ГИБКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАЩИТНОГО ПАКЕТА И ЗАЩИТНЫЙ ПАКЕТ ИЗ ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2000 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 

Изобретения относятся к средствам индивидуальной защиты от ударов пуль, осколков, колющих и режущих предметов и могут быть использованы при изготовлении бронежилетов, шлемов, касок и т.д.

Известен пулезащитный гибкий элемент, содержащий основу из упругого материала, размещенные в ней отдельные, не связанные жестко между собой детали из твердого материала, и внешнее покрытие (RU патент N2116607, кл. F 41 H 1/02, опубл. 27.07.98, бюл. N21).

Основным принципом действия известного элемента является рикошетирование воздействующего на него предмета (пули) во время движения в среде элемента.

Однако этот принцип выдерживается лишь при воздействии предметом в направлении, перпендикулярном к элементу. При изменении траектории удара на угловое (наклонное по отношению к элементу) воздействующий предмет беспрепятственно проходит между твердыми деталями.

Известный элемент при всей его гибкости излишне объемен, массивен и при использовании дополнительных слоев и покрытий представляется неудобным в эксплуатации.

Известен также защитный элемент, содержащий подложку из органопластика на основе арамидной ткани и полимерного связующего, нанесенный на подложку тонкий, рыхлый слой абразивных частиц в виде порошка и покровный слой из керамики (RU патент N2112911, кл. F 41 H 1/02, 5/04, опубл. 10.06.98, бюл. N16).

Недостатком указанного элемента является наличие в нем рыхлого слоя из не связанных между собой и с другими слоями абразивных частиц. Даже при незначительном нарушении целостности покровного слоя или подложки произойдет высыпание порошка, что приведет к провалу керамического покровного слоя при поражении боевым оружием.

Кроме того, большая масса и высокая жесткость известного элемента затрудняют его использование в индивидуальных защитных средствах.

Известен гибкий элемент защитного пакета, содержащий подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, зацепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала (Международная заявка WO 99/37969 A1, опубл. 29.07.1999).

Недостатками известного элемента являются невысокие защитные и эксплуатационные свойства, обусловленные незакрепленностью абразивных частиц в ткани подложки, результатом чего является невысокая механическая прочность элемента, а также несовместимостью или разной природой закрепляющего абразивные частицы на ткани и покровного материалов, создающей возможность расслоений и нарушения целостности элемента.

Данный элемент является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Известен защитный пакет, состоящий из уложенных друг на друга и скрепленных между собой гибких элементов, каждый из которых содержит подложку из арамидной ткани и скрепленное с нею в присутствии связующего очень тонкое покрытие из высокотвердого материала (EP патент N0773869, кл. B 32 B 5/26, F 41 H 5/04, опубл. 21.05.97). В качестве материала покрытия в известном пакете используется керамика, нанесенная плазменным напылением. Толщина покрытия составляет менее 100 мкм.

Монолитность покрытия в каждом из элементов пакета, низкая реализация потенциальных свойств ткани подложки в процессе противодействия удару приводят к неудовлетворительной работе как отдельного элемента, так и всего пакета. Причиной является скол покрытия при ударе и распространение трещин по поверхности в области поражения, площадь которой существенно превышает пятно контакта.

Кроме того, гибкость известного элемента имеет зрительно обнаруживаемые границы: при перегибании элемента в пакете на поверхности покрытия образуются изломы, заведомо уязвимые места в конструкции до ее эксплуатации.

Известен также многослойный защитный пакет, содержащий уложенные друг на друга гибкие элементы, каждый из которых включает подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала (Международная заявка WO 99/37969 A1, опубл. 29.07.1999).

Недостатки известного пакета связаны с конструктивными недостатками входящих в его состав гибких элементов (см. выше описание гибкого элемента по Международной заявке WO 99/37969) и обусловливают его невысокие защитные и эксплуатационные свойства.

Защитный пакет по Международной заявке WO 99/3769 является наиболее близким по технической сущности и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлены изобретения, является разработка таких гибкого элемента и защитного пакета, набранного из этих элементов, которые обеспечили бы защиту от режуще-колющего, осколочного и огнестрельного оружия при локальном восприятии ударной нагрузки с минимальной областью разрушения вокруг пятна контакта и уменьшение степени снижения защитных свойств материала в процессе эксплуатации.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретений, является повышение защитных и эксплуатационных свойств элемента и пакета в целом.

Технический результат достигается за счет обеспечения работы каждого компонента в отдельно взятом элементе и всех элементов в пакете.

Для достижения результата в гибком элементе защитного пакета, содержащем подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала, согласно изобретению связующее нанесено на ткань подложки с частичным проникновением в нее с образованием слоя-фиксатора положения абразивных частиц, абразивные частицы расположены в один слой плотно друг к другу, внедрены в ткань подложки на глубину проникновения в нее связующего слоя-фиксатора, защемлены между волокнами ткани и скреплены между собой и с тканью связующим слоя-фиксатора с обеспечением наружной изоляции при помощи материала покровного слоя, при этом в качестве полимерного связующего слоя фиксатора и эластичного материала покровного слоя использованы совместимые эластичные клеевые композиции на основе органических смол, содержащие эластифицирующие добавки, включающие каучук или поливинилбутираль, причем клеевая композиция эластичного материала покровного слоя выполнена обладающей более высокой степенью эластичности по сравнению со слоем-фиксатором.

В защитном пакете, содержащем уложенные друг на друга гибкие элементы, каждый из которых включает подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала, согласно изобретению в качестве отдельного гибкого элемента использован вышеописанный элемент, при этом каждый последующий элемент уложен тканью его подложки на покровный слой предыдущего с образованием лицевой стороны пакета из покровного слоя последнего элемента.

Отличительными особенностями гибкого элемента защитного пакета являются следующие признаки:
- нанесение связующего на ткань подложки с частичным проникновением в нее с образованием слоя-фиксатора положения абразивных частиц,
- расположение абразивных частиц в один слой плотно друг к другу,
- внедрение абразивных частиц в ткань подложки на глубину проникновения в нее связующего слоя фиксатора,
- защемление абразивных частиц между волокнами ткани,
- скрепление указанных частиц между собой и с тканью связующим слоя-фиксатора,
- обеспечение наружной изоляции частиц при помощи материала покровного слоя,
- использование в качестве полимерного связующего слоя-фиксатора и эластичного материала покровного слоя совместимых клеевых композиций на основе органических смол, содержащих эластифицирующие добавки, включающие каучук или поливинилбутираль,
- выполнение клеевой композиции эластичного материала покровного слоя, обладающей более высокой степенью эластичности по сравнению со слоем-фиксатором.

Отличительными особенностями заявляемого защитного пакета являются следующие признаки:
- использование в качестве отдельного гибкого элемента вышеописанного заявляемого гибкого элемента,
- укладка каждого последующего элемента (при образовании пакета) тканью его подложки на покровный слой предыдущего с образованием лицевой стороны пакета из покровного слоя последнего элемента.

Гибкий элемент защитного пакета представляет собой конструктивное целое, состоящее из взаимосвязанных компонентов: ткани из арамидных волокон, слоя из абразивных частиц, слоя связующего, обеспечивающего взаимосвязь указанных ткани и частиц, и слоя, обеспечивающего наружную изоляцию частиц.

В элементе использованы упругопрочностные свойства волокон в ткани, дискретность нанесения высокотвердого материала, сдвиговая адгезионная и когезионная прочность и деформационные свойства слоев связующих частицы и ткань.

Защитные свойства непропитанной "сухой" ткани из арамидных волокон, взятой в качестве основы подложки элемента защитного пакета, широко известны. Задача состояла в том, чтобы закрепить в ткани абразивные частицы с минимальным ущербом: использовать упругопрочностные свойства волокон ткани и сохранить гибкость ткани после размещения на ней и частично в ней абразивных частиц. Этого удалось достичь за счет использования связующего, способного при нанесении его тонким слоем зафиксировать положение абразивных частиц от смещения и не образовать жесткий композит с волокнами ткани. В результате частицы оказались защемленными за счет упругих свойств волокон в нитях ткани, а также адгезионных сил и деформационных свойств связующего, охватившего каждую абразивную частицу примерно на 2/3 ее высоты. Увеличение толщины слоя связующего, названного слоем-фиксатором положения абразивных частиц, оказалось нежелательным ввиду недостаточной деформативности этого, хотя и эластичного, но все-таки жесткого материала. В связи с этим выступающие острые концы абразивных частиц были окончательно изолированы более эластичным материалом покровного слоя.

Экспериментально доказано, что высота абразивных частиц и толщина ткани находятся в примерном соотношении как 0,5:1, при этом глубина внедрения частиц в ткань составляет примерно 0,1-0,25 их высоты. Указанные соотношения характерны для размеров абразивных частиц, лежащих в пределах 63-400 мкм. Причем наилучшие результаты дают размеры частиц, находящиеся в интервале 100-200 мкм. При увеличении размера частиц свыше 400 мкм вес бронеэлемента возрастает значительно быстрее, чем его защитные свойства. При уменьшении размеров частиц ниже 63 мкм значительно снижаются защитные свойства.

Толщина ткани определяется плотностью набивки нитей, имеющих конкретную линейную плотность. Примерами таких тканей являются ткани полотняного переплетения с линейной плотностью нитей 29,4; 58,3; 100 текс и плотностью набивки 20±1; 14±1 и 11±1 нитей/1 см соответственно одинаковыми по основе и утку.

Выбор связующего для слоя-фиксатора обусловлен назначением последнего - служить средством для связи абразивных частиц между собой и тканью подложки. Прочность связи должна исключать расслоение, но конструкция должна сохранять гибкость без видимых признаков разрушения покрытия. Для этих целей пригодны эластичные клеевые композиции на основе органических смол, содержащих эластифицирующие добавки, включающие каучук и поливинилбутираль.

Покровный слой служит средством изоляции абразивного слоя. Изоляция должна быть полной, но конструкция в целом не должна потерять гибкость, ломаться и образовывать трещины. Этим требованиям отвечают и каучуко- и поливинилбутиральсодержащие композиции с более высокой степенью эластичности, чем та, которой обладает связующее слоя-фиксатора.

В каждом конкретном случае экспериментально подбирают связующее для слоя-фиксатора и материал для покровного слоя, но закономерностью при этом остается более высокая эластичность материала покровного слоя при обязательной совместимости таковых.

Структура элемента по предлагаемому изобретению (поперечный разрез) показана на фиг. 1.

Гибкий элемент 1 защитного пакета содержит подложку 2, состоящую из ткани 3, выполненной из арамидных волокон 4, и сформированного на ткани 3 с частичным проникновением внутрь нее слоя-фиксатора 5, слой 6 из абразивных частиц и покровный слой 7.

Структура защитного пакета по данному изобретению показана на фиг.2 (для удобства показан пакет из двух элементов).

Защитный пакет состоит из гибких элементов 1, показанных на фиг. 1 и описанных выше, которые уложены друг на друга тканью 3 подложки 2 последующего элемента 1а на покровный слой 7 предыдущего элемента 1б, при этом покровный слой 7 последнего элемента (здесь элемента 1а) образует лицевую поверхность пакета.

Количество элементов в пакете зависит от необходимой степени защиты. Для защиты от колюще-режущего холодного оружия достаточно 8-16 слоев, для защиты от короткоствольного огнестрельного оружия их понадобиться 20-25. С учетом того, что в бронежилете или другом средстве индивидуальной защиты используются другие защитные средства, указанное количество элементов может быть уменьшено.

Работает защитный пакет следующим образом. Боевое оружие, например лезвие ножа, внедряется в покровный слой элемента, протыкает его и вступает в контакт со слоем абразивных частиц. Благодаря своей твердости, форме и острым кромкам частицы вызывают рассеяние части проникающей энергии ножа, которая расходуется на преодоление сил трения и дробление высокотвердых частиц. Острые кромки абразивных частиц, врезаясь в материал ножа, обеспечивают значительный коэффициент трения. Волокна арамидной ткани, закрытые от непосредственного прорезания ножом слоем абразивных частиц до момента разрушения последних, работают на растяжение, создавая тем самым значительное интегральное усилие обжатия лезвия ножа. Произведение усилия обжатия на коэффициент трения представляет собой силу сопротивления проникновению лезвия ножа в бронепакет. Поражающее действие от элемента к элементу резко снижается. Пробиваются все элементы пакета. Выход острия лезвия за последний элемент защитного пакета не превышает 5 мм.

При поражении огнестрельным и осколочным оружием пробитыми могут оказаться до 60% элементов от общего количества в защитном пакете.

Смещение абразивных частиц с удерживанием их на листе обеспечивают волокна ткани подложки, работая на растяжение, а также слой- фиксатор и покровный слой, находящиеся в сложнонапряженном состоянии.

Таким образом, в противодействии удару участвуют все компоненты отдельно взятого элемента и пакета в целом.

Гибкие элементы и защитный пакет, набранный из этих элементов, изготавливаются на стандартном оборудовании производства абразивных материалов.

Изобретения относятся к средствам индивидуальной защиты от ударов пуль, осколков, колющих и режущих предметов и могут быть использованы при изготовлении бронежилетов, шлемов, касок и т.д. Техническим результатом изобретения является получение элементов и пакета с минимальной областью разрушения вокруг пятна контакта. Предложен гибкий элемент защитного пакета, содержащий подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала. При этом связующее нанесено на ткань подложки с частичным проникновением в нее с образованием слоя-фиксатора положения абразивных частиц. Абразивные частицы расположены в один слой плотно друг к другу, внедрены в ткань подложки на глубину проникновения в нее связующего слоя-фиксатора, защемлены между волокнами ткани и скреплены между собой и с тканью связующим. Наружная изоляция обеспечивается при помощи материала покровного слоя. В качестве полимерного связующего слоя-фиксатора и эластичного материала покровного слоя использованы эластичные клеевые композиции, причем клеевая композиция эластичного материала покровного слоя выполнена обладающей более высокой степенью эластичности по сравнению со слоем-фиксатором. Защитный пакет содержит уложенные друг на друга гибкие элементы, при этом каждый последующий элемент уложен тканью его подложки на покровный слой предыдущего с образованием лицевой стороны пакета из покровного слоя последнего элемента. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гибкий элемент защитного пакета, содержащий подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала, отличающийся тем, что связующее нанесено на ткань подложки с частичным проникновением в нее с образованием слоя-фиксатора положения абразивных частиц, абразивные частицы расположены в один слой плотно друг к другу, внедрены в ткань подложки на глубину проникновения в нее связующего слоя-фиксатора, защемлены между волокнами ткани и скреплены между собой и с тканью связующим слоя-фиксатора с обеспечением наружной изоляции при помощи материала покровного слоя, при этом в качестве полимерного связующего слоя-фиксатора и эластичного материала покровного слоя использованы эластичные клеевые композиции на основе органических смол, содержащие эластифицирующие добавки, включающие каучук или поливинилбутираль, причем клеевая композиция эластичного материала покровного слоя выполнена обладающей более высокой степенью эластичности по сравнению со слоем-фиксатором. 2. Защитный пакет, содержащий уложенные друг на друга гибкие элементы, каждый из которых включает подложку из ткани из арамидных волокон, нанесенный на подложку слой абразивных частиц, закрепленных полимерным связующим, и покровный слой из эластичного материала, отличающийся тем, что в качестве отдельного гибкого элемента использован элемент по п.1, при этом каждый последующий элемент уложен тканью его подложки на покровный слой предыдущего с образованием лицевой стороны пакета из покровного слоя последнего элемента.