Изделие с антибаллистическим действием - RU2490380C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к изделию с антибаллистическим действием, содержащему слои ткани из пряжи из волокон с прочностью по меньшей мере 1100 МПа в соответствии с ASTM D-885.

Изделия с антибаллистическим действием из слоев ткани в целом известны. В публикации JP 61275440 A раскрыт бронежилет из слоев ткани, при этом нити находятся в атласном переплетении. В противоположность, например, нитям в полотняном переплетении. Нити внутри атласного переплетения менее сильно фиксированы внутри слоя ткани. За счет этого, согласно публикации JP 61275440 A, улучшается при обстреле поглощение энергии жилетом, который имеет слои ткани в полотняном переплетении. Однако недостатком слоев ткани в атласном переплетении является их плохая обрабатываемость. Например, разрезание и наложение друг на друга таких слоев ткани при изготовлении тормозящего проникновение изделия является очень трудоемким.

В публикации WO 02/14588 A1 раскрыто применение ламинированных слоев ткани для тормозящих пулю изделий, при этом слои ткани имеют атласное переплетение. Однако недостатком применения ламинированных слоев ткани в атласном переплетении является то, что за счет ламинирования теряется способность открытого атласного переплетения большого поглощения энергии.

Кроме того, недостатком является то, что слои ткани в атласном переплетении наносят большую травму при обстреле. Таким образом, атласные переплетения в тканях с антибаллистическим действием проявляют наряду с плохой обрабатываемостью также плохие параметры травматизма.

Поэтому задачей данного изобретения является создание изделия с антибаллистическим действием указанного в начале вида, которое по меньшей мере устраняет недостатки уровня техники и с помощью которого, несмотря на это, достигаются хорошие антибаллистические свойства.

Эта задача решена с помощью изделия с антибаллистическим действием, содержащим несколько слоев ткани из пряжи из волокон с прочностью по меньшей мере 1100 МПа в соответствии с ASTM D-885, причем внутри по меньшей мере одного отдельного слоя ткани имеется по меньшей мере две группы зон с различными плотностями ткани, при этом зоны первой группы имеют плотность ткани по Вальцу от 8% до 31%, а зоны второй группы имеют плотность ткани по Вальцу от 32% до 80%.

Плотность ткани по Вальцу определяется по формуле:

DG=(d_k+d_s)²×f_k×f_s,

где

d_k - диаметр материала основной пряжи в мм;

d_s - диаметр материала уточной пряжи в мм;

f_k - количество основных нитей на 1 см;

f_s - количество уточных нитей на 1 см.

Диаметр d_kи, соответственно, d_s материала пряжи вычисляется следующим образом:

где

d - dk или ds,

Титр - титр соответствующей пряжи в дтекс и

Плотность - плотность пряжи в г/см³.

Вычисленная по формуле плотность ткани относится к ткани в полотняном переплетении. Если имеются переплетения, отличающиеся от полотняного переплетения, то необходимо вводить в вычисление корректирующий фактор. В качестве этого корректирующего фактора используются для тканей со специальными видами переплетений следующие величины:

На этот корректирующий фактор умножается вычисленная по Вальцу плотность ткани DG. Плотность ткани указывается в процентах.

Предпочтительно, зоны первой группы имеют плотность ткани по Вальцу от 8% до 25%, особенно предпочтительно от 8% до 20%, и зоны второй группы предпочтительно имеют плотность ткани по Вальцу от 32% до 70%, особенно предпочтительно от 32% до 50%. За счет этого предпочтительно обеспечивается возможность целенаправленного использования преимуществ больших плотностей ткани или небольших плотностей ткани там, где они необходимы внутри слоя ткани. Например, краевые зоны слоя ткани могут быть образованы со сравнительно более высокой плотностью ткани, чем зоны в середине слоя ткани.

Предпочтительно, зоны первой группы имеют первый вид переплетения, а зоны второй группы имеют предпочтительно второй вид переплетения. Особенно предпочтительно первый вид переплетения отличается от второго вида переплетения. Таким образом, можно предпочтительно обеспечивать различную плотность ткани зон первой группы относительно зон второй группы за счет различных видов переплетения внутри зон первой группы относительно зон второй группы. Таким образом, можно предпочтительно создавать, например, несмотря на применение пряжи с одинаковыми титрами пряжи в обеих зонах, различные плотности ткани.

Особенно предпочтительно зоны первой группы имеют в качестве первого вида переплетения атласное переплетение. Предпочтительно, атласное переплетение является атласным переплетением 1/5 или 1/4.

Кроме того, особенно предпочтительно, зоны второй группы имеют в качестве вида переплетения полотняное переплетение 1/1 или саржевое переплетение. Когда атласное переплетение в зоне первой группы является переплетением 1/5, то саржевое переплетение является особенно предпочтительно переплетением 2/1. Когда в зонах первой группы используется атласное переплетение 1/4, то зоны второй группы имеют саржевое переплетение 2/3 или 1/4 или полотняное переплетение 1/1.

Также предпочтительно, когда пряжа зон первой группы имеет первый титр пряжи, а зоны второй группы - второй титр пряжи. При этом особенно предпочтительно первый титр пряжи отличается от второго титра пряжи. Однако также предпочтительно, когда первый титр пряжи по существу соответствует второму титру пряжи. При применении различных титров пряжи внутри зон первой группы относительно зон второй группы, можно вызывать различие плотности ткани между зонами первой группы и зонами второй группы, даже когда в зонах первой группы и в зонах второй группы применяется одинаковый вид переплетения. Первый титр пряжи и второй титр пряжи могут лежать в диапазоне от 100 дтекс до 8000 дтекс. Если обе зоны имеют разные виды переплетения, то вызванное этим различие плотности ткани может быть предпочтительно еще усилено за счет применения различных титров пряжи в различных зонах.

Предпочтительно, зоны первой группы имеют титр пряжи от 100 дтекс до 1000 дтекс, а зоны второй группы имеют предпочтительно титр пряжи от 1050 дтекс до 8000 дтекс.

Кроме того, предпочтительно, когда слой ткани в зонах первой группы имеет первое число нитей, а в зонах второй группы - второе число нитей. Первое число нитей и второе число нитей могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга и лежать в диапазоне от 2 нитей/см до 50 нитей/см. Особенно предпочтительно слой ткани в зонах первой группы имеет число нитей от 2 нитей/см до 10 нитей/см, а в зонах второй группы - число нитей от 10,1 нитей/см до 50 нитей/см.

Следует отметить, что на плотности ткани по Вальцу в зонах первой группы и зонах второй группы могут оказывать влияние такие факторы, как вид переплетения, титр и вид пряжи и число нитей. Если зоны первой группы отличаются относительно зон второй группы лишь одним из этих факторов, то уже может создаваться различие в плотности ткани по Вальцу между зонами первой группы и зонами второй группы. Естественно, что зоны первой группы и зоны второй группы могут также различаться относительно двух или всех факторов.

В целом, слои ткани или, соответственно, слой ткани для образования изделия согласно изобретению могут иметь, независимо от имеющихся переплетений или чисел нитей в зонах первой группы и зонах второй группы, пряжу с титром от примерно 100 дтекс до примерно 8000 дтекс. Кроме того, слои ткани или, соответственно, слой ткани для образования изделия, согласно изобретению, могут иметь, независимо от имеющихся переплетений или титров пряжи в зонах первой группы и зонах второй группы, число нитей от 2 нитей/см до 50 нитей/см. Естественно, что слои ткани для образования изделия согласно изобретению могут иметь, независимо от имеющихся чисел нитей или титров пряжи в зонах первой группы и зонах второй группы, льняное переплетение или саржевое переплетение или атласное переплетение.

Предпочтительно, зоны второй группы образуют долю поверхности минимально 20% и максимально 80% общей поверхности слоя ткани. Особенно предпочтительно, доля поверхности зон второй группы составляет между 30% и 60%, совсем особенно предпочтительно между 40% и 50% общей поверхности слоя ткани. Зоны второй группы должны быть выполнены предпочтительно не смежными внутри слоя ткани. Более предпочтительно, что слой ткани имеет множество зон второй группы, причем зоны второй группы отделены друг от друга несколькими зонами первой группы, но, несмотря на это, имеются точки соприкосновения друг с другом между зонами второй группы. Следовательно, может иметься также несколько не смежных зон первой группы внутри слоя ткани. Кроме того, возможно также, что внутри слоя ткани имеется больше двух групп зон с различными плотностями ткани по Вальцу. Зоны первой группы и зоны второй группы предпочтительно проходят каждая по меньшей мере через один раппорт выбранного переплетения.

Предпочтительно, слой ткани изделия согласно изобретению имеет сопротивление извлечению нити, которое составляет 200-700% сопротивления извлечению нити ткани, которая при одинаковом титре пряжи и одинаковом числе нитей имеет тот же вид переплетения, что и зоны первой группы. Кроме того, слой ткани может иметь сопротивление извлечению нити, которое составляет 20-70% сопротивления извлечению нити ткани, которая при одинаковом титре пряжи и одинаковом числе нитей имеет тот же вид переплетения, что и зоны второй группы. Таким образом, можно предпочтительно изменять свойства слоя ткани за счет зон второй группы.

Предпочтительно, зоны первой группы и зоны второй группы расположены относительно друг друга с полосовым узором или узором в виде шахматной доски. Естественно, возможны также другие узоры, такие как, например, ромбовидные узоры или треугольные узоры. Кроме того, возможно также, что зоны первой или второй группы находятся преимущественно в краевой зоне слоя ткани (например, наподобие рамы окна), а зоны соответствующей второй группы находятся в центральной зоне слоя ткани. При двух следующих друг над другом слоях ткани изделия с антибаллистическим действием следующие друг над другом слои ткани могут быть выполнены одинаково или различно друг от друга. При неодинаковом выполнении, например, первый слой ткани может иметь в краевых зонах зоны первой группы, а в центральной зоне -зоны второй группы, в то время как второй слой ткани имеет в краевой зоне зоны второй группы, а в центральной зоне - зоны первой группы.

Предпочтительно, пряжей для образования слоя ткани изделия с антибаллистическим действием является арамидная пряжа или пряжа из полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом или из полипропилена со сверхвысоким молекулярным весом или из полибензоксазола или из полибензотиазола. В частности, предпочтительной является пряжа из волокон из поли(р-фенилентерефталамида), которые предлагаются фирмой Teijin Aramid GmbH под названием TWARON^®. Естественно, возможно также, что внутри одного слоя ткани имеется различная пряжа, которая способствуют парциальному изменению плотности ткани.

Предпочтительно, прочность волокон пряжи для создания слоев ткани изделия с антибаллистическим действием больше 2000 МПа в соответствии с ASTM D-885.

Изделие с антибаллистическим действием согласно независимому пункту формулы изобретения и вариантам выполнения из зависимых пунктов формулы изобретения предпочтительно применяется для изготовления защитной одежды, такой как, например, тормозящие пулю бронежилеты. Естественно, изделие согласно изобретению может также обеспечивать защиту от проколов за счет соответствующего выполнения слоев ткани.

Ниже приводится поясняющее изобретение описание со ссылками на два прилагаемых чертежа, на которых схематично изображено:

фиг.1 - патрон переплетения слоя ткани для образования изделия с антибаллистическим действием, согласно изобретению;

фиг.2 - патрон переплетения сравнительного слоя ткани.

На фиг.1 схематично показан патрон переплетения слоя ткани для изготовления изделия, согласно изобретению. В зонах А слой ткани имеет полотняное переплетение 1/1 с плотностью ткани по Вальцу, например, 37%. В зонах В слой ткани имеет атласное переплетение 1/5 (шаг переплетения 2,2,3,4,4), при этом плотность ткани по Вальцу может составлять, например, 16%. Таким образом, зоны В являются в соответствии с изобретением зонами первой группы и лежат с расположением в шахматном порядке с зонами А, которые представляют зоны второй группы. Показанный на фиг.1 патрон переплетения имеет слои ткани, из которых образован пакет для последующих испытаний обстрелом в соответствии с примером 1.

На фиг.2 схематично показан патрон переплетения ткани из одинакового атласного переплетения с соответствующим негативом. В показанных зонах С слой ткани имеет атласное переплетение 5/1 (шаг переплетения 2,2,3,4,4), в то время как зоны С' имеют атласное переплетение 1/5 (шаг переплетения 2,2,3,4,4). Несмотря на различные виды переплетения в зонах С и С', плотность ткани по Вальцу составляет в обеих зонах, например, 16%. В показанном на фиг.2 примере выполнения атласное переплетение 1/5 (зоны С') выполнено с двумя раппортами, а атласное переплетение 5/1 (зоны С) выполнено с одним раппортом. Показанный на фиг.2 патрон переплетения имеет слои ткани, из которых образован пакет для последующих испытаний обстрелом в соответствии со сравнительным примером 3.

Примеры

Пряжей для изготовления слоев ткани является в примере и в сравнительных примерах пряжи из элементарных нитей арамида с прочностью 3384 МПа в соответствии с ASTM-D885 и эффективным титром 960 дтекс фирмы Teijin Aramid GmbH под названием TWARON®930дтексf1000. Арамид имеет плотность 1,44 г/см³.

Было исследовано несколько пакетов, образованных каждый из множества слоев ткани.

Сравнительный пример 1

Изделие или, соответственно, пакет, состоит в соответствии со сравнительным примером 1 из 26 уложенных друг на друга слоев ткани, при этом каждый слой ткани имеет полотняное переплетение 1:1 и число нитей (Fd) 10,5 1/см×10,5 1/см. Плотность ткани по Вальцу составляет для каждого их этих слоев ткани 37%.

Сравнительный пример 2

Пакет в соответствии со сравнительным примером 2 состоит также из 26 слоев ткани, однако при этом каждый слой ткани имеет атласное переплетение 1/5 (шаг переплетения 2,2,3,4,4). Число нитей составляет 10,5 1/см×10,5 1/см. Плотность ткани по Вальцу составляет для каждого их этих слоев ткани 16%.

Пример 1

Изделие, согласно изобретению, состоит в соответствии с примером 1 из 26 слоев ткани с двумя группами зон с различными плотностями ткани. Каждый слой ткани для образования изделия, согласно изобретению, имеет в качестве зон первой группы зоны с атласным переплетением 1/5 (шаг переплетения 2,2,3,4,4) и числом нитей 10,5 1/см×10,5 1/см. Плотность ткани по Вальцу составляет для зон этой первой группы 16%. Зоны второй группы образованы зонами внутри слоя ткани с полотняным переплетением 1:1 с числом нитей 10,5 1/см×10,5 1/см. Плотность ткани по Вальцу составляет для зон этой второй группы 37%. Соотношение между зонами в полотняном переплетении и зонами в атласном переплетении составляет 1/1, при этом имеются два атласных раппорта в направлении основы и утка и шесть полотняных раппортов в направлении основы и утка. Плотность ткани по Вальцу вычислена по указанной выше формуле следующим образом:

DG_{[вторая группа, полотно 1:1;960дтекс;10,5x10,5 1/см]}=37%

DG_{[вторая группа, атлас 1:1;960дтекс;10,5x10,5 1/см]}=37%х0,44 (фактор коррекции)=16%

Слои ткани изделия, согласно изобретению, изготовлены посредством подачи в группах нити в виде ремизного изделия на рапирном станке с ремизной кареткой. Для изготовления требуется шесть ремизок для подачи пряжи для образования зон в полотняном переплетении и шесть ремизок для подачи пряжи для образования зон в атласном переплетении.

Сравнительный пример 3

Пакет в соответствии со сравнительным примером 3 состоит из 26 ткани. Слои ткани изготовлены с помощью указанного в примере 1 способа так, что каждый слой ткани имеет два различных переплетения ткани. Однако плотность ткани по Вальцу внутри слоя ткани является одинаковой, несмотря на различные переплетения ткани. В качестве переплетений ткани применены атласное переплетение 1/5 (шаг переплетения 2,2,3,4,4) и атласное переплетение 5/1 (шаг переплетения 2,2,3,4,4), плотность ткани по Вальцу составляет во всех зонах 16%.

В слоях ткани, которые применяются для создания изделия сравнительных примеров 1-3 и примера 1, определяли сопротивление извлечению нитей. Для этого из одного слоя ткани подготавливали по пять полос в направлении основы и утка. Длина полос составляет 30 см, ширина составляет, в зависимости от вида ткани, между 6 и 8 см. Каждую из полос вычесывали до ширины ткани 5 см. Подлежащая испытанию нить лежит посредине в полосе ткани и выделена как на верхней стороне, так и на нижней стороне полосы на 10 см из ткани, так что 10 см этой нити остается в переплетении ткани. Затем на нижней стороне полосы выделенную нить отрезают с оставлением 1 см свободной длины. Полосу ткани зажимают внизу в зажиме для ткани так, что выделенная и обрезанная перед этим нить остается свободной. Лежащую свободно вверху нить зажимают по возможности без натяга в зажиме для пряжи. Определяют максимально возникающую силу в Ньютонах, которая необходима для вытягивания нити из имеющего длину 10 см переплетения ткани. В качестве сопротивления извлечению понимается арифметическое среднее из в целом 10 измеренных значений испытания. Скорость извлечения нити составила 50 мм/мин.

Результаты измерения сопротивления извлечению нити показаны в таблице 1.

Таким образом, определенное с помощью указанного выше способа сопротивление извлечению нити ткани с плотностью 37% (сравнительный пример 1) примерно в 10 раз выше, чем сопротивление извлечению нити ткани с плотностью 16% (сравнительный пример 2). Хотя плотность ткани по Вальцу для слоев ткани в сравнительном примере 3 соответствует плотности ткани по Вальцу в сравнительном примере 2, сопротивление извлечению нити в слое ткани сравнительного примера 3 примерно в два раза меньше за счет попеременного переплетения. Слой ткани для образования изделия, согласно изобретению, в соответствии с примером 1 имеет сопротивление извлечению нити, которое, с одной стороны, выше, чем сопротивление извлечению нити ткани с меньшей плотностью (сравнительный пример 1), однако меньше сопротивления извлечению нити ткани с более высокой плотностью (сравнительный пример 1). Таким образом, применение различных плотностей ткани оказывает влияние на различные сопротивления извлечению нити, так что сопротивление извлечению нити, также как плотность ткани, является мерой подвижности нитей в слое ткани.

Слой ткани изделия, согласно изобретению, в соответствии с примером 1 имеет сопротивление извлечению нити 109 Н, которое составляет 378% сопротивления извлечению нити ткани в соответствии со сравнительным примером 2, т.е. ткани, которая при том же титре пряжи и том же числе нитей имеет переплетение того же вида, что и зоны первой группы, а именно зоны в атласном переплетении 1/5. При сопротивлении извлечению нити 109 Н слой ткани изделия, согласно изобретению, имеет сопротивление извлечению нити, которое составляет 35% сопротивления ткани в соответствии со сравнительным примером 1, т.е. ткани, которая при том же титре пряжи и том же числе нитей имеет переплетение того же вида, что и зоны второй группы, а именно зоны в полотняном переплетении.

Сравнение баллистической способности

Для каждого из сравнительных примеров 1-3 и примера 1 проводили испытания трех пакетов для каждого вида боеприпасов, при этом каждый пакет (примерно 5,2 кг/м²) имел 26 слоев ткани и был обстрелян соответствующим видом боеприпасов восемь раз с расстояния 10 м для определения значения V₅₀ и поглощаемой энергии. При этом значения V₅₀ означают, что при заданной скорости пули вероятность проникновения составляет 50%. Позади пакета был расположен пластилиновый блок Вайбля. При этом поглощение энергии вычисляется из формулы 1/2 mv², где m обозначает вес пули в кг, а v соответствует определяемой скорости V₅₀ в м/с.

Во втором испытании для проверки деформации фона (называемой в последующем травмой) применялся, как и прежде, пластилиновый блок Вайбля. Мерой травмы является, как известно, вздутие противоположной угрожаемой стороне (стороне обстрела) стороны, которое вызывается обстрелом. Для определения травмы каждый пакет располагали перед пластилиновым блоком Вайбля и восемь раз обстреливали с постоянной скоростью пули в диапазоне от 434 м/с до 443 м/с с расстояния 5 м. При этом четыре выстрела производились в наружную зону пакетов и четыре выстрела во внутреннюю зону пакетов. При выбранных скоростях пули не было сквозных прострелов, а лишь застревания пули. Из этих восьми выстрелов вычисляли для каждой конструкции и вида боеприпасов среднее значение для травмы в виде глубины проникновения в пластилин в мм.

Соответствующие средние значения результатов испытаний обстрела сведены в таблицы 2 и 3.

Испытание обстрелом 1

Обстрел с помощью 0,44 Magnum JHP Remington 15,6 г

Как следует из таблицы 2, пакет, выполненный в соответствии со сравнительным примером 2 (атласное переплетение), при обстреле из 0,44 Magnum имеет значение V₅₀ 493 м/с и, соответственно, поглощение энергии 1896 Дж. Однако травма составляет при обстреле такого пакета 59 мм. В противоположность этому пакет в соответствии со сравнительным примером 1 (полотняное переплетение) при обстреле имеет значение V₅₀ 488 м/с и поглощение энергии 1858 Дж. Травма составляет в этом случае лишь 50 мм. Следовательно, открытая атласная ткань (сравнительный пример 2) отличается высоким поглощением энергии по сравнению с полотняной тканью (сравнительный пример 1), однако явно хуже полотняной ткани относительно травмы. Изделие, согласно изобретению, (пример 1) имеет значение V₅₀ 497 м/с, что соответствует поглощению энергии 1927 Дж. Травма для пакета в соответствии с примером 1 составляет 54 мм. Неожиданно для специалистов и непредсказуемым образом изделие согласно изобретению показывает по сравнению с пакетом из слоев чисто атласной ткани даже повышение поглощения энергии и тем самым улучшение антибаллистических свойств. Кроме того, полностью неожиданно величина травмы с пакетом в соответствии с примером 1 хотя и немного выше величины травмы с пакетом в соответствии со сравнительным примером 1, но достигается явное улучшение по сравнению с травмой с пакетом в соответствии со сравнительным примером 2. При сравнении пакетов в соответствии со сравнительным примером 3 и примером 1 неожиданным образом проявляется, что не наличие различных видов переплетения внутри слоя ткани приводит к улучшению поглощения энергии и травмы, а что должны иметься также различные плотности ткани при различных видах переплетения. При комбинации из полотняного переплетения и атласного переплетения внутри слоя ткани (пример 1) можно неожиданным образом комбинировать хорошее антибаллистическое свойство атласной ткани со стабильностью полотняной ткани. Изготовленный так слой ткани имеет по сравнению с чисто полотняной тканью лучшее поглощение энергии при обстреле и по сравнению с чисто атласной тканью улучшенные параметры травмы, а также явно улучшенную обрабатываемость.

Испытание обстрелом 2

Обстрел с помощью 0,357 Magnum JSP Remington 10,2 г

Как следует из таблицы 3, поглощение энергии пакета со слоями чисто атласной ткани (сравнительный пример 2) при обстреле из 0,357 Magnum лежит слегка выше поглощения энергии изделия, согласно изобретению (пример 1), однако при этом травма при применении изделия, согласно изобретению, явно ниже травмы, которая возникает при обстреле пакета со слоями из чисто атласной ткани.

Реферат

Предлагается изделие с антибаллистическим действием, содержащее множество слоев ткани из волокон с прочностью, по меньшей мере, 1100 МПа в соответствии с ASTM D-885, причем внутри по меньшей мере одного слоя ткани имеется по меньшей мере две группы зон с различными плотностями ткани. При этом зоны первой группы имеют плотность ткани по Вальцу от 8% до 31%, а зоны второй группы имеют плотность ткани по Вальцу от 32% до 80%. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Формула