Стойкий к пробиванию материал - RU2243484C1
Код документа: RU2243484C1
Описание
Настоящее изобретение относится к стойкому к пробиванию материалу.
В ЕР-А 01200979 описывается стойкий к пробиванию материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой тканого материала, отличающийся тем, что двойной слой содержит первый и второй слои ткани, причем первый слой ткани состоит из первого набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, и второго набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине для второго набора >1, а второй слой ткани состоит из первого набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, и второго набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см во втором наборе к соответствующей величине в первом наборе >1, причем первый и второй наборы нитей в первом слое ткани ориентированы параллельно по отношению к первому и второму наборам нитей соответственно во втором слое ткани.
В ЕР-В 0397696 описывается ударопрочный композитный материал, то есть стойкий к пробиванию материал. Материал состоит из одного или нескольких слоев, причем, по меньшей мере, один из слоев содержит сеть элементарных нитей в виде матрицы, и элементарные нити имеют эквивалентный диаметр элементарных нитей, то есть диаметр круга, имеющего ту же самую площадь поперечного сечения, что и средняя площадь поперечного сечения у элементарных нитей слоя. Элементарные нити образуют нить, из которой можно получить тканый материал. В ЕР-В 0397696 сообщается, что отношение толщины слоя D к эквивалентному диаметру элементарной нити F является критичным для обеспечения эффекта придания стойкости к пробиванию. В соответствии с этим патентом наилучший эффект придания стойкости к пробиванию, выраженный через величину V50, получается тогда, когда это отношение близко к 1. В соответствии с ЕР-В 0397696 эффект придания стойкости к пробиванию у материалов уменьшается по мере увеличения данного отношения. При отношении D/F, равном 12,8, эффект придания стойкости к пробиванию уменьшается в такой степени, что ЕР-В 0397696 советует избегать более высоких значений данного отношения.
Принимая во внимание потребность в дополнительных материалах с хорошими свойствами, придающими стойкость к пробиванию, цель настоящего изобретения заключается в создании еще одного стойкого к пробиванию материала.
Данная цель достигается в случае стойкого к пробиванию материала, содержащего, по меньшей мере, один слой с толщиной D, причем слой содержит первый и второй слои тканого материала, при этом первый и второй слои соединены друг с другом посредством клеящего вещества, причем первый слой ткани состоит из первого набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, при этом элементарные нити образуют нити с диаметром F1, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, и второго набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, при этом второй набор нитей расположен под углом в диапазоне от >0 до 90° по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине во втором наборе >1, а второй слой ткани состоит из первого набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, и второго набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, причем элементарные нити образуют нити с диаметром F2, при этом второй набор нитей расположен под углом в диапазоне от >0 до 90° по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см во втором наборе к соответствующей величине в первом наборе >1, и первый и второй наборы нитей в первом слое ткани ориентированы параллельно первому и второму наборам нитей соответственно во втором слое ткани, а отношения D/F1 и D/F2 находятся в диапазоне от 14,5 до 40.
Термин “диаметр элементарной нити” обозначает средний диаметр элементарных нитей по их длине. В случае, когда элементарные нити не имеют кругового поперечного сечения, то тогда каждый из F1 и F2 обозначает диаметр круга, имеющего ту же самую площадь поперечного сечения, что и средняя площадь поперечного сечения у элементарных нитей по их длине.
В соответствии с ЕР-В 0397696 эффект придания стойкости к пробиванию для материала становится очень низким при отношении D/F>12,8. С учетом ЕР-В 0397696 специалист в соответствующей области, ознакомившийся с ранее упомянутой целью, будет ожидать, что величины V50, уже низкие при D/F, несколько превышающем 12,8, станут еще хуже при дальнейшем увеличении отношения D/F. Таким образом, специалист в соответствующей области ни в коем случае не будет ожидать каких-либо привлекательных значений V50, получающихся при отношениях D/F, значительно превышающих 12,8. И увеличение величин V50 при увеличении отношения D/F в диапазоне, значительно превышающем 12,8, для специалиста в соответствующей области было бы абсолютно немыслимым. Однако именно данное поведение было обнаружено в случае стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению, как можно видеть из примеров настоящего изобретения.
Толщину слоя измеряли в соответствии с DIN EN ISO 5084 при нагрузке 0,1 Н/см2.
В предпочтительном варианте осуществления стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению D/F1 и D/F2 находятся в диапазоне от 16 до 36.
В других предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала данного изобретения D/F1=D/F2.
В следующих предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала данного изобретения отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей в первом слое ткани и линейной плотности второго набора нитей к линейной плотности первого набора нитей во втором слое ткани >1, более предпочтительно >4,2, а наиболее предпочтительно >5,9.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению количество нитей, по меньшей мере, в одном из вторых наборов нитей первого слоя ткани и первых наборов нитей второго слоя ткани соответствует величине в диапазоне от 0,5 до 8 нитей/см.
В качестве клеящего вещества в стойком к пробиванию материале данного изобретения используют полимер, выбираемый из группы, содержащей термопластичные, эластомерные и термоотверждающиеся материалы или смесь полимеров, выбираемых, по меньшей мере, из двух типов данных материалов. В особенности предпочтительными в качестве термопластичных материалов являются полиолефины, такие как полиэтилен, например, ПЭНП, полипропилен, полиамид, сложный полиэфир или смеси данных полимеров или термопластичных эластомеров; в качестве эластомеров - каучук, силикон и тому подобное; а в качестве термоотверждающихся материалов - эпоксидные смолы, смолы на основе сложных полиэфиров, фенолоальдегидные смолы и смолы на основе виниловых сложных эфиров. Однако для стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению в качестве клеящего вещества также можно использовать и два или более упомянутых выше полимера, а также их смеси.
Клеящее вещество может состоять из того же самого полимера или смеси полимеров во всех слоях стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению. Также возможно, чтобы клеящее вещество в различных слоях стойкого к пробиванию материала согласно данному изобретению состояло бы из различных полимеров или полимерных смесей упомянутого выше типа.
В других предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала данного изобретения первый набор нитей первого слоя ткани и второй набор нитей второго слоя ткани состоят из высокопрочной, а предпочтительно высокомодульной пряжи, выбираемой из одной из групп, образованных арамидами, полиэтиленами или поли-п-фениленбензобисоксазолами, при этом п-арамиды, в особенности поли-парафенилентерефталамид, являются наиболее предпочтительными в группе арамидов.
В принципе второй набор нитей первого слоя ткани и первый набор нитей второго слоя ткани могут быть образованы из любого материала нити, обычно имеющего меньшую прочность по сравнению с первым набором нитей первого слоя ткани и вторым набором нитей второго слоя ткани, такого как хлопок, вискоза, лен, пенька, полиакрилат и тому подобное. Второй набор нитей первого слоя ткани и первый набор нитей второго слоя ткани предпочтительно состоят из пряжи, выбираемой из одной из групп, образованных сложным полиэфиром, полиэтиленом, полипропиленом или арамидом. Предпочтительно данная пряжа отличается высокой прочностью и высоким модулем.
В следующих предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала согласно изобретению первый набор нитей первого слоя ткани и второй набор нитей второго слоя ткани состоят из арамидных нитей, а второй набор нитей первого слоя ткани и первый набор нитей второго слоя ткани состоят из нитей на основе сложного полиэфира.
В других предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала согласно изобретению первый набор нитей первого слоя ткани и второй набор нитей второго слоя ткани имеют линейную плотность в диапазоне от 210 до 6720 дтекс, предпочтительно от 420 до 3360 дтекс, более предпочтительно от 420 до 1680 дтекс, а наиболее предпочтительно от 550 до 1100 дтекс. Линейная плотность 840 дтекс, как было обнаружено, является идеальной для данного применения.
В следующих предпочтительных вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала согласно изобретению второй набор нитей первого слоя ткани и первый набор нитей второго слоя ткани имеют линейную плотность в диапазоне от 50 до 280 дтекс, в особенности предпочтительно от 80 до 210 дтекс. Линейная плотность 140 дтекс для второго набора нитей первого слоя ткани и первого набора нитей второго слоя ткани, как было обнаружено, является предпочтительной.
В других вариантах осуществления стойкого к пробиванию материала согласно изобретению первый набор нитей первого слоя ткани и первый набор нитей второго слоя ткани являются основными нитями, а второй набор нитей первого слоя ткани и второй набор нитей второго слоя ткани являются уточными нитями.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из внешних сторон стойкого к пробиванию материала согласно изобретению снабжена защитным слоем, который может состоять, например, из термопластичного, термоотверждающегося или эластомерного материала или же из смеси данных полимеров. Защитный слой наносят для защиты внешней стороны (сторон) материала от повреждений, вызываемых избыточным истиранием, и для улучшения действия, обеспечивающего пуленепробиваемость.
Как уже упоминалось выше, стойкий к пробиванию материал согласно изобретению содержит, по меньшей мере, один слой указанного типа. Специалист в данной области техники легко сможет определить количество слоев, необходимых для конкретного защитного действия, обеспечивающего пуленепробиваемость, например, проведя испытания по обстрелу и определив значение V50 для материала.
Стойкий к пробиванию материал согласно изобретению можно изготовить, например, в результате первоначально выбора одного из упомянутых выше первого и второго слоев ткани и одного из упомянутых клеящих веществ, причем клеящее вещество предпочтительно используют в виде пленки. После этого первый и второй слои ткани и пленку клеящего вещества накладывают друг на друга в определенном порядке, соответствующем конкретному назначению стойкого к пробиванию материала. Например, для цели защиты от пули с мягкой головкой слои формируют и прессуют друг с другом в следующем порядке: пленка клеящего вещества/первый слой ткани/пленка клеящего вещества/второй слой ткани/пленка клеящего вещества. Например, для цели защиты от пули с жесткой головной частью слои формируют в следующем порядке: пленка клеящего вещества/первый слой ткани/пленка клеящего вещества/второй слой ткани; после этого накладывают друг на друга и прессуют определенное количество упомянутых слоев в зависимости от предполагаемого защитного действия, обеспечивающего пуленепробиваемость, получая панели. При изготовлении слоев для целей защиты от пули с мягкой головкой несколько наложенных друг на друга слоев упомянутого выше типа также можно одновременно прессовать друг с другом при условии, что при использовании подходящих средств, таких как прокладочная бумага, будет обеспечиваться разделяемость данных слоев после их спрессовывания друг с другом. После прессования попутно формируют защитный слой для подстилающего слоя ткани при помощи пленок клеящего вещества, расположенных на внешних сторонах во время формирования слоев. Для методики прессования пригоден, например, статический пресс. Прессование проводят в статическом прессе, предпочтительно при температуре в диапазоне от 80 до 220°С, при давлении от 5 до 100 бар и в течение от 15 до 150 секунд для одного слоя. После этого нагревание пресса выключают.
Для определения толщины слоя в материале, где друг с другом было спрессовано несколько слоев (защита от пули с жесткой головной частью), сначала измеряют полную толщину и измеренную величину делят на количество слоев с получением толщины D для одного слоя в стойком к пробиванию материале согласно изобретению. В заключение определяют отношение D/F при использовании первоначально определенного эквивалентного диаметра элементарной нити F.
Изобретение дополнительно будет проиллюстрировано следующими далее примерами.
Пример 1. Защита от пули с мягкой головкой
Стойкий к пробиванию материал а (см. строку а в таблице 1) получают следующим образом.
Для первого слоя ткани используют ткань, состоящую из основных нитей из поли-парафенилентерефталамида (Twaron® от компании Teijn Twaron) с линейной плотностью, количеством нитей на единицу длины ткани и диаметром элементарной нити F такими, как приведенные в строке а таблицы 1, и уточных нитей из сложного полиэфира (товарный знак TREVIRA® от компании Hoechst), характеризующихся линейной плотностью 140 дтекс и количеством нитей на единицу длины ткани 2 нити/см.
Для второго слоя ткани используют ткань, состоящую из уточных нитей из поли-парафенилентерефталамида (Twaron® от компании Teijn Twaron) с линейной плотностью, количеством нитей на единицу длины ткани и диаметром элементарной нити F такими, как приведенные в строке а таблицы 1, и основных нитей из сложного полиэфира (TREVIRA® от компании Hoechst), характеризующихся линейной плотностью 140 дтекс и количеством нитей на единицу длины ткани 4 нити/см.
Пленку ПЭНП, приобретаемую как “LDPE Flachfolie, transparent, 10 μm” (EKB Kunststoffe), используют в качестве клеящего вещества.
23 слоя (порядок в каждом слое: пленка клеящего вещества/первый слой ткани/пленка клеящего вещества/второй слой ткани/пленка клеящего вещества), отделенные друг от друга бумагой, накладывают друг на друга и прессуют в прессе при температуре 120°С и давлении 25 бар в течение 25 минут. После этого нагревание пресса выключают. Затем слои отделяют друг от друга, бумагу вынимают, 23 слоя накладывают друг на друга еще раз и компонуют друг с другом, получая сборное изделие. Толщину каждого слоя в получаемом в результате сборном изделии (обозначенном как а в таблице 1) измеряют под нагрузкой 0,1 Н/см2 в соответствии с DIN EN ISO 5084. В заключение определяют отношение D/F (см. строку а в таблице 1), используя первоначально определенный диаметр элементарной нити F. В таблице 1 также приведена масса, приходящаяся на единицу площади сборного изделия.
Защитное действие сборного изделия а), обеспечивающее пуленепробиваемость, характеризуют через определение величины V50 в соответствии с технической инструкцией “Schutzwesten der deutschen Polizei” (“Protective vests for German police”) при использовании пуль Para Type DM41 калибра 9Ч19 (DAG). Результаты обобщены в строке а таблицы 1.
Кроме этого, тем же самым способом, что и материал а), получали материалы b) и с) за исключением того, что использовали уточные нити из поли-парафенилентерефталамида с величинами линейной плотности, количества нитей на единицу длины ткани и диаметра элементарной нити, приведенными в таблице 1 в строках b и с соответственно.
Таблица 1 демонстрирует, что получены материалы с хорошими значениями V50 несмотря на то, что D/F значительно превышает 12,8. Кроме того, можно видеть, что при увеличении отношения D/F величины V50 увеличиваются еще больше, в то время как масса, приходящаяся на единицу площади для материалов в диапазоне от а) до с), остается практически постоянной.
Пример 2. Защита от пули с жесткой головной частью
Стойкий к пробиванию материал d) (см. таблицу 2) получают следующим образом.
Для первого слоя ткани используют ткань, состоящую из основных нитей из поли-парафенилентерефталамида (Twaron® от компании Teijn Twaron) с линейной плотностью, количеством нитей на единицу длины ткани и диаметром элементарной нити F такими, как приведенные в таблице 2, и уточных нитей из сложного полиэфира (TREVIRA® от компании Hoechst), характеризующихся линейной плотностью 140 дтекс и количеством нитей на единицу длины ткани 2 нити/см.
Для второго слоя ткани используют ткань, состоящую из уточных нитей из полипарафенилентерефталамида (Twaron® от компании Teijn Twaron) с линейной плотностью, количеством нитей на единицу длины ткани и диаметром элементарной нити F такими, как приведенные в таблице 2, и основных нитей из сложного полиэфира (TREVIRA® от компании Hoechst), характеризующихся линейной плотностью 140 дтекс и количеством нитей на единицу длины ткани 4 нити/см.
Материал, приобретаемый как LDPE No. 251-50 (Caplast Kunststoffverarbeitungs GmbH), используют в качестве клеящего вещества, которое наносят на одну сторону каждого слоя ткани.
28 слоев (порядок в каждом слое: покрытие из клеящего вещества/первый слой ткани/покрытие из клеящего вещества/второй слой ткани) накладывают друг на друга и прессуют в статическом прессе при температуре 120°С и давлении 30 бар в течение 40 минут. После этого нагревание пресса выключают. Толщину получаемой в результате панели d) измеряют под нагрузкой 0,1 Н/см2 в соответствии с DIN EN ISO 5084, а измеренную величину делят на количество слоев с получением толщины D одного слоя панели d) (см. таблицу 2). В заключение определяют отношение D/F, используя первоначально определенный диаметр элементарной нити F (см. таблицу 2). В таблице 2 также приведена масса, приходящаяся на единицу площади панели d).
Защитное действие панели d), обеспечивающее пуленепробиваемость, характеризуют через определение величины V50 в соответствии с EN 1063 class B3 при использовании пуль калибра 0, 357 типа Magnum VMKS “Vollmantel Kegel Spitz” (Geco) (от компании Dynamite Nobel). Результаты обобщены в таблице 2.
Таблица 2 демонстрирует, что получен материал с хорошим значением V50 несмотря на то, что D/F значительно превышает 12,8.
Реферат
Изобретение относится к получению материала для средств индивидуальной защиты. Предложен стойкий к пробиванию материал, содержащий, по меньшей мере, один слой толщиной D, состоящий из двух слоёв ткани, соединенных клеящим веществом. Первый слой состоит из первого набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью по меньшей мере 210 дтекс, составляющего по меньшей мере 65% от массы ткани, а элементарные нити образуют нити с диаметром F1. И второго набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью по меньшей мере 50 дтекс. При этом второй набор нитей расположен под углом от > 0 до 90° по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом и во втором наборе >1. Аналогично второй слой ткани состоит из первого набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью по меньшей мере 50 дтекс, и второго набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью по меньшей мере 210 дтекс. Первый и второй наборы нитей в первом слое ткани ориентированы параллельно первому и второму наборам нитей во втором слое ткани, а отношения D/F1 и D/F2 находятся в диапазоне от 14,5 до 40. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости материала к пробиванию. 14 з.п. ф-лы, 2 табл.
