению должна обеспечивать защиту не только от колотых ранений, но и от огнестрельных, был сформирован пакет из 10 слоев ткани из ароматических полиамидов с описанным покрытием из твердых материалов. Этот пакет расположили перед пакетом из 24 слоев ткани из ароматических полиамидов без покрытия весом около 200 г/м2. Таким образом был сформирован пакет для комбинированной защиты от колющего удара и пули. Расположение произвели таким образом, чтобы собственно слои для защиты от колющего удара, т. е. ткани из ароматических полиамидов с покрытием из твердых материалов, при испытании пулями располагались на верхней стороне, это означает, что при стрельбе пуля должна была попасть сначала в слои с покрытием из твердых материалов.
Такой пакет (пакет В) подвергался экспериментальному обстрелу описанным выше способом, причем для сравнения обстреливали также пакет из 28 слоев ткани без покрытия (пакет А). При этом были получены результаты, приведенные в табл.2.
Эксперименты показали, что с помощью комбинированного пакета для защиты от колющего удара и пули, содержащей защитные слои от колющего удара согласно изобретению, эффективность защиты от пуль не ухудшается по сравнению с традиционным пулезащитным пакетом.
Реферат
Изобретение относится к защитной одежде от колотых и огнестрельных ранений. Защитная одежда состоит из нескольких слоев полотен из высокопрочных материалов, более чем один слой имеет покрытие из твердых материалов, находящихся в среде фенольных, мочевиноформальдегидных смол, латекса в сшитом или несшитом виде, эпоксидных смол или полиакрилатных смол. Защитная одежда содержит 6-50 слоев ткани из ароматических полиамидов без покрытия и 2-20 слоев полотна с покрытием из твердых материалов. Слои с покрытием из твердых материалов выполнены в виде извлекаемого пакета. Материал основы для слоев с покрытием из твердых материалов представляет собой полотно из ароматических полиамидов, высокопрочных полиолефинов или других высокопрочных материалов. Слой покрытия состоит из карбида кремния, плавленого корунда высокой чистоты, нормального электрокорунда, плавленого корунда средней чистоты, корунда циркония, карбида вольфрама, карбида титана, карбида молибдена, карбида бора, нитрида бора или из смеси этих твердых материалов. Изобретение позволит обеспечить защиту от колотых и огнестрельных ранений и улучшить комфорт ее ношения. 13 з.п. ф-лы, 2 табл.
