УСТОЙЧИВЫЙ К ПРОНИКНОВЕНИЮ МАТЕРИАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ТКАНЬ С ВЫСОКИМ СООТНОШЕНИЕМ ЛИНЕЙНЫХ ПЛОТНОСТЕЙ ДВУХ СИСТЕМ НИТЕЙ, И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2003 года по МПК D03D15/00 F41H1/02 

Изобретение относится к устойчивому к проникновению материалу, содержащему ткань с высоким соотношением линейных плотностей двух систем нитей, и к изделиям, изготовленным из этого материала.

В данной области известны устойчивые к проникновению изделия, например пуленепробиваемые жилеты, шлемы, панели транспортных средств и щиты из высокопрочных волокон. Для многих видов применения, в частности, для баллистических жилетов, используют волокна в виде ткани или трикотажного материала. Эти материалы могут быть нанесены в виде покрытия на материал матрицы, или ими может быть пропитан материал матрицы для получения жестких баллистических материалов, или могут быть использованы без материала матрицы для получения мягких баллистических материалов.

Пуленепробиваемые тканые материалы известны, помимо прочего, из европейского патента ЕР 310199. Материалы, описанные в этом патенте, состоят из комплексных нитей из полимера со сверхвысоким молекулярным весом, имеющих высокую прочность и высокий модуль, причем нити основы изготовлены из полимерных материалов, отличных от тех, из которых изготовлены нити утка.

В патенте России RU 2096542 описан баллистический материал для пуленепробиваемых жакетов, содержащий нити основы и утка из полипарафенилентерефталамида (РРТА), в котором соотношение линейных плотностей нитей основы и утка меньше 4,17. Описаны нити основы, имеющие линейную плотность 143-588 дтекс, и нити утка, имеющие линейную плотность 588-930 дтекс, причем нити утка имеют одинаковую или большую линейную плотность, чем нити основы. Особенно отмечено, что баллистические материалы, в которых отношение линейных плотностей нитей основы и утка составляет 1,59-4,17, обладают улучшенной отклоняющей способностью.

Известен устойчивый к проникновению материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой ткани, состоящий из двух слоев ткани, уложенных перекрестно под углом (патент РФ 2042915).

Также известно изделие, изготовленное из устойчивого к проникновению материала (патент РФ 2077020).

Установлено, что устойчивые к проникновению материалы, содержащие, по меньшей мере, двойной слой ткани, состоящий из двух слоев ткани, которые расположены перекрестным образом под углом, отличающиеся тем, что ткань состоит из первого набора нитей, расположенных с плотностью 3,5-20 нитей/см и имеющих линейную плотность, по меньшей мере, 420 дтекс, и из второго набора нитей, расположенных с плотностью 0,5-8 нитей/см и имеющих линейную плотность, по меньшей мере, 50 дтекс, причем второй набор нитей расположен в поперечном направлении по отношению к первому набору нитей, и отношение линейной плотности нитей первого набора нитей к линейной плотности нитей второго набора больше 4,2, а отношение числа нитей/см первого набора к числу нитей/см второго набора больше единицы, обладают улучшенными баллистическими свойствами.

Предпочтительно, чтобы устойчивый к проникновению материал имел отношение линейной плотности нитей первого набора к линейной плотности нитей второго набора больше 7,5. Число нитей/см первого набора составляет 3,5-20 нитей/см. Более предпочтительно число нитей/см составляет 4-15 нитей/см, а наиболее предпочтительно - 5-12 нитей/см. Число нитей/см второго набора составляет 0,5-8 нитей/см. Более предпочтительно число нитей/см составляет 1-6 нитей/см, а наиболее предпочтительно - 2-4 нитей/см. По соображениям эффективности производства предпочтительно, чтобы первый набор нитей представлял собой нити основы, а второй набор нитей - нити утка. Второй набор нитей расположен в поперечном направлении по отношению к первому набору нитей. Хотя обычно эти наборы расположены приблизительно перпендикулярно друг другу, это не обязательно. Второй набор нитей может быть расположен под углом, отличным от 90^o, к первому набору нитей.

Устойчивый к проникновению материал также содержит второй набор нитей (предпочтительно набор нитей утка), химический состав которых не играет решающую роль в настоящем изобретении. Предпочтительно, однако, чтобы эти нити имели высокую прочность и высокий модуль. Это особенно важно, когда эти нити выбирают из ряда, включающего: нити из сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена, полиамида и арамида. Наиболее предпочтительно, чтобы второй набор нитей был выполнен из нитей из сложного полиэфира.

Нити первого набора (предпочтительно нити основы) обладают высокой прочностью и высоким модулем, и наиболее предпочтительны арамидные нити, более конкретно - п-арамидные нити. Наиболее предпочтительными являются полипарафенилентерефталамидные (РРТА). В предпочтительном варианте осуществления изобретения нити основы и утка выбирают так, чтобы они были изготовлены из различных полимеров, например, предпочтительна ткань, содержащая нити основы из п-арамида, а нити утка из сложного полиэфира.

Когда удовлетворяется требуемое соотношение линейных плотностей, линейную плотность нитей первого набора выбирают так, чтобы она составляла, по меньшей мере, около 420 дтекс, предпочтительно - 420-3360 дтекс, более предпочтительно - 420-1680 дтекс, а наиболее предпочтительно - около 840-1100 дтекс. Линейная плотность нитей второго набора должна быть, по меньшей мере, около 50 дтекс, более предпочтительно - 50-280 дтекс, а наиболее предпочтительно - около 80-140 дтекс.

Под термином "нить" здесь имеется в виду любой вид нити, например, штапельная нить, крученая штапельная нить, крученая элементарная нить, некрученая нить из смешанных волокон, а предпочтительно - некрученая элементарная нить.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения нити каждого из двух слоев двухслойной ткани соединены вместе, например, простегиванием или, предпочтительно, адгезионным материалом. Адгезионным материалом может быть клей, нанесенный на нити или на ткань, например, в виде отделочного состава. Адгезионным материалом может также быть клеящий слой, имеющийся между двумя слоями ткани двойного слоя. К числу адгезионных материалов относятся: термопластические, эластомерные и термореактивные вещества. Можно также использовать, по меньшей мере, для изготовления части второго набора нитей материал, который плавится под давлением и/или при нагреве, таким образом осуществляя соединение нитей первого набора с нитями второго набора и по выбору также соединение двух слоев ткани между собой. К числу термопластических материалов относятся полиолефины, например полиэтилен и полипропилен, полиамид, сложный полиэфир или смеси этих материалов. Эластомерные материалы включают Kraton, каучук, силикон и т.п. Термореактивные материалы включают эпоксидные смолы, смолы сложного полиэфира, фенольно-альдегидные смолы, полимеры сложных виниловых эфиров и т.п.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одну из внешних сторон устойчивых к проникновению материалов снабжают защитным слоем. Защитный слой может быть термопластическим или эластомерным материалом или смесью этих материалов. Защитный слой наносят для защиты ткани от повреждения при чрезмерном истирании.

Устойчивый к проникновению материал содержит, по меньшей мере, один двойной слой, состоящий из двух слоев ткани, которые наложены перекрестно под углом и по выбору соединены друг с другом. Под термином "ткань" имеются в виду все типы тканей, например, с полотняным, сатиновым переплетением, переплетением "рогожка", саржевым переплетением и т.п. Предпочтительными являются ткани с полотняным переплетением.

Устойчивые к проникновению материалы могут содержать, по меньшей мере, один двойной слой, состоящий из двух слоев ткани, но обычно накладывают друг на друга большее количество двойных слоев. Подходящим количеством двойных слоев является 5-100, а наиболее предпочтительным - 6-35 двойных слоев. По меньшей мере, в одном двойном слое два слоя ткани располагают друг к другу под углом. Предпочтительными углами являются 30-90^o. Угол в 90^o является наиболее предпочтительным. Для мягких защитных средств наибольший эффект достигается при использовании материала, в котором слои ткани во всех двойных слоях расположены под углом, предпочтительно - под углом 90^o. Первый набор нитей первого слоя ткани двойного слоя может быть расположен параллельно или под углом к первому набору нитей первого слоя ткани смежного двойного слоя.

Двойные слои прикрепляют друг к другу, используя слой адгезива или простегивание. Такой слой адгезива может быть изготовлен из вышеупомянутых адгезивных веществ и он имеет толщину 4-36 мкм, предпочтительно 8-20 мкм.

Способы изготовления двойных слоев хорошо известны в данной области техники. Обычно ткань изготавливают путем навивки нитей основы на сновальный вал с последующим ткачеством на ткацком станке. Одиночный слой может быть по выбору пропитан или ламинирован и может быть подвергнут каландрированию. По меньшей мере, два слоя ткани могут быть соединены вместе, предпочтительно под углом друг к другу, путем простегивания, нагрева или воздействия давлением.

Изобретение относится также к изделиям типа пуленепробиваемых жилетов и защитных пластин, изготовленных из упомянутой выше ткани согласно способам, известным специалистам в данной области техники.

Изобретение ниже проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1
Конструкция I была изготовлена согласно настоящему изобретению. Конструкция содержит 21 двойной слой ткани с поверхностной плотностью около 100 г/м², изготовленной из нитей основы Kevlar^® с линейной плотностью 1100 дтекс (фирмы DuPont) (8,6 нитей/см) и нитей утка из сложного полиэфира с линейной плотностью 140 дтекс (Trevira^® 710 фирмы Hoechst) (2 нити/см). Соотношение линейной плотности нитей основы к линейной плотности нитей утка составляло 7,9. Слои были ламинированы вместе с двумя слоями полиэтиленовой пленки (из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) фирмы ЕКВ) толщиной 10 мкм. Общая поверхностная плотность конструкции I составляла 4300 г/м².

Конструкция II была изготовлена согласно настоящему изобретению и содержала 20 двойных слоев той же ткани, которую использовали в конструкции I, и по одному слою полиэтиленовой пленки (из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) фирмы ЕКВ) толщиной 10 мкм с обеих внешних сторон двойного слоя и между каждыми двумя слоями ткани двойного слоя. Общая поверхностная плотность конструкции II составляла 4400 г/м².

Значения V₅₀ определяли, используя пули 9 х 19 типа Para DM 11А1В2, где V₅₀ - скорость, при которой 50% пуль останавливается и 50% пуль полностью проникает. Было установлено, что V₅₀ для конструкции I составляет 471 м/с, а для конструкции II - 481 м/с.

Пример 2
Конструкция III была изготовлена аналогично конструкции I из 19 слоев из нити Twaron^® с линейной плотностью 930 дтекс (из триацетата целлюлозы 709 Microfilament, фирмы Akzo Nobel), a не из Kevlar (плотность расположения нитей основы - 10,4 нитей/см, плотность расположения нитей утка - 2 нити/см, соотношение линейной плотности нитей основы к линейной плотности нитей утка - 6,6). Общая поверхностная плотность конструкции III составляла 4330 г/м², скорость V₅₀ (определенная с использованием пуль 9 х 19 типа Para DM 11A1B2) составляла 490 м/с.

Сравнительный пример 3
Конструкция IV была изготовлена из 22 слоев ткани из Twaron^® из триацетата целлюлозы 709 (фирмы Akzo Nobel). Нити основы и утка изготовлены из нитей Twaron^® с линейной плотностью 930 дтекс Microfilament (фирмы Akzo Nobel) (плотность по основе и утку - 10,5 нитей/см; соотношение линейных плотностей основных и уточных нитей составляла 1). Общая поверхностная плотность конструкции IV составляла 4400 г/м², скорость V₅₀ (определенная с использованием пуль 9х19 типа Para DM 11A1B2) составляла 460-465 м/с.

Пример 4
Конструкция V была изготовлена из 50 сдвоенных слоев ткани, изготовленной из нитей Twaron^® с линейной плотностью 930 дтекс (плотность по основе - 9,5 нитей/см, плотность по утку - 2 нити/см; нити утка из Trevira^® 710 с линейной плотностью 140 дтекс; соотношение линейных плотностей нитей основы и утка составляло 6,6).

Слои были ламинированы друг с другом с использованием сополимерного связующего ПЭНП (содержание смолы 35%) при температуре 115^oС и давлении 2,5 МПа. Общая поверхностная плотность конструкции V составляла 6500 г/м², скорость V₅₀ (определенная с использованием пуль 0,357 Magnum FJ CB SC) составляла 484 м/с.

Сравнительный пример 5
Конструкция VI была изготовлена из 44 слоев ткани из Twaron^® из триацетата целлюлозы 709 (линейной плотности 930 дтекс, 200 г/м², полотняного переплетения). Материал был покрыт модифицированным полимером поливинилбутераль (содержание смолы 23%) и ламинирован при температуре 160^oС и давлении 1,0 МПа. Общая поверхностная плотность составляла 10800 г/м², скорость V₅₀ (определенная с использованием пуль 0,357 Magnum FJ CB SC) составляла 487 м/с.

При использовании упомянутого выше состава смолы, содержании смолы и условиях ламинирования поверхностные плотности материалов не могли быть снижены без снижения значения скорости V₅₀.

Предложенный материал и изделие из него относятся к средствам, предназначенным для защиты от проникновения, в частности от пуль. Устойчивый к проникновению материал содержит по меньшей мере двойной слой ткани, состоящий из двух слоев ткани, уложенных перекрестно под углом. Ткань состоит из первого набора нитей, уложенных с плотностью 3,5-20 нитей/см и имеющих линейную плотность по меньшей мере 420 дтекс, и из второго набора нитей, уложенных с плотностью 0,5-8 нитей/см и имеющих линейную плотность по меньшей мере 50 дтекс. Второй набор нитей расположен в поперечном направлении по отношению к первому набору нитей. Отношение линейной плотности нитей первого набора к линейной плотности нитей второго набора больше 4,2. Отношение плотностей укладки нитей первого и второго наборов больше 1. Первый набор нитей состоит из арамидных нитей. Нити второго набора выбраны из нитей из сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена и арамида. Первый набор нитей является нитями основы, а второй - нитями утка. Нити слоев двойного слоя скреплены между собой с помощью адгезива. По меньшей мере одна из внешних сторон материала снабжена защитным слоем. Изделие типа пуленепробиваемых жилетов и защитных пластин изготавливается из устойчивого к проникновению материала, описанного выше. Предложенные материал и изделие из него обеспечивают улучшенную защиту от проникновения за счет высокой отклоняющей способности. 2 с. и 9 з.п.ф-лы.

1. Устойчивый к проникновению материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой ткани, состоящий из двух слоев ткани, уложенных перекрестно под углом, отличающийся тем, что ткань состоит из первого набора нитей, уложенных с плотностью 3,5-20 нитей/см и имеющих линейную плотность, по меньшей мере, 420 дтекс, и из второго набора нитей, уложенных с плотностью 0,5-8 нитей/см и имеющих линейную плотность, по меньшей мере, 50 дтекс, причем второй набор нитей расположен в поперечном направлении по отношению к первому набору нитей, а соотношение линейной плотности нитей первого набора к линейной плотности нитей второго набора больше 4,2, а соотношение плотностей укладки нитей первого и второго набора больше 1.2. Материал по п.1, отличающийся тем, что нити слоев двойного слоя скреплены между собой, предпочтительно, с помощью адгезива.3. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение линейной плотности нитей первого набора к линейной плотности нитей второго набора больше 7,5.4. Материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый набор нитей состоит из арамидных нитей.5. Материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нити второго набора выбраны из нитей из сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена и арамида.6. Материал по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что первый набор нитей состоит из арамидных нитей, а второй набор нитей состоит из нитей сложного полиэфира.7. Материал по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что линейная плотность нитей первого набора составляет 420-3360 дтекс, предпочтительно 420-1680 дтекс, и наиболее предпочтительно 840-1100 дтекс.8. Материал по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что линейная плотность нитей второго набора составляет 50-280 дтекс, а предпочтительно 80-140 дтекс.9. Материал по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что первый набор набор нитей является нитями основы, а второй набор нитей является нитями утка.10. Материал по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из внешних сторон материала снабжена защитным слоем.11. Изделие, изготовленное из устойчивого к проникновению материала по любому из пп.1-10.